EPR paradokss fizikā

EPR paradokss (vai Einšteina-Podoļska-Roņa paradokss) ir domāts eksperiments, kas paredzēts, lai parādītu raksturīgo paradoksu kvantu teorijas agrīnajos formulējumos. Tas ir viens no pazīstamākajiem piemēriem kvantu sapīšanās. Paradokss ietver divas daļiņas kas ir savijušies savā starpā saskaņā ar kvantu mehāniku. Saskaņā Kopenhāgenas interpretācija kvantu mehānikā, katra daļiņa ir individuāli nenoteiktā stāvoklī, līdz tā tiek izmērīta, kurā brīdī šīs daļiņas stāvoklis kļūst drošs.

Tieši tajā pašā brīdī pārliecinās arī citas daļiņas stāvoklis. Iemesls, kāpēc tas tiek klasificēts kā paradokss, ir tāds, ka tas šķietami ietver saziņu starp abām daļiņām ātrumi, kas ir lielāki par gaismas ātrumu, kas ir konflikts ar Alberts Einšteins's relativitātes teorija.

Paradokss bija karsto debašu centrālais punkts starp Einšteinu un Nīls Bohrs. Einšteins nekad nebija apmierināts ar kvantu mehāniku, ko izstrādāja Bohrs un viņa kolēģi (ironiski balstoties uz Einšteina uzsākto darbu). Einšteins kopā ar kolēģiem Borisu Podolski un Natanu Rozenu izstrādāja EPR paradoksu kā veidu, kā parādīt, ka teorija neatbilst citiem zināmajiem fizikas likumiem. Tajā laikā nebija īsta eksperimenta veikšanas veida, tāpēc tas bija tikai domu eksperiments vai eksperiments ar eksperimentālu palīdzību.

Pēc vairākiem gadiem fiziķis Deivids Bohms mainīja EPR paradoksa piemēru, lai lietas būtu mazliet skaidrākas. (Sākotnējais paradoksa pasniegšanas veids bija nedaudz mulsinošs pat profesionāliem fiziķiem.) Populārākajā Bohm pēc formulas nestabila centrifūgas 0 daļiņa sadalās divās daļās - daļiņās A un daļiņās B, kas atrodas pretī virzieni. Tā kā sākotnējai daļiņai bija vērpšanās 0, divu jauno daļiņu griešanās summai jābūt vienādai ar nulli. Ja daļiņai A ir griešanās +1/2, tad daļiņai B jābūt ar griešanos -1/2 (un otrādi).

Atkal saskaņā ar Kopenhāgenas kvantu mehānikas interpretāciju, kamēr nav veikts mērījums, nevienai daļiņai nav noteikta stāvokļa. Viņi abi atrodas iespējamo stāvokļu superpozīcijā, ar vienādu varbūtību (šajā gadījumā) iegūt pozitīvu vai negatīvu griezienu.

Šeit ir divi galvenie punkti, kas rada šo satraukumu:

1. Kvantu fizika saka, ka līdz mērīšanas brīdim daļiņas ne ir noteikts kvantu griešanās bet atrodas iespējamo stāvokļu superpozīcijā.
2. Tiklīdz mēs izmērām A daļiņas griešanos, mēs noteikti zinām vērtību, ko iegūsim, izmērot daļiņas B griešanos.

Ja izmēra A daļiņu, šķiet, ka A daļiņas kvantu griešanās tiek "iestatīta" ar mērījumu, bet kaut kā B daļiņa arī uzreiz "zina", kādu griešanos tai vajadzētu uzņemties. Einšteinam tas bija acīmredzams relativitātes teorijas pārkāpums.

Neviens nekad nav īsti apšaubījis otro punktu; pretrunas pilnībā bija saistītas ar pirmo punktu. Bohms un Einšteins atbalstīja alternatīvu pieeju, ko sauc par slēpto mainīgo teoriju, kas liek domāt, ka kvantu mehānika ir nepilnīga. Šajā skatījumā bija jābūt kādam kvantu mehānikas aspektam, kas nebija uzreiz acīmredzams, bet kas bija jāpievieno teorijai, lai izskaidrotu šāda veida lokālo efektu.

Kā analogu uzskatiet, ka jums ir divas aploksnes, kurās katrā ir nauda. Jums ir teicis, ka vienā no tiem ir USD 5 rēķins, bet otrā ir USD 10 USD. Ja atverat vienu aploksni un tajā ir USD 5 rēķins, tad jūs droši zināt, ka otrā aploksnē ir USD 10 USD.

Šīs analoģijas problēma ir tā, ka kvantu mehānika noteikti nedarbojas šādā veidā. Naudas gadījumā katrā aploksnē ir noteikts rēķins, pat ja es nekad neapmeklēju tās.

Neskaidrība kvantu mehānikā ne tikai atspoguļo mūsu zināšanu trūkumu, bet arī noteiktas realitātes būtisku trūkumu. Kamēr nav veikts mērījums, saskaņā ar Kopenhāgenas interpretāciju daļiņas patiešām atrodas visu iespējamo stāvokļu superpozīcijā (kā miruša / dzīva kaķa gadījumā Šroedingera kaķis domas eksperiments). Lai gan vairums fiziķu būtu gribējuši, lai būtu visums ar skaidrākiem noteikumiem, neviens nevarēja izdomāt kas tieši bija šie slēptie mainīgie vai kā tos jēgpilnā veidā varēja iekļaut teorijā veids.

Bohrs un citi aizstāvēja Kopenhāgenas standarta kvantu mehānikas interpretāciju, kuru turpināja atbalstīt eksperimentālie pierādījumi. Izskaidrojums ir tāds, ka viļņu funkcija, kas apraksta iespējamo kvantu stāvokļu superpozīciju, pastāv visos punktos vienlaicīgi. Daļiņas A griešanās un B daļiņas griešanās nav neatkarīgi lielumi, bet tās ir apzīmētas ar vienu un to pašu terminu kvantu fizika vienādojumi. Tūlīt, kad tiek veikts mērījums daļiņai A, visa viļņa funkcija sabrūk vienā stāvoklī. Tādā veidā nenotiek tāla saziņa.

Slēpto mainīgo teorijas zārka galvenā nagla nāca no fiziķa Džona Stjuarta Bella, tā dēvētā Bellas teorēma. Viņš izstrādāja nevienādību sēriju (sauktu par Bell nevienlīdzību), kas attēlo, kā sadalīsies daļiņu A un B daļiņu griešanās mērījumi, ja tās nebūtu sapinušās. Eksperimentā pēc eksperimenta tiek pārkāptas Bellas nevienādības, kas nozīmē, ka šķietami notiek kvantu saplūšana.

Neskatoties uz šiem pierādījumiem, kas liecina par pretējo, joprojām pastāv daži slēptās mainīgās vērtības teorijas piekritēji, lai gan tas galvenokārt notiek fiziķu, nevis amatieru vidū.

Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.