EPR paradoks u fizici

EPR paradoks (ili Einstein-Podolsky-Rosen Paradox) misaoni je eksperiment namijenjen da pokaže svojstven paradoks u ranim formulacijama kvantne teorije. Spada među najpoznatije primjere iz kvantno zapletanje. Paradoks uključuje dvije čestice koji se međusobno zapleću u skladu s kvantnom mehanikom. Ispod Kopenhagenska interpretacija kvantne mehanike, svaka je čestica pojedinačno u nesigurnom stanju dok se ne izmjeri, kada točka te čestice postaje izvjesna.

Tog istog trenutka stanje druge čestice također postaje sigurno. Razlog tome što je ovo klasificirano kao paradoks je taj što naizgled uključuje komunikaciju između dvije čestice na brzine veće od brzine svjetlosti, što je sukob sa Albert Einstein-ih teorija relativnosti.

Podrijetlo paradoksa

Paradoks je bio žarište burne rasprave između Einsteina i Niels Bohr. Einstein nikada nije bio zadovoljan kvantnom mehanikom koju su razvijali Bohr i njegovi kolege (temelji se, ironično, na Einsteinovom radu). Zajedno s kolegama Borisom Podolskim i Nathanom Rosenom, Einstein je razvio paradoks EPR-a kao način pokazivanja da je teorija u neskladu s drugim poznatim zakonima fizike. U to vrijeme nije postojao pravi način provođenja eksperimenta, pa je to bio samo misaoni eksperiment ili gedankeexperiment.

instagram viewer

Nekoliko godina kasnije, fizičar David Bohm izmijenio je primjer paradoksa EPR-a tako da su stvari bile malo jasnije. (Izvorni način na koji je paradoks predstavljen bio je pomalo zbunjujući, čak i profesionalnim fizičarima.) U popularnijem Bohmu formulacija, nestabilna spin 0 čestica se raspada na dvije različite čestice, čestica A i čestica B, smjera suprotnih strana upute. Budući da je početna čestica imala spin 0, zbroj dviju novih okretaja čestica mora biti jednak nuli. Ako čestica A ima spin +1/2, tada čestica B mora imati spin -1/2 (i obrnuto).

Ponovno, prema kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike, sve dok se ne izvrši mjerenje, niti jedna čestica nema određeno stanje. Oba su u superpoziciji mogućih stanja, s jednakom vjerojatnošću (u ovom slučaju) pozitivnog ili negativnog okretanja.

Značenje paradoksa

Ovdje postoje dvije ključne točke koje čine ovo zabrinjavajuće:

  1. Kvantna fizika kaže da su, do trenutka mjerenja, čestice nemoj imati određeni kvantni spin ali su u superpoziciji mogućih stanja.
  2. Čim izmjerimo spin čestica A, sigurno znamo vrijednost koju ćemo dobiti mjerenjem centrifuge čestice B.

Ako izmjerite česticu A, čini se da kvantni spin čestice A postaje "postavljen" mjerenjem, ali nekako Čestica B također odmah "zna" na koji se spin treba upustiti. Einsteinu je to bilo očito kršenje teorije relativnosti.

Teorija skrivenih varijabli

Nitko nikada nije doveo u pitanje drugu točku; polemika je ležala u potpunosti s prvom točkom. Bohm i Einstein podržali su alternativni pristup nazvan teorija skrivenih varijabli, koji je sugerirao da je kvantna mehanika nepotpuna. U ovom pogledu, morao je postojati neki aspekt kvantne mehanike koji nije bio očigledan odmah, ali koji je trebalo dodati u teoriju da bi se objasnio takav ne-lokalni efekt.

Kao analogija, uzmite u obzir da imate dvije omotnice u kojima svaka sadrži novac. Rečeno vam je da jedna od njih sadrži račun od 5 USD, a druga računu od 10 USD. Ako otvorite jednu omotnicu i sadrži račun od 5 dolara, onda sigurno znate da druga omotnica sadrži račun od 10 dolara.

Problem ove analogije je taj što kvantna mehanika definitivno ne djeluje na ovaj način. Što se tiče novca, svaka omotnica sadrži određeni račun, čak i ako se nikad ne vratim u njih.

Nesigurnost u kvantnoj mehanici

Neizvjesnost u kvantnoj mehanici ne predstavlja samo nedostatak našeg znanja, već temeljni nedostatak definitivne stvarnosti. Dok se ne izvrši mjerenje, prema kopenhagenskoj interpretaciji, čestice su stvarno u superpoziciji svih mogućih stanja (kao u slučaju mrtve / žive mačke u Schroedingerova mačka misaoni eksperiment). Dok bi većina fizičara radije imala svemir s jasnijim pravilima, nitko to nije mogao shvatiti točno ono što su te skrivene varijable ili kako ih se smisleno može uključiti u teoriju put.

Bohr i drugi branili su se standardnom kopenhagenskom interpretacijom kvantne mehanike, što je i dalje potkrijepljeno eksperimentalnim dokazima. Objašnjenje je da valna funkcija koja opisuje superpoziciju mogućih kvantnih stanja postoji u svim točkama istovremeno. Okretanje čestice A i zavrtanje čestice B nisu neovisne veličine, ali su predstavljene istim pojmom unutar kvantna fizika jednadžbe. Trenutak kada se vrši mjerenje na čestici A, to je cijela valna funkcija propada u jednu državu. Na taj se način ne odvija nikakva daljinska komunikacija.

Bell-ova teorema

Glavni čavao u lijesu teorije skrivenih varijabli došao je od fizičara Johna Stewarta Bell-a, u onome što je poznato kao Bell-ova teorema. Razvio je niz nejednakosti (nazvane Bell-ove nejednakosti), koje predstavljaju kako bi se mjerila zavrtnje čestice A i čestice B distribuirale ako se ne bi zaplele. U pokusu nakon eksperimenta, Bell-ove nejednakosti su povrijeđene, što znači da se čini da se događa kvantno zapletanje.

Usprkos ovim dokazima suprotnim, još uvijek postoje zagovornici teorije skrivenih varijabli, iako je to uglavnom među fizičarima amaterima, a ne profesionalcima.

Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.

instagram story viewer