ЭПР-парадокс в физике

Парадокс ЭПР (или парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена) - это мысленный эксперимент, призванный продемонстрировать врожденный парадокс в ранних формулировках квантовой теории. Это один из самых известных примеров квантовая запутанность. Парадокс предполагает две частицы которые запутаны друг с другом в соответствии с квантовой механикой. Под Копенгагенская интерпретация В квантовой механике каждая частица индивидуально находится в неопределенном состоянии, пока она не будет измерена, и в этот момент состояние этой частицы становится определенным.

В тот же момент состояние другой частицы также становится определенным. Причина того, что это классифицируется как парадокс, заключается в том, что это, по-видимому, включает в себя связь между двумя частицами в скорости больше скорости света, который является конфликтом с Альберт Эйнштейн«s теория относительности.

Парадокс был центром горячих споров между Эйнштейном и Нильс Бор. Эйнштейну никогда не нравилась квантовая механика, разрабатываемая Бором и его коллегами (по иронии судьбы, работа, начатая Эйнштейном). Вместе со своими коллегами Борисом Подольским и Натаном Розеном Эйнштейн разработал парадокс ЭПР, чтобы показать, что теория не соответствует другим известным законам физики. В то время не было никакого реального способа проведения эксперимента, так что это был просто мысленный эксперимент или эксперимент gedankene.

Несколько лет спустя физик Дэвид Бом изменил пример парадокса ЭПР, чтобы все было немного яснее. (Оригинальный способ представления парадокса несколько сбивал с толку даже профессиональных физиков.) В более популярном Боме формулировка, нестабильная частица со спином 0 распадается на две разные частицы, частицу A и частицу B, направляясь в противоположную направления. Поскольку исходная частица имела спин 0, сумма двух новых спинов частиц должна равняться нулю. Если частица А имеет спин +1/2, то частица В должна иметь спин -1/2 (и наоборот).

Опять же, согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, до тех пор, пока измерение не будет сделано, ни одна из частиц не имеет определенного состояния. Они оба находятся в суперпозиции возможных состояний с равной вероятностью (в данном случае) наличия положительного или отрицательного спина.

Здесь есть два ключевых момента, которые вызывают беспокойство:

1. Квантовая физика говорит, что до момента измерения частицы не иметь определенный квантовый спин но находятся в суперпозиции возможных состояний.
2. Как только мы измерим спин Частицы A, мы точно знаем значение, которое мы получим при измерении вращения Частицы B.

Если вы измеряете Частицу A, кажется, что квантовый спин Частицы A «устанавливается» измерением, но каким-то образом Частица B также мгновенно «знает», какое вращение она должна совершить. Для Эйнштейна это было явным нарушением теории относительности.

Никто никогда не подверг сомнению второй пункт; Спор лежал полностью с первым пунктом. Бом и Эйнштейн поддержали альтернативный подход, названный теорией скрытых переменных, который предположил, что квантовая механика была неполной. С этой точки зрения должен был быть некоторый аспект квантовой механики, который не был сразу очевиден, но который необходимо было добавить в теорию, чтобы объяснить этот вид нелокального эффекта.

В качестве аналогии рассмотрим, что у вас есть два конверта, каждый из которых содержит деньги. Вам сказали, что один из них содержит счет на 5 долларов, а другой содержит счет на 10 долларов. Если вы откроете один конверт и в нем будет купюра в 5 долларов, то вы наверняка знаете, что в другом конверте содержится купюра в 10 долларов.

Проблема этой аналогии состоит в том, что квантовая механика определенно не работает таким образом. В случае денег, каждый конверт содержит определенный счет, даже если я никогда не удосужился посмотреть на них.

Неопределенность в квантовой механике представляет собой не просто недостаток наших знаний, но фундаментальное отсутствие определенной реальности. До измерения, согласно копенгагенской интерпретации, частицы действительно находятся в суперпозиции всех возможных состояний (как в случае мертвого / живого кота в Кот Шредингера мысленный эксперимент). Хотя большинство физиков предпочло бы иметь вселенную с более ясными правилами, никто не мог понять, что это были за скрытые переменные или как они могли быть включены в теорию путь.

Бор и другие защищали стандартную копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, которая продолжала подтверждаться экспериментальными данными. Объяснение состоит в том, что волновая функция, которая описывает суперпозицию возможных квантовых состояний, существует во всех точках одновременно. Спин Частицы A и спин Частицы B не являются независимыми величинами, но представлены одним и тем же термином в квантовая физика уравнения. В тот момент, когда производится измерение на Частице А, вся волновая функция рушится в одно состояние. Таким образом, дистанционное общение не происходит.

Главный гвоздь в гробу теории скрытых переменных пришел от физика Джона Стюарта Белла, в том, что известно как Теорема Белла. Он разработал серию неравенств (называемых неравенствами Белла), которые представляют, как измерения спина Частицы A и Частицы B будут распределяться, если бы они не были запутаны. В эксперименте за экспериментом неравенства Белла нарушаются, а это означает, что квантовая запутанность действительно имеет место.

Несмотря на это доказательство обратного, все еще есть некоторые сторонники теории скрытых переменных, хотя это в основном среди физиков-любителей, а не профессионалов.

Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии