УДК 681.7.069.24:62-519
ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СВОЙСТВА ЖИДКИХ СРЕД
Д. С. Шаповалов, Л. П. Некрасова, Ф. Ф. Пащенко
Представлены экспериментальные результаты по использованию нелокальных корреляций макроскопических объектов для инициирования химической реакции разложения перманганата калия с помощью лазера. Показаны различные варианты реализации адресности нелокальной корреляции как для единичных, так и для группы тождественных объектов.
Ключевые слова: дистанционное воздействие, нелокальные корреляции, лазерное излучение, перманганат калия, спектры поглощения.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования нелокальных корреляций начали развиваться в ранний период становления квантовой механики. Спор между ее сторонниками и представителями классической физики был сведен к вопросу о скрытых параметрах, которые якобы не учитываются в экспериментах с квантовыми (микроскопическими) объектами и поэтому приводят к ряду парадоксальных результатов, в объяснении которых не было единого мнения [1]. В 1935 г. А. Эйнштейн, Б. Подольский и Н. Розан предложили мысленный эксперимент ЭПР [2], который приводил, как они утверждали, к парадоксу.
Парадокс состоял в следующем. Из источника испускаются два фотона, которые даже на больших расстояниях сохраняют корреляционную связь, хотя по канонам классической физики ее не должно быть, так как взаимодействие между фотонами требовало распространения со скоростью большей, чем скорость света. В 1982 г. А. Аспект, Ж. Делибар и Ж. Роже из Оптического института Парижского университета опубликовали экспериментальную работу,
подтверждающую нелокальную природу существующей действительности [3].
Благодаря усилиям теоретика Бэлла [4] была разработана система неравенств, которая позволяла, пользуясь критериальными соотношениями, при анализе экспериментов сделать вывод о присутствии или отсутствии скрытых параметров. Тем самым подтверждался или отвергался вероятностный механизм квантовой механики. Начали проводиться многочисленные проверки неравенств Бэлла в различных экспериментах. В подавляющем большинстве случаев было получено подтверждение квантовой теории [4—6].
Одновременно начали развиваться прикладные направления, связанные с созданием квантовых компьютеров. В настоящее время работа с квантовыми объектами во многом стала обычной, техника создания нелокальных корреляций приобретает технологический вид. На первом этапе — создание спутанных состояний, на втором — удержание и хранение, затем — расчет и использование для компьютерных операций [7, 8]. На фоне этой работы все
больший интерес вызывает другое направление, связанное с исследованием нелокальных корреляций многочастичных систем. Практически во всех случаях попытки перехода к макросистемам осуществляются путем увеличения числа квантовых объектов. Основные сложности при таких операциях связаны с температурным фактором и возможностью хранения [9].
В данной работе частично удалось обойти эти проблемы. Уже сейчас нелокальные корреляции можно применять для управления сложными системами. Один из таких примеров мы и приводим в данной статье. При проведении экспериментов были учтены признаки, которые сопровождают нелокальные корреляции и все факторы, которые необходимы для их создания. Эффект макроскопической нелокальности проявляется как корреляция объектов или процессов без каких-либо локальных носителей взаимодействия. Это условие обеспечивалось полной световой изоляцией объекта воздействия и неопределенностью его места расположения. Наличие скрытых параметров, а именно их отсутствие определялось по ре-
зультатам анализа проб контроля. Достижение таких условий возможно путем создания начальных состояний, при которых объекты нелокальности находятся в сцепленном (спутанном) состоянии, так же как и для квантовых объектов.
Суть многочастичной квантовой запутанности заключается в том, что в единую систему соединяется некая совокупность одинаковых квантовых элементов. Принято считать, что такие элементы создаются путем квантового клонирования.
Основная цель работы — на примере дистанционного инициирования химической реакции показать возможности нелокальных корреляций макроскопических систем. Так как нелокальные корреляции предусматривают отсутствие какого-либо взаимодействия между объектами, а также наличие адресности между ними, проверка этих условий была основной задачей экспериментов.
Все эксперименты проводились в двух удаленных друг от друга помещениях, в одном готовились необходимые атрибуты нелокальных корреляций, в другом производился анализ воздействия. Связь обеспечивалась через скайп. Эксперименты по каждому этапу включали контрольные сопоставления.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исходный 0,02 моль/л (0,02 М) раствор перманганата калия (КМПО4) готовили из фиксанала. Рабочие растворы получали разбавлением исходного в 100 раз непосредственно перед экспериментом. Для под-щелачивания растворов исполь-
зовали 1 моль/л раствор №ОН (х. ч.). Для приготовления растворов использовали воду высокой чистоты, подготовленную на мембранном дистилляторе (ЗАО "БМТ", Владимир). Спектры поглощения растворов регистрировали на спектрофотометре иУ-1800 (Shimadzu, Япония) и спектрофлуориметре СМ 2203 в режиме спектрофотометра (ЗАО "Солар", Беларусь) в кварцевых (270...700 нм) и одноразовых полистирольных (340...700 нм) кюветах с толщиной поглощающего слоя 1 см. Облучение растворов перман-ганата калия проводили в кварцевых кюветах с тефлоновой пробкой. Для облучения растворов использовали зеленый лазер (длина волны 532 нм, 20 мВт).
Задача эксперимента состояла в дистанционном инициировании восстановления пер-манганата в водном растворе лазерным излучением. Перманга-нат калия интенсивно поглощает свет в видимой области спектра. Поэтому за ходом реакции удобно следить путем измерения оптической плотности Б в максимуме длинноволновой полосы поглощения:
Б = 1е(/о/т) = ес/,
где 1о и I — интенсивность падающего и прошедшего через образец света; е — коэффициент молярного погашения перманга-
ната калия при фиксированной -1 -1
длине волны, л моль -см ; с — концентрация поглощающего вещества, моль л 1; / — толщина поглощающего слоя, см.
Все эксперименты проводились в двух разных помещениях. В одном готовились образцы, в другом — состояния, обеспечи-
вающие нелокальные корреляции. Все образцы изолировались и располагались таким образом, что исключались любые попадания световых потоков на раствор перманганата калия. Проверка адресности обеспечивалась путем пересылки номера пробы или фотографии из помещения образцов в помещение воздействий, при этом расположение образцов неизвестно.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Перманганат калия является сильным окислителем и легко вступает в окислительно-восстановительные реакции со многими соединениями. Окисление воды протекает по схеме:
4МпО- + 2Н2О ^
^ 4МпО2 + 3О2 + 4ОН-.
Скорость реакции невелика, однако под действием света реакция существенно ускоряется [17]. Скорость разложения зависит от концентрации раствора, интенсивности и спектрального состава света. Поскольку КМПО4 интенсивно поглощает свет в видимой области спектра, наблюдение за стабильностью растворов удобно осуществлять спектрофотометрически. Длинноволновая полоса поглощения перманганата калия имеет ряд максимумов, самые интенсивные: 525 нм (е = 2430) и 545 нм (е = 2320). Перед проведением основного эксперимента были сделаны предварительные измерения по воздействию на пер-манганат калия прямого лазерного излучения и естественного освещения. На рис. 1 представлены спектры поглощения свежеприготовленного раствора пер-
8
вепвогв & Эувгетв • № 12.2014
0 444................... 1
0 394................... 2 3
0,344 4
0 294- /- -V....... 1[/
0 194
/ 0 144
1
м
0,044............
350
400
450 500 550 Длина волны X, нм
600
650
700
Рис. 1. Изменение спектра поглощения слабощелочного раствора перманганата калия (сКМпо4 = 0,0002 моль/л; с^аои = 0,005 моль/л) при комбинированном освещении (дневной и искусственный свет, в отсутствие солнечного):
1 — непосредственно после разбавления; 2 — 30 мин; 3 — 1 ч 30 мин; 4 — 4 ч
Рис. 2. Изменения оптической плотности (1 = 525 нм) растворов при лазерном (кривая 1) и дневном (кривая 2) облучении
манганата калия в слабощелочной среде при естественном освещении. Заметно падение интенсивности в основной полосе поглощения при одновременном увеличении оптической плотности в области минимумов в спектре поглощения — 270 и 420 нм.
Учитывая фотохимическую неустойчивость водных растворов перманганата калия, было изучено влияние прямого облучения растворов светом зеленого лазера. Облучение раствора лазером приводит к заметному
ускорению разложения перманганата калия. Относительное падение оптической плотности в максимуме поглощения за время эксперимента составило 15,8 % при лазерном облучении и 8,7 % — при естественном.
Сравнение скорости разложения перманганата калия при лазерном и естественном освещении проводили следующим образом. Готовили 0,0002 моль/л раствор перманганата калия в 0,005 моль/л №ОН, помещали раствор в кварцевые кюветы с тефлоновыми пробками и изме-
ряли спектры поглощения растворов. Одна кювета находилась в условиях естественного освещения, другая была облучена светом зеленого лазера. Через определенные интервалы времени измеряли спектры поглощения растворов в обеих кюветах. Динамика изменения оптической плотности при длине волны 525 нм представлена на рис. 2.
ДИСТАНЦИОННОЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ
НА ЕДИНИЧНЫЙ ОБРАЗЕЦ
Дистанционное воздействие на раствор перманганата калия осуществляли следующим образом. Исследуемый образец помещали в закрытую коробку для предотвращения попадания света. Источник лазерного излучения находился в другом помещении. Расстояние между исследуемым образцом и лазером составляло 20 м. Условия эксперимента полностью исключали прямое попадание лазерного излучения на образец. Детектирование дистанционного воздействия проводили путем сравнения скорости изменения оптической плотности в макси
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.