EPR paradoks füüsikas

EPR-i paradoks (või Einsteini-Podolsky-Roseni paradoks) on mõtteeksperiment, mille eesmärk on näidata omane paradoks kvantteooria varajastes formuleeringutes. See on üks tuntumaid näiteid kvantne takerdumine. Paradoks hõlmab kaks osakest mis on kvantmehaanika järgi üksteisega sassis. All Kopenhaageni tõlgendus kvantmehaanika osas on iga osake individuaalselt ebakindlas olekus, kuni see mõõdetakse, millisel hetkel selle osakese olek muutub kindlaks.

Täpselt samal hetkel saab kindel ka teise osakese olek. Põhjus, miks seda liigitatakse paradoksiks, on see, et näiliselt hõlmab see kahe osakese vahelist suhtlust kiirused, mis on suuremad kui valguse kiirus, mis on vastuolus Albert Einstein's relatiivsusteooria.

Paradoks oli Einsteini ja Niels Bohr. Einstein polnud kunagi rahul Bohri ja tema kolleegide väljatöötatud kvantmehaanikaga (põhineb iroonilisel kombel Einsteini alustatud tööl). Einstein töötas koos oma kolleegide Boris Podolsky ja Nathan Roseniga välja EPR-i paradoksi viisina näidata, et teooria oli vastuolus teiste teadaolevate füüsikaseadustega. Sel ajal polnud reaalset viisi eksperimendi läbiviimiseks, nii et see oli lihtsalt mõtteeksperiment või gedankeeksperiment.

Mitu aastat hiljem muutis füüsik David Bohm EPR-i paradoksi näidet nii, et asjad oleksid natuke selgemad. (Paradoksi esitusviis oli pisut segane isegi professionaalsete füüsikute jaoks.) Populaarsemas Bohmis formuleerimisel laguneb ebastabiilne 0 osake kaheks erinevaks osakeseks - osakeseks A ja osaks B, mis asub vastassuunas juhised. Kuna algse osakese spinn oli 0, peab kahe uue osakese keerutuse summa olema võrdne nulliga. Kui osakesel A on spinn +1/2, siis peab partiklil B olema spin-1/2 (ja vastupidi).

Jällegi, vastavalt kvantmehaanika Kopenhaageni tõlgendusele pole kummalgi osakesel kindlat olekut kuni mõõtmiseni. Mõlemad asuvad võimalike olekute superpositsioonis, positiivse või negatiivse spinni saamise tõenäosusega (antud juhul) on võrdne.

Sellel muret tekitaval on kaks peamist punkti:

1. Kvantfüüsika ütleb, et kuni mõõtmise hetkeni olid osakesed ära on a kindel kvantkere kuid asuvad võimalike olekute superpositsioonis.
2. Niipea kui oleme mõõtnud osakese A spinni, teame kindlalt, millise väärtuse saame osakese B spinni mõõtmisel.

Kui mõõta osakest A, näib, et osakese kvantketrus saab mõõtmise teel "paika panna", kuid millegipärast "saab osake" ka kohe teada, mis keerutuse ta peaks võtma. Einsteini jaoks oli see relatiivsusteooria selge rikkumine.

Teist punkti ei ole keegi kunagi kahtluse alla seadnud; vaidlus oli täielikult seotud esimese punktiga. Bohm ja Einstein toetasid alternatiivset lähenemist, mida nimetatakse varjatud muutujate teooriaks, mis näitas, et kvantmehaanika oli puudulik. Sellest vaatepunktist pidi leiduma mingi kvantmehaanika aspekt, mis polnud kohe ilmne, kuid mis oli vaja teooriasse lisada, et selgitada sellist mittekohalikku mõju.

Mõelge analoogiana, et teil on kaks ümbrikku, mis mõlemad sisaldavad raha. Teile on öeldud, et üks neist sisaldab 5-dollarist arvet ja teine ​​10-dollarist. Kui avate ühe ümbriku ja see sisaldab 5-dollarist arvet, siis teate kindlasti, et teine ​​ümbrik sisaldab 10-dollarist arvet.

Selle analoogia probleem on see, et kvantmehaanika kindlasti ei tööta sel viisil. Raha puhul sisaldab iga ümbrik konkreetset arvet, isegi kui ma ei hakka kunagi neid otsima.

Ebakindlus kvantmehaanikas ei tähenda ainult meie teadmiste puudumist, vaid kindla reaalsuse põhimõttelist puudumist. Kuni mõõtmise teostamiseni on Kopenhaageni tõlgenduse kohaselt osakesed kõigis võimalikes olekutes (nagu surnud / elus kassi puhul Schroedingeri kass mõttekatse). Kuigi enamik füüsikuid oleks eelistanud selgemate reeglitega universumit, ei suutnud keegi välja mõelda mis need varjatud muutujad täpselt olid või kuidas neid saaks tähenduslikult teooriasse lisada tee.

Bohr ja teised kaitsesid kvantmehaanika Kopenhaageni standardset tõlgendust, mida toetasid jätkuvalt eksperimentaalsed tõendid. Selgitus on see, et lainefunktsioon, mis kirjeldab võimalike kvantseisundite superpositsiooni, eksisteerib kõikides punktides üheaegselt. Osakese A ja tsentrifuugi tsentrifuug ei ole sõltumatud suurused, vaid neid tähistatakse ühes ja samas osas kvantfüüsika võrrandid. Osakese A mõõtmise hetk, kogu lainefunktsioon variseb ühte olekusse. Sel viisil ei toimu kaugemat suhtlust.

Peidetud muutujate teooria kirstu peamine nael tuli füüsik John Stewart Bellilt, mida nimetatakse Belli teoreem. Ta töötas välja ebavõrdsuste seeria (nn Belli ebavõrdsused), mis tähistavad osakeste A ja Osa B spinna mõõtmise jaotust, kui need pole omavahel takerdunud. Pärast katset rikutakse Belli ebavõrdsust, mis tähendab, et kvantide takerdumine näib toimuvat.

Hoolimata nendest vastupidistest tõenditest, leidub varjatud muutujate teooria mõned pooldajad, kuigi see on enamasti pigem amatöörfüüsikute kui spetsialistide seas.

Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.