EPR paradoxon a fizikában

Az EPR paradoxon (vagy az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon) egy gondolatkísérlet, amely a kvantumelmélet korai megfogalmazásában rejlő paradoxon bemutatására szolgál. Ez a legismertebb példák közé tartozik kvantum összefonódás. A paradoxon magában foglalja két részecske amelyek egymással össze vannak kötve a kvantummechanika szerint. Alatt Koppenhágai értelmezés A kvantummechanika szerint az egyes részecskék külön-külön bizonytalan állapotban vannak, amíg meg nem mérik, és ezen a ponton a részecske állapota biztosra válik.

Ugyanebben a pillanatban a másik részecske állapota is bizonyossá válik. Ennek oka annak, hogy ezt paradoxonnak kell besorolni, az áll, hogy látszólag magában foglalja a két részecske közötti kommunikációt a fénysebességnél nagyobb sebesség, amely ütközik a Albert Einstein„s relativitás-elmélet.

A paradoxon volt a heves vita középpontjában az Einstein és Niels Bohr. Einstein soha nem volt elégedett azzal, hogy a kvantummechanikát Bohr és munkatársai fejlesztették ki (ironikusan az Einstein által megkezdett munka alapján). Kollégáival, Boris Podolsky-val és Nathan Rosen-nal együtt Einstein kifejlesztette az EPR paradoxont ​​annak érdekében, hogy megmutassa, hogy az elmélet nincs összhangban más ismert fizikai törvényekkel. Abban az időben nem volt valódi módja a kísérlet elvégzésének, tehát ez csak gondolatkísérlet vagy gedankexperiment volt.

Néhány évvel később, David Bohm fizikus módosította az EPR paradoxon példáját, hogy a dolgok egy kissé világosabbá váljanak. (A paradoxon bemutatásának eredeti módja kissé zavaró volt, még a hivatásos fizikusok számára is.) A népszerűbb Bohm-ban összetételében egy instabil spin 0 részecske két különféle részecskére bomlik, az A és B részecskékre, szemben az ellenkező irányban irányban. Mivel a kezdeti részecske centrifugálása 0 volt, a két új részecske centrifugálásának összegének nullának kell lennie. Ha az A részecskének centrifugálása +1/2, akkor a B részecske centrifugálásának -1/2 kell lennie (és fordítva).

A kvantummechanika koppenhágai értelmezése szerint ismételten addig, amíg a mérést meg nem valósítják, egyik részecskenek sem van határozott állapota. Mindkettő a lehetséges állapotok szuperpozíciójában helyezkedik el, azonos valószínűséggel (ebben az esetben) pozitív vagy negatív spinnek.

Két kulcsfontosságú pont működik itt, amelyek ezt a zavart okozzák:

1. A kvantumfizika azt mondja, hogy a mérés pillanatáig a részecskék nem Van egy határozott kvantum centrifugálás de a lehetséges állapotok szuperpozíciójában vannak.
2. Amint megmérjük az A részecske centrifugálását, biztosan tudjuk, milyen értéket kapunk a B részecske spinjének mérésével.

Ha az A részecskét mérjük, úgy tűnik, hogy az A részecske kvantum centrifugálását a mérés "beállítja", de valahogy a B részecske azonnal "tudja", hogy milyen centrifugálást kell felvennie. Einstein számára ez a relativitáselmélet egyértelmű megsértése volt.

Soha senki sem kérdőjelezte meg a második pontot; az ellentmondás teljes egészében az első ponttal állt. Bohm és Einstein egy alternatív megközelítést támogatta a rejtett változók elméletének, amely szerint a kvantummechanika hiányos. Ebben a nézőpontban a kvantummechanikának volt olyan aspektusa, amely nem volt azonnal nyilvánvaló, de amelyet be kellett illeszteni az elméletbe, hogy megmagyarázzák az ilyen nem helyi hatást.

Analógiaként vegye figyelembe, hogy van két borítéka, amelyek mindegyike pénzt tartalmaz. Azt mondták nekik, hogy egyikük 5 dolláros számlát, a másik 10 dollár számlát tartalmaz. Ha kinyit egy borítékot és 5 dolláros számlát tartalmaz, akkor biztosan tudja, hogy a másik boríték tartalmazza a 10 dolláros számlát.

Ennek az analógiának az a problémája, hogy a kvantummechanika egyértelműen nem úgy működik. A pénz esetében minden boríték külön számlát tartalmaz, még akkor is, ha soha nem szabad megnéznem őket.

A kvantummechanika bizonytalansága nem csupán tudásunk hiányát, hanem egy határozott valóság alapvető hiányát jelenti. Amíg a mérést meg nem valósítják, a koppenhágai értelmezés szerint a részecskék valóban minden lehetséges állapot szuperpozíciójában vannak (mint például a halott / élő macska esetében a Schroedinger macska gondolatkísérlet). Bár a legtöbb fizikus inkább egyértelműbb szabályokkal rendelkező univerzumot választott volna, senki sem tudta kitalálni pontosan mi volt ezek a rejtett változók, vagy hogyan értelmezhető módon beilleszthetők az elméletbe út.

Bohr és mások megvédték a kvantummechanika koppenhágai értelmezését, amelyet továbbra is a kísérleti bizonyítékok támasztottak alá. A magyarázat az, hogy a lehetséges kvantumállapotok szuperpozícióját leíró hullámfüggvény minden pontban egyszerre létezik. Az A részecske spinje és a B részecske spinje nem egymástól független mennyiségek, hanem a kvantumfizika egyenletek. Abban a pillanatban, amikor az A részecskén mérést végeznek, teljes hullám funkció összeomlik egyetlen állapotba. Ilyen módon nincs távoli kommunikáció.

A rejtett változók elméletének koporsójában a legfontosabb köröm John Stewart Bell fizikus jött, az úgynevezett Bell-tétel. Kialakította az egyenlőtlenségek sorozatát (úgynevezett Bell egyenlőtlenségeket), amelyek azt mutatják, hogy az A és a B részecske spinjének mérései hogyan oszlanak el, ha nem lennének összefonódva. A kísérlet utáni kísérlet során megsértik a Bell-egyenlőtlenségeket, ami azt jelenti, hogy a kvantum összefonódása valószínűleg zajlik.

Az ellenkező bizonyítékok ellenére továbbra is vannak a rejtett változók elméletének támogatói, bár ez inkább az amatőr fizikusok, mint a szakemberek körében fordul elő.

Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.