# Шон Ходжман: «Квантовая запутанность атомов — ключ к пониманию гравитации» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=bfFuHg0kurE Канал: StarTalk Опубликовано: 21.07.2026 --- В новом выпуске шоу StarTalk Нил Деграсс Тайсон и Чак Найс обсуждают одну из самых загадочных концепций современной науки — квантовую запутанность. Приглашенный эксперт, экспериментальный физик Шон Ходжман из Австралийского национального университета (ANU), объясняет, как ученым удается запутывать не просто элементарные частицы, а целые атомы гелия, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю, и почему это может изменить наше понимание гравитации и самой структуры пространства-времени. ## ❄️ Конденсат Бозе — Эйнштейна: материя на грани абсолютного нуля [[JUMP:01:39]] Шон Ходжман описывает свою работу как создание экстремальных состояний материи. Его исследовательская группа охлаждает атомы гелия до температуры в одну миллионную градуса выше абсолютного нуля [02:25]. При таких условиях тепловое движение практически прекращается, и частицы начинают вести себя согласно законам квантовой механики, а не классической физики. Основные характеристики процесса: * **Состояние газа:** Несмотря на холод, гелий остается газом, но крайне низкой плотности, так как эксперимент проводится в вакуумной камере [03:04]. * **Конденсат Бозе — Эйнштейна (КБЭ):** Это состояние, в котором тысячи атомов сливаются в единую когерентную квантовую систему. Шон Ходжман сравнивает это с лазером, где вместо фотонов в одном квантовом состоянии находятся атомы [03:55]. * **Волновая природа:** При охлаждении эффективная длина волны атомов увеличивается. В ловушке размер такого «квантового облака» составляет около 0,1 миллиметра, но при падении на детектор оно расширяется до сантиметровых масштабов, становясь макроскопическим квантовым объектом [04:33]. Ученый напоминает, что частицы делятся на бозоны и фермионы. Для создания КБЭ используются бозоны, названные в честь индийского физика Шатьендраната Бозе, чьи работы в соавторстве с Альбертом Эйнштейном предсказали это состояние материи [05:51]. ## 💥 Как запутать целые атомы: метод столкновения [[JUMP:08:10]] В отличие от большинства экспериментов, где запутывают фотоны, группа Шона Ходжмана работает с массивными частицами. Процесс запутывания происходит через столкновение двух частей конденсата [08:28]. Механизм запутывания по импульсу: 1. Ученые разделяют КБЭ на две части. 2. С помощью лазерного импульса одной части придают ускорение («пинок»), заставляя её столкнуться с другой. 3. В момент столкновения пары атомов разлетаются в разных направлениях (например, на северо-восток и юго-запад или на северо-запад и юго-восток) [15:31]. 4. Согласно квантовой механике, до момента измерения атомы движутся по всем возможным путям одновременно, находясь в состоянии суперпозиции. Шон Ходжман подчеркивает, что это запутывание по внешним степеням свободы (иммульсу), а не по внутренним (спину), как в большинстве предыдущих опытов с атомами [13:09]. Это важно, так как массивные атомы взаимодействуют с гравитацией гораздо сильнее фотонов, что открывает путь к изучению квантовой гравитации [13:36]. ## 👻 «Жуткое действие на расстоянии» и теорема Белла [[JUMP:16:40]] Альберт Эйнштейн скептически относился к квантовой механике, называя запутанность «жутким действием на расстоянии» (spooky action at a distance). Его возмущало, что измерение одной частицы мгновенно определяет состояние другой, сколь бы далеко она ни находилась, что формально нарушает предел скорости света [17:16]. Развитие идеи: * **Парадокс ЭПР:** Альберт Эйнштейн, Подольский и Розен утверждали, что квантовая механика неполна и должны существовать «скрытые параметры» [17:55]. * **Теорема Белла:** В 1960-х Джон Белл предложил математический способ проверить, действительно ли мир квантовый или он следует классическим скрытым параметрам. Он доказал, что если частицы находятся в суперпозиции и интерферируют сами с собой, то статистические результаты измерений нарушат определенный предел (неравенство Белла) [19:15]. * **Экспериментальное подтверждение:** Ален Аспе и другие физики позже подтвердили, что неравенство Белла нарушается, а значит, Альберт Эйнштейн был неправ в своих сомнениях — мир действительно фундаментально квантовый [19:42]. По словам Шона Ходжмана, на данный момент считается, что взаимодействие между запутанными частицами происходит мгновенно [17:42]. ## 📡 Связь быстрее света: почему это невозможно [[JUMP:33:48]] Популярный вопрос от любителей научной фантастики (включая Чака Найса, упомянувшего подпространственную связь в Star Trek) заключается в том, можно ли использовать запутанность для мгновенной передачи сообщений [31:10]. Шон Ходжман объясняет, почему это запрещено «теоремой о невозможности коммуникации» (no-communication theorem): * Хотя изменение состояния происходит мгновенно, вы не можете контролировать результат измерения так, чтобы закодировать в нем смысл. * Чтобы понять, что именно вы измерили, вам всё равно нужно получить информацию от второй стороны по классическому каналу связи (например, по телефону), который ограничен скоростью света [35:20]. * Квантовое измерение возмущает систему: если вы попытаетесь «заставить» частицу принять нужное состояние, вы разрушите запутанность [35:33]. Однако запутанность полезна для **квантового шифрования**. Любая попытка перехватить (измерить) частицу по пути немедленно изменит состояние системы, и отправитель с получателем увидят, что канал был скомпрометирован [36:37]. ## 🧬 Квантовая биология и природа реальности [[JUMP:45:12]] Участники обсудили гипотетическую ситуацию: что, если «программист» Вселенной внезапно отключит квантовую запутанность? По мнению физика, последствия могут быть катастрофическими для жизни, даже если мы не замечаем квантовых эффектов в быту [46:21]. Потенциальные области влияния запутанности: * **Стабильность ДНК:** Существуют гипотезы, что целостность молекул ДНК поддерживается за счет запутанности внутри них [46:35]. * **Навигация птиц:** Некоторые виды птиц используют магнитное поле Земли для миграции. Считается, что их «компас» основан на квантовых эффектах в глазах, использующих запутанность [46:48]. * **Фотосинтез:** Эффективность передачи энергии в растениях может быть усилена квантовыми механизмами [47:12]. Нил Деграсс Тайсон также упомянул теорию «ER=EPR», согласно которой пространство-время само может быть соткано из сети запутанных частиц, а мосты между ними (червоточины или кротовые норы) — это и есть физическое проявление запутанности [38:21]. Шон Ходжман скромно заметил, что как экспериментатор он оставляет такие масштабные теоретические выкладки теоретикам, но признает их перспективность [39:02]. ## 🏎️ Квантовая гонка вооружений [[JUMP:56:39]] В финале дискуссии затронули тему квантовых компьютеров. В отличие от классических битов (0 или 1), кубиты могут находиться в суперпозиции обоих состояний и быть запутанными друг с другом [59:14]. Текущая ситуация в отрасли: * **Масштабируемость:** Главная проблема — заставить работать вместе большое количество кубитов. Сейчас ученым удается запутать группы примерно до 1000 атомов [31:49]. * **Сферы применения:** От разработки лекарств и новых материалов до взлома любых современных систем шифрования [1:01:04]. * **Инвестиции:** Ведущие страны и частные компании ведут настоящую гонку, надеясь получить экономическое и оборонное преимущество [1:00:08]. Шон Ходжман резюмирует, что сейчас мы находимся в той же точке, что и физики сто лет назад: тогда квантовая теория казалась лишь забавным упражнением для ума, а сегодня она является фундаментом всей ИТ-революции [1:01:23].