6.4. Матрица плотности 495

правое и левое состояния здесь не являются ни ортогональными, ни параллельными измеряемому состоянию , т. е. на деле

Хотя полученные вероятности оказываются одинаковыми (как, собственно, и должно быть, поскольку одинаковы матрицы плотности), физические интерпретации этих двух описаний совершенно различны. Мы согласны с тем, что физическая "реальность" любой ситуации описывается некоторым вполне определенным вектором состояния, однако существует классическая неопределенность в отношении того, каким окажется этот вектор в действительности. В первом предложенном описании атом находится либо в состоянии , либо в состоянии | i), и мы не знаем, в каком из двух. Во втором описании - либо в состоянии , либо в состоянии , и мы снова не знаем, в каком именно. Когда мы в первом случае выполняем измерение с целью выяснить, не находится ли атом в состоянии , мы имеем дело с самыми обычными классическими вероятностями: вероятность того, что атом находится в состоянии , совершенно очевидно

равна , и больше тут говорить не о чем. Когда мы задаем тот же

вопрос во втором случае, измерению подвергается уже комбинация вероятностей состояний , и каждое из них вносит

в полную вероятность свой классический вклад , помноженный на свой же квантовомеханический вклад , что дает в итоге +

+ . Как можно видеть, матрица плотности ухитряется

сосчитать нам верную вероятность вне зависимости оттого, какие классические и квантовомеханические доли эту вероятность, по нашему предположению, составляют.

Приведенный выше пример является в некотором роде особым, поскольку так называемые "собственные значения" матрицы плотности в этом случае оказываются вырожденными (в силу того, что обе классические вероятности здесь - -

одинаковы); именно эта "особость" и позволяет нам составить более одного описания в комбинациях вероятностей ортогональных альтернатив. Впрочем, для наших рассуждений это ограничение несущественно. (А упомянул я о нем исключительно для того, чтобы избежать упреков в невежестве со стороны возможно читающих эти строки специалистов.) Всегда можно предста-

496 Глава 6

вить, что комбинация вероятностей охватывает гораздо большее число состояний, нежели просто набор взаимно ортогональных альтернатив. Например, в вышеописанной ситуации мы вполне могли бы составить очень сложные вероятностные комбинации множества возможных различных направлений оси спина. Иначе говоря, существует огромное количество совершенно различных способов представить одну и ту же матрицу плотности в виде комбинации вероятностей альтернативных состояний, и это верно для любых матриц плотности, а не только для тех, собственные значения которых вырожденны.

6.5. Матрицы плотности для эпр-пар

Перейдем к ситуациям, описание которых в терминах матриц плотности представляется особенно уместным - и в то же время выявляет один почти парадоксальный аспект интерпретации такой матрицы. Речь идет об ЭПР-эффектах и квантовой сцеп-ленности. Рассмотрим физическую ситуацию, описанную в § 5.17: частица со спином 0 (в состоянии ) расщепляется на две частицы (каждая со спином ), которые разлетаются вправо и влево, удаляясь на значительное расстояние друг от друга, в результате чего выражение для их совокупного (сцепленного) состояния принимает вид:

Предположим, что некий наблюдатель4 имеет намерение измерить спин правой частицы с помощью некоего измерительного устройства, левая же частица успела уже удалиться на такое огромное расстояние, что добраться до нее наблюдатель не может. Как наш наблюдатель опишет состояние спина правой частицы?

поскольку ничто не мешает ему вообразить, что некий другой наблюдатель - скажем, коллега, по случаю оказавшийся непода-

4См. обращение к читателю в начале книги, с. 18.

Скорее всего, он весьма благоразумно воспользуется матрицей плотности