EPR Paradox ve fyzice

EPR paradox (nebo Einstein-Podolsky-Rosen Paradox) je myšlenkový experiment, jehož cílem je demonstrovat inherentní paradox v raných formulacích kvantové teorie. Patří mezi nejznámější příklady Kvantové zapletení. Paradox zahrnuje dvě částice které jsou vzájemně spojeny podle kvantové mechaniky. Pod Kodaňská interpretace Kvantové mechaniky je každá částice individuálně v nejistém stavu, dokud není změřena, kdy se stav této částice stane jistým.

V tu samou chvíli se stav ostatních částic také stane jistým. Důvod, proč je to klasifikováno jako paradox, spočívá v tom, že to zdánlivě zahrnuje komunikaci mezi dvěma částicemi na rychlosti vyšší než rychlost světla, což je konflikt s Albert Einstein's teorie relativity.

Paradox byl ústředním bodem vzrušené debaty mezi Einsteinem a Niels Bohr. Einstein nebyl nikdy spokojený s kvantovou mechanikou vyvíjenou Bohrem a jeho kolegy (ironicky na základě práce zahájené Einsteinem). Spolu se svými kolegy Borisem Podolským a Nathanem Rosenem vyvinul Einstein paradox EPR jako způsob, jak ukázat, že teorie byla v rozporu s jinými známými fyzikálními zákony. V té době neexistoval žádný reálný způsob, jak provést experiment, takže to byl jen myšlenkový experiment nebo gedankenexperiment.

O několik let později, fyzik David Bohm, upravil paradoxní příklad EPR tak, že věci byly o něco jasnější. (Původní způsob, jak byl paradox představen, byl poněkud matoucí, dokonce i pro profesionální fyziky.) V populárnějším Bohmu formulace, nestabilní částice spinu 0 se rozpadne na dvě různé částice, částice A a částice B, směřující naproti Pokyny. Protože počáteční částice měla rotaci 0, součet dvou nových točení částic se musí rovnat nule. Pokud má částice A spinu +1/2, musí mít částice B spinu -1/2 (a naopak).

Podle kodaňské interpretace kvantové mechaniky opět žádná částice nemá definitivní stav, dokud není provedeno měření. Oba jsou v superpozici možných stavů, se stejnou pravděpodobností (v tomto případě), že mají pozitivní nebo negativní rotaci.

V práci jsou dva klíčové body, které dělají toto znepokojující:

1. Kvantová fyzika říká, že až do okamžiku měření jsou částice nedělej mít definitivní kvantová rotace ale jsou v superpozici možných stavů.
2. Jakmile změříme roztočení části A, víme jistě hodnotu, kterou dostaneme z měření roztočení části B.

Pokud změříte částici A, vypadá to, že kvantové roztočení částice A se „změří“ měřením, ale částice B nějakým způsobem „okamžitě“ „ví“, jaké točení má přijmout. Pro Einsteina to bylo jasné porušení teorie relativity.

Nikdo nikdy nezpochybnil druhý bod; diskuse spočívala úplně na prvním bodě. Bohm a Einstein podporovali alternativní přístup zvaný teorie skrytých proměnných, který naznačoval, že kvantová mechanika je neúplná. Z tohoto hlediska musela existovat určitá stránka kvantové mechaniky, která nebyla okamžitě zřejmá, ale která musela být přidána do teorie, aby vysvětlila tento druh nelokálního efektu.

Analogicky zvažte, že máte dvě obálky, z nichž každá obsahuje peníze. Bylo vám řečeno, že jeden z nich obsahuje účet 5 $ a druhý obsahuje účet 10 $. Pokud otevřete jednu obálku a obsahuje účet 5 $, určitě víte, že druhá obálka obsahuje účet 10 $.

Problém s touto analogií je v tom, že kvantová mechanika rozhodně takto nefunguje. V případě peněz obsahuje každá obálka konkrétní účet, i když se k nim nikdy nedostanu.

Nejistota v kvantové mechanice nepředstavuje pouze nedostatek našich znalostí, ale zásadní nedostatek určité reality. Dokud není měření provedeno, podle kodaňské interpretace jsou částice skutečně v superpozici všech možných stavů (jako v případě mrtvé / živé kočky v Schroedingerova kočka myšlenkový experiment). Zatímco většina fyziků by raději měla vesmír s jasnějšími pravidly, nikdo by na to nemohl přijít přesně to, co tyto skryté proměnné byly nebo jak by mohly být začleněny do teorie smysluplně cesta.

Bohr a další obhajovali standardní kodaňskou interpretaci kvantové mechaniky, která byla i nadále podporována experimentálními důkazy. Vysvětlení je, že vlnová funkce, která popisuje superpozici možných kvantových stavů, existuje ve všech bodech současně. Spin částice A a spin částice B nejsou nezávislá množství, ale jsou reprezentovány stejným termínem uvnitř kvantová fyzika rovnice. V okamžiku, kdy je provedeno měření na částici A, je funkce celé vlny se zhroutí do jediného stavu. Tímto způsobem nedochází ke vzdálené komunikaci.

Hlavní hřebík v rakvi teorie skrytých proměnných přišel od fyzika Johna Stewarta Bell v čem je znám jako Bellova věta. Vyvinul řadu nerovností (zvaných Bell nerovnosti), které představují, jak by se měření roztočení části A a částice B rozdělovala, kdyby nebyly zapleteny. V experimentu po experimentu jsou Bellovy nerovnosti porušeny, což znamená, že se zdá, že dochází k kvantovému zapletení.

Navzdory tomuto důkazu o opaku, stále existují někteří zastánci teorie skrytých proměnných, i když je to spíše mezi amatérskými fyziky než profesionály.

Editoval Anne Marie Helmenstine, Ph. D.