Paradoks Einsteina „Upiorne działanie na odległość” starszy niż myśl

Wyrażenie Einsteina upiorne działanie na odległość stało się synonimem jednego z najsłynniejszych epizodów w historii fizyki – jego bitwy z Bohrem w latach 30. XX wieku o kompletność mechaniki kwantowej.

Bronią Einsteina w tej bitwie były eksperymenty myślowe, które zaprojektował, aby podkreślić to, co uważał za niedoskonałości nowej teorii.

Najbardziej znanym z nich jest paradoks EPR, ogłoszony w 1935 roku i nazwany na cześć jego wynalazców Einsteina, Borisa Podolskiego i Nathana Rosena.

Obejmuje parę cząstek połączonych dziwną kwantową właściwością splątania (słowo ukute znacznie później). Splątanie ma miejsce, gdy dwie cząstki są ze sobą tak głęboko połączone, że dzielą to samo istnienie. W języku mechaniki kwantowej opisuje je ta sama matematyczna zależność znana jako funkcja falowa.

Splątanie powstaje naturalnie, gdy na przykład dwie cząstki powstają w tym samym punkcie i chwili w przestrzeni.

Splątane cząstki mogą ulec znacznemu rozdzieleniu w przestrzeni. Ale mimo to matematyka implikuje, że pomiar na jednym natychmiast wpływa na drugi, niezależnie od odległości między nimi.

Einstein i współpracownicy wskazali, że zgodnie ze szczególną teorią względności jest to niemożliwe i dlatego mechanika kwantowa musi być błędna lub przynajmniej niekompletna. Einstein nazwał to słynną akcją na odległość.

Paradoks EPR zaskoczył Bohra i został rozwiązany dopiero w 1964 roku, długo po śmierci Einsteina. Fizyk z CERN-u, John Bell, rozwiązał to, myśląc o splątaniu jako o zupełnie nowym rodzaju zjawiska, które nazwał nielokalnym.

Podstawową ideą jest tutaj myślenie o przekazywaniu informacji. Splątanie pozwala jednej cząstce na natychmiastowe oddziaływanie na inną, ale nie w sposób, który pozwala klasycznej informacji podróżować szybciej niż światło. To rozwiązało paradoks ze szczególną teorią względności, ale pozostawiło wiele tajemnicy nietkniętej. W dzisiejszych czasach ciekawa natura splątania jest przedmiotem intensywnej uwagi w laboratoriach na całym świecie.

Ale to nie mówi wszystkiego, mówi Hrvoje Nikoli z Instytutu Rudjera Boskovica w Chorwacji. Dziś ujawnia, że ​​chociaż historia po raz pierwszy odnotowuje ten paradoks w 1935 roku, Einstein nieświadomie natknął się na niego znacznie wcześniej, w 1930 roku.

W tym czasie pracował nad kolejnym paradoksem, który przedstawił na VI Konferencji Solvaya w Brukseli w 1930 roku. Problem ten koncentrował się na relacji niepewności Heisenberga między energią a czasem, która mówi, że nie można zmierzyć obu z dużą dokładnością.

Aby temu zakwestionować, Einstein wymyślił następujący eksperyment myślowy. Wyobraź sobie pudełko, które można szybko otworzyć i zamknąć i które zawiera zbiór fotonów. Po otwarciu pudełko emituje pojedynczy foton.

Czas emisji można mierzyć z dowolną precyzją – to po prostu czas, przez który pudełko było otwarte. Zgodnie z mechaniką kwantową ogranicza to rozdzielczość, z jaką można zmierzyć energię fotonu.

Ale Einstein zwrócił uwagę, że to również można zmierzyć z dowolną precyzją, nie mierząc fotonu, ale mierząc zmianę energii pudełka podczas emisji fotonu, która musi być równa energii fotonu. Dlatego mechanika kwantowa jest niespójna, powiedział.

Wielki rywal Einsteina, Bohr, długo i intensywnie zastanawiał się nad tym, ale w końcu przedstawił następujący argument. Powiedział, że odpowiedzi dostarczyła własna teoria ogólnej teorii względności Einsteina.

Ponieważ pomiar czasu odbywa się w polu grawitacyjnym, upływ czasu, w którym pudełko jest otwarte, musi również zależeć od jego położenia.

Niepewność pozycji jest dodatkowym czynnikiem, którego Einstein nie wziął pod uwagę, a to, według Bohra, rozwiązało paradoks. Einstein został wysłany do pakowania.

Oczywiście dla współczesnego oka nie jest to zadowalająca odpowiedź. Oznacza to, po pierwsze, że mechanika kwantowa wymaga spójności ogólnej teorii względności, idei, którą współcześni fizycy całkowicie odrzuciliby.

Nikoli mówi, że ten problem nigdy nie był zadowalająco analizowany z nowoczesnej perspektywy. Do teraz.

Mówi, że właściwą rozdzielczością jest myślenie o całkowitej energii układu, która jest energią pudełka i energią fotonu. Całkowita energia jest stała i zarządzana przez pojedynczą jednostkę matematyczną, nawet po emisji fotonu.

Zatem pudełko i foton muszą być splątane.

To natychmiast podnosi problem, na który Einstein później wpadł w paradoksie EPR. Pomiar na pudełku natychmiast wpływa na foton i odwrotnie – upiorne działanie na odległość.

Z tego powodu paradoks fotonów jest równoważny paradoksowi EPR, mówi Nikoli. Gdyby Einstein to zauważył, mógłby powstrzymać Bohra w swoich śladach.

To ciekawy przypis historyczny. Powszechnie uważa się, że triumf Bohra nad Einsteinem z tej okazji był jego największym.

Ale teraz łatwo zauważyć, że sprawy mogłyby potoczyć się znacząco inaczej, gdyby Einstein przeformułował swój argument w kategoriach splątania.

Tak powstała historia!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1203.1139 : EPR Przed EPR: Ponowny eksperyment myślowy Einsteina-Bohra z 1930 r.

ukryć