Paradoks Av Einstein, Podolsky Og Rosen

I 1935 Analyserte Einstein Og To andre fysikere I Usa, Boris Podolsky Og Nathan Rosen, et tankeeksperiment for å måle posisjon og momentum i et par interaksjonssystemer. Ved å bruke konvensjonell kvantemekanikk oppnådde de noen oppsiktsvekkende resultater, noe som førte til at de konkluderte med at teorien ikke gir en fullstendig beskrivelse av fysisk virkelighet. Deres resultater, som er så merkelige som å virke paradoksale, er basert på upåklagelig resonnement, men deres konklusjon om at teorien er ufullstendig følger ikke nødvendigvis. Bohm forenklet deres eksperiment samtidig beholde det sentrale punktet i deres resonnement; denne diskusjonen følger hans konto.

protonet, som elektronen, har spinn 1/2; derfor, uansett hvilken retning som er valgt for å måle komponenten av spinnets vinkelmoment, er verdiene alltid +ℏ / 2 eller-ℏ / 2. (Den nåværende diskusjonen gjelder bare å spinne vinkelmoment, og ordet spinn er utelatt fra nå av.) Det er mulig å oppnå et system som består av et par protoner i umiddelbar nærhet og med total vinkelmoment lik null. Hvis verdien av en av komponentene i vinkelmomentet for et av protonene er +ℏ/2 langs en hvilken som helst valgt retning, må verdien for komponenten i samme retning for den andre partikkelen være −ℏ / 2. Anta at de to protonene beveger seg i motsatt retning til de er langt fra hverandre. Systemets totale vinkelmoment forblir null, og hvis komponenten av vinkelmoment i samme retning for hver av de to partiklene måles, er resultatet et par like og motsatte verdier. Derfor, etter at mengden er målt for en av protonene, kan den forutsies for den andre protonen; den andre målingen er unødvendig. Som tidligere nevnt, endrer måling av en mengde tilstanden til systemet. Hvis måling Av sx (x-komponenten av vinkelmoment) for proton 1 dermed gir verdien +ℏ/2, svarer tilstanden til proton 1 etter måling Til Sx = +ℏ/2, og tilstanden til proton 2 tilsvarer Sx = −ℏ / 2. Enhver retning kan imidlertid velges for å måle komponenten av vinkelmoment. Uansett hvilken retning som er valgt, svarer tilstanden til proton 1 etter måling til en bestemt komponent av vinkelmoment om den retningen. Videre, siden proton 2 må ha motsatt verdi for samme komponent, følger det at målingen på proton 1 resulterer i en bestemt tilstand for proton 2 i forhold til den valgte retningen, til tross for at de to partiklene kan være millioner kilometer fra hverandre og ikke interagerer med hverandre på det tidspunktet. Einstein og hans to samarbeidspartnere trodde at denne konklusjonen var så åpenbart falsk at den kvantemekaniske teorien som den var basert på, må være ufullstendig. De konkluderte med at den riktige teorien ville inneholde noen skjulte variable trekk som ville gjenopprette determinismen til klassisk fysikk.

en sammenligning av hvordan kvanteteori og klassisk teori beskriver vinkelmoment for partikkelpar illustrerer den vesentlige forskjellen mellom de to utsiktene. I begge teorier, hvis et system med to partikler har et totalt vinkelmoment på null, så er vinkelmomentet til de to partiklene like og motsatt. Hvis komponentene i vinkelmomentet måles i samme retning, er de to verdiene numerisk like, en positiv og den andre negative. Således, hvis en komponent måles, kan den andre forutsies. Den avgjørende forskjellen mellom de to teoriene er at i klassisk fysikk antas det at systemet som undersøkes, har hatt mengden som måles på forhånd. Målingen forstyrrer ikke systemet; det avslører bare den eksisterende tilstanden. Det kan bemerkes at hvis en partikkel faktisk hadde komponenter av vinkelmoment før måling, ville slike mengder utgjøre skjulte variabler.

oppfører naturen seg som kvantemekanikk forutsier? Svaret kommer fra å måle komponentene i vinkelmomentet for de to protonene langs forskjellige retninger med en vinkel θ mellom dem. En måling på en proton kan bare gi resultatet +ℏ / 2 eller-ℏ / 2. Forsøket består i å måle korrelasjoner mellom pluss – og minus-verdiene for par protoner med en fast verdi av θ, og deretter gjenta målingene for forskjellige verdier av θ, som I Figur 6. Tolkningen av resultatene hviler på en viktig teorem av Den Irskfødte fysikeren John Stewart Bell. Bell begynte med å anta eksistensen av en form for skjult variabel med en verdi som ville avgjøre om det målte vinkelmomentet gir et pluss eller minus resultat. Han antok videre lokalitet-nemlig den måling på en proton (dvs., valg av målretning) kan ikke påvirke resultatet av målingen på den andre protonen. Begge disse antagelsene er enige med klassiske, fornuftige ideer. Han viste da ganske generelt at disse to forutsetningene fører til et visst forhold, nå kjent som Bells ulikhet, for korrelasjonsverdiene nevnt ovenfor. Eksperimenter har blitt utført ved flere laboratorier med fotoner i stedet for protoner (analysen er lik), og resultatene viser ganske sikkert At Bells ulikhet brytes. Det vil si at de observerte resultatene er enige med kvantemekanikkens og kan ikke regnskapsføres av en skjult variabel (eller deterministisk) teori basert på begrepet lokalitet. Man er tvunget til å konkludere med at de to protonene er et korrelert par, og at en måling på en påvirker tilstanden til begge, uansett hvor langt fra hverandre de er. Dette kan slå en som svært merkelig, men slik er naturen ser ut til å være.

Det kan bemerkes at effekten på tilstanden til proton 2 etter en måling på proton 1 antas å være øyeblikkelig; effekten skjer før et lyssignal initiert av målehendelsen ved proton 1 når proton 2. Alain Aspect og hans kolleger i Paris demonstrerte dette resultatet i 1982 med et genialt eksperiment der korrelasjonen mellom de to vinkelmomentene ble målt, innen et svært kort tidsintervall, av en høyfrekvent bryterenhet. Intervallet var mindre enn tiden det tok for et lyssignal å reise fra en partikkel til den andre ved de to måleposisjonene. Einsteins spesielle relativitetsteori sier at ingen melding kan reise med en hastighet større enn lysets. Det er således ingen måte at informasjonen om målingsretningen på den første protonen kunne nå den andre protonen før målingen ble gjort på den.