EPR Paradox vo fyzike

Paradox EPR (alebo paradox Einstein-Podolsky-Rosen) je myšlienkový experiment, ktorého cieľom je demonštrovať inherentný paradox v počiatočných formuláciách kvantovej teórie. Patrí medzi najznámejšie príklady kvantové zapletenie. Paradox zahŕňa dve častice ktoré sú vzájomne spojené podľa kvantovej mechaniky. Pod Tlmočenie v Kodani Kvantovej mechaniky je každá častica jednotlivo v neistom stave, pokiaľ nie je meraná, kedy je stav tejto častice istý.

V tom istom okamihu sa stáva istým aj stav ostatných častíc. Dôvod, prečo je to klasifikované ako paradoxné, spočíva v tom, že zjavne zahŕňa komunikáciu medzi dvoma časticami na rýchlosti väčšie ako rýchlosť svetla, čo je v rozpore s Albert Einstein, s teória relativity.

Paradox bol ústredným bodom horúcej diskusie medzi Einsteinom a Niels Bohr. Einstein nebol nikdy spokojný s kvantovou mechanikou, ktorú vyvíjali Bohr a jeho kolegovia (paradoxne na základe práce, ktorú začal Einstein). Einstein spolu so svojimi kolegami Borisom Podolským a Nathanom Rosenom vyvinul paradox EPR ako spôsob, ako ukázať, že teória bola v rozpore s inými známymi fyzikálnymi zákonmi. V tom čase neexistoval žiadny skutočný spôsob, ako uskutočniť experiment, takže to bol iba myšlienkový experiment alebo pokus o gedanken.

O niekoľko rokov neskôr fyzik David Bohm upravil paradoxný príklad EPR tak, aby boli veci trochu jasnejšie. (Pôvodný spôsob prezentácie paradoxu bol trochu mätúci, dokonca aj profesionálnym fyzikom.) V populárnejšom Bohme V prípade formulácie sa nestabilná častica spin 0 rozpadne na dve rôzne častice, časticu A a časticu B, oproti smeru smery. Pretože počiatočná častica mala rotáciu 0, súčet dvoch nových točení častíc sa musí rovnať nule. Ak má častica A rotáciu +1/2, musí mať častice B spin -1/2 (a naopak).

Podľa kodanskej interpretácie kvantovej mechaniky opäť, až kým sa neuskutoční meranie, žiadna častica nemá definitívny stav. Obaja sú v superpozícii možných stavov, s rovnakou pravdepodobnosťou (v tomto prípade), že majú pozitívny alebo negatívny spin.

Pracujú tu dva kľúčové body, ktoré tento problém znepokojujú:

1. Kvantová fyzika hovorí, že až do okamihu merania sú častice nie mať konečná kvantová rotácia ale sú v superpozícii možných stavov.
2. Hneď ako zmeráme roztočenie časti A, vieme s istotou hodnotu, ktorú dostaneme z merania roztočenia častica B.

Ak zmeráte časticu A, zdá sa, že kvantové roztočenie častica A sa pomocou merania „nastaví“, ale častica B nejako „vie“, čo to roztočenie má prijať. Pre Einsteina to bolo jasné porušenie teórie relativity.

Nikto nikdy nespochybnil druhý bod; kontroverzia spočívala úplne v prvom bode. Bohm a Einstein podporovali alternatívny prístup nazývaný teória skrytých premenných, ktorý naznačoval, že kvantová mechanika je neúplná. Z tohto hľadiska musel existovať nejaký aspekt kvantovej mechaniky, ktorý nebol okamžite zrejmý, ale ktorý musel byť pridaný do teórie, aby vysvetlil tento druh nelokálneho efektu.

Analogicky zvážte, že máte dve obálky, z ktorých každá obsahuje peniaze. Bolo vám povedané, že jeden z nich obsahuje 5 dolárov a druhý obsahuje 10 dolárov. Ak otvoríte jednu obálku a obsahuje účet 5 $, určite viete, že druhá obálka obsahuje účet 10 $.

Problém s touto analógiou je v tom, že kvantová mechanika určite takto nefunguje. V prípade peňazí obsahuje každá obálka osobitný účet, aj keď sa k nim nikdy nehľadám.

Neistota v kvantovej mechanike nepredstavuje iba nedostatok našich znalostí, ale zásadný nedostatok definitívnej reality. Kým sa meranie neuskutoční, podľa kodanskej interpretácie sú častice skutočne v superpozícii všetkých možných stavov (ako v prípade mŕtvych / živých mačiek v Schroedingerova mačka myšlienkový experiment). Zatiaľ čo väčšina fyzikov by radšej mala vesmír s jasnejšími pravidlami, nikto by na to prišiel presne čo tieto skryté premenné boli alebo ako ich možno zmysluplne začleniť do teórie spôsobom.

Bohr a ďalší obhajovali štandardnú kodanskú interpretáciu kvantovej mechaniky, ktorá bola naďalej podporovaná experimentálnymi dôkazmi. Vysvetlenie je, že vlnová funkcia, ktorá opisuje superpozíciu možných kvantových stavov, existuje vo všetkých bodoch súčasne. Točenie časti A a točenie časti B nie sú nezávislé množstvá, ale sú reprezentované rovnakým termínom v rámci kvantová fyzika rovnice. V okamihu, keď sa vykoná meranie na častici A, sa získa funkcia celej vlny sa zrúti do jedného štátu. Týmto spôsobom nedochádza k vzdialenej komunikácii.

Hlavný klinec v rakve teórie skrytých premenných prišiel od fyzika Johna Stewarta Bell, ktorý je známy ako Bellova veta. Vyvinul sériu nerovností (nazývaných Bell nerovnosti), ktoré predstavujú spôsob distribúcie meraní roztočenia častíc A a častíc B, ak by neboli zapletené. V experimente po experimente sú narušené Bellove nerovnosti, čo znamená, že sa zdá, že dochádza k kvantovému zapleteniu.

Napriek tomuto dôkazu o opaku stále existujú niektorí zástancovia teórie skrytých premenných, aj keď je to väčšinou medzi amatérskymi fyzikmi a nie profesionálmi.

Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.