EPR paradoksas fizikoje

EPR paradoksas (arba Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksas) yra minčių eksperimentas, skirtas pademonstruoti įgimtą paradoksą ankstyvosiose kvantų teorijos formuluotėse. Tai yra vienas geriausiai žinomų pavyzdžių kvantinis susipainiojimas. Paradoksas apima dvi dalelės kurie yra susipynę vienas su kitu pagal kvantinę mechaniką. Pagal Kopenhagos aiškinimas kvantinės mechanikos, kiekviena dalelė yra atskirai neapibrėžtoje būsenoje, kol ji yra išmatuota, tada ta dalelės būsena tampa tikra.

Tą pačią akimirką įsitikina ir kitos dalelės būsena. Priežastis, kodėl tai klasifikuojama kaip paradoksas, yra ta, kad ji, regis, apima dviejų dalelių ryšį greitis didesnis už šviesos greitį, kuris yra konfliktas su Albertas Einšteinas's Reliatyvumo teorija.

Paradoksas buvo aštrių diskusijų tarp Einšteino ir Nielsas Bohras. Einšteinui niekad nebuvo patogu naudoti Bohro ir jo kolegų kuriamą kvantinę mechaniką (pagrįstai, remiantis Einšteino pradėtu darbu). Einšteinas kartu su savo kolegomis Borisu Podolskiu ir Nathanu Rosenu sukūrė EPR paradoksą kaip būdą parodyti, kad teorija neatitinka kitų žinomų fizikos įstatymų. Tuo metu nebuvo jokio realaus būdo atlikti eksperimentą, todėl tai buvo tik mintinis eksperimentas arba eksperimentas.

Po kelerių metų fizikas Davidas Bohmas pakeitė EPR paradokso pavyzdį, kad viskas būtų šiek tiek aiškiau. (Originalus paradokso pateikimo būdas šiek tiek klaidino, net ir profesionaliems fizikams.) Populiaresniame „Bohm“ formuluojant, nestabili sukinio 0 dalelė skyla į dvi skirtingas daleles - A dalelę ir B dalelę - priešingai nurodymai. Kadangi pradinė dalelė sukasi 0, dviejų naujų dalelių sukinių suma turi būti lygi nuliui. Jei A dalelė sukasi +1/2, tada dalelė B turi suktis -1/2 (ir atvirkščiai).

Vėlgi, remiantis Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretacija, tol, kol nebus išmatuotas, nė viena dalelė neturi apibrėžtos būsenos. Jie abu yra galimų būsenų superpozicijoje, turėdami vienodą tikimybę (šiuo atveju) turėti teigiamą ar neigiamą spiną.

Čia nerimauja du pagrindiniai dalykai:

1. Kvantinė fizika sako, kad iki matavimo momento dalelės nereikia turėk neabejotinas kvantinis sukinys bet yra galimų būsenų superpozicijoje.
2. Kai tik išmatuosime A dalelės sukimąsi, mes tikrai žinome, kokią vertę gausime išmatuodami dalelės B sukimąsi.

Jei išmatuosite A dalelę, panašu, kad dalelės A kvantinis sukimasis bus „nustatytas“ matuojant, tačiau kažkodėl dalelė B taip pat akimirksniu „žino“, kokią sukimą ji turėtų atlikti. Einšteinui tai buvo akivaizdus reliatyvumo teorijos pažeidimas.

Niekas niekada neabejojo ​​antruoju punktu; prieštaravimai kilo tik dėl pirmojo punkto. Bohmas ir Einšteinas palaikė alternatyvų požiūrį, vadinamą paslėptų kintamųjų teorija, kuris manė, kad kvantinė mechanika buvo neišsami. Šiuo požiūriu turėjo būti keletas kvantinės mechanikos aspektų, kurie nebuvo iš karto akivaizdūs, tačiau kuriuos reikėjo įtraukti į teoriją, kad būtų paaiškintas tokio pobūdžio lokalinis poveikis.

Apsvarstykite kaip analogiją, kad turite du vokus, kuriuose kiekviename yra pinigai. Jums buvo pasakyta, kad viename iš jų yra 5 USD sąskaita, o kitame yra 10 USD sąskaita. Jei atidarote vieną voką, kuriame yra 5 dolerių vekselis, tada tikrai žinote, kad kitame voke yra 10 dolerių vekselis.

Šios analogijos problema yra ta, kad kvantinė mechanika tikrai neveikia tokiu būdu. Kalbant apie pinigus, kiekviename voke yra konkretus vekselis, net jei niekada nesilankyčiau jų ieškodamas.

Kvantinės mechanikos neapibrėžtumas reiškia ne tik mūsų žinių trūkumą, bet ir pagrindinį apibrėžtos tikrovės trūkumą. Kol nebus atliktas matavimas, remiantis Kopenhagos aiškinimu, dalelės yra visų galimų būsenų superpozicijoje (kaip ir negyvos / gyvos katės, esančios Schroedingerio katė minčių eksperimentas). Nors dauguma fizikų būtų linkę turėti visatą su aiškesnėmis taisyklėmis, niekas negalėjo išsiaiškinti kokie būtent buvo šie paslėpti kintamieji arba kaip juos buvo galima prasmingai įtraukti į teoriją būdas.

Boras ir kiti gynė standartinę Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretaciją, kurią ir toliau rėmė eksperimentiniai įrodymai. Paaiškinimas yra tas, kad bangų funkcija, apibūdinanti galimų kvantinių būsenų superpoziciją, egzistuoja visuose taškuose vienu metu. A dalelės sukiniai ir B dalelės sukiniai nėra nepriklausomi dydžiai, bet yra žymimi tuo pačiu terminu Kvantinė fizika lygtys. Dalelių A matavimas tuo metu, kai visos bangos funkcija žlunga į vieną būseną. Tokiu būdu nėra jokio tolimo bendravimo.

Pagrindinis paslėptų kintamųjų teorijos karsto vinis atkeliavo iš fiziko Johno Stewarto Bello, vadinamojo Bello teorema. Jis sukūrė nelygybių (vadinamų Bell nelygybėmis) seriją, parodančią, kaip pasiskirstys dalelių A ir B dalelių dydžiai, jei jie nebūtų įsipainioję. Eksperimente po eksperimento pažeidžiamos Bello nelygybės, tai reiškia, kad kvantinis įsipainiojimas vyksta.

Nepaisant šių priešingų įrodymų, vis dar yra keletas paslėptų kintamųjų teorijos šalininkų, nors tai dažniausiai būdinga fizikams, o ne profesionalams.

Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.