EPR Paradox se Nepodařilo Zdiskreditovat Kodaňská Interpretace

Dan Hooper, Ph.d., University of Chicago
ilustrace experimentu, provedeného za účelem prokázání EPR paradox.
ilustrace myšlenkového experimentu EPR paradox, který se zde provádí pomocí párů elektron-pozitronu. (Obrázek: Krishnavedala / Public domain)

co je vědecký realismus?

Einsteinovi bylo nepříjemné, jak by daná částice mohla být na více místech najednou nebo jak by se mohla pohybovat více rychlostmi, vše současně, podle Kodaňské interpretace. Po letech debaty a úvah, Einstein nakonec přišel přijmout a trvat na Filozofické pozici známé jako vědecký realismus, aby tomu čelil.

Jako Einstein viděl, jeden je vědecký realista, jestli věří v existenci skutečný a dobře definovaný stav světa, a že svět existuje nezávisle na jakékoli připomínky, které můžete udělat. Jinými slovy, svět je skutečná a dobře definovaná věc, která existuje nezávisle na nás. Pozorováním se můžeme dozvědět věci o světě, ale naše pozorování nedělají svět tím, čím je.

Einsteinovo naléhání na vědecký realismus padlo v ostrém kontrastu s kodaňskou interpretací kvantové mechaniky. Podle Kodaňské interpretace, elektron by mohl být na více místech najednou, ale při pozorování je vyroben z elektronu vlnová funkce se zhroutí a promění v již být na více místech, ale místo toho je pouze jeden. Tato interpretace nebyla slučitelná s einsteinovými představami o světě nebo jeho dodržováním vědeckého realismu.

další informace o Einsteinově odmítnutí černých děr.

je teorie kvantové mechaniky neúplná?

I když Einstein nesouhlasil s Kodaňskou interpretaci, musel uznat, že předpovědi jsou vyrobeny s rovnic kvantové mechaniky byly v dohodě s libovolným počtem laboratorních měření a testů. Kvantová mechanika se nezdála být prostě špatná.

Portrét Alberta Einsteina v roce 1931.
portrét Alberta Einsteina z roku 1931, asi čtyři roky předtím, než vydal knihu EPR s Podolským a Rosenem. (Obrázek: Doris Ulmann/Library of Congress Prints and Photographs Division)

Takže, zaměřil se na to snažil ukázat, že teorie kvantové mechaniky bylo tak nějak neúplné. Einstein doufal, že bude schopen najít úplnější verzi kvantové mechaniky, která bude deterministická a která bude slučitelná s vědeckým realismem.

Nicméně, všechny filozofické námitky Einstein se podařilo zvýšit proti Kodaňské interpretace jsou subjektivní v nejlepším a nepodařilo přesvědčit ostatní fyzici, že konsensus kvantové teorie je nesprávná nebo neúplná.

Einstein potřeboval odhalit logickou nekonzistenci nebo identifikovat hlavní problém v Kodaňské interpretaci, který by mohl být uznán jako fatální chyba, aby přesvědčil své kolegy.

další informace o kvantovém zapletení.

kvantové zapletení a EPR Paradox

titulek New York Times, který říká, že Einstein útočí na kvantovou teorii.
titulek v New York Times, vydání ze dne 4. Května 1935, po vydání EPR papír. (Obrázek: New York Times/Public domain)

Pro řadu let, Einstein přemýšlel o skupiny částice s vlnovou funkcí, které jsou přímo závislé na jeden druhého. Dnes označujeme takové vlnové funkce jako „zapletené“, ale tato terminologie ještě nebyla vytvořena na konci dvacátých let.

Zatímco Einstein nebyl ještě plně prozkoumán, nebo pochopil důsledky kvantové zapletení, poznal, že kvantová zapletení bylo nevyhnutelným důsledkem Kodaňská interpretace kvantové mechaniky. Uznal také, že některé zvláště podivné chování může vyplynout z kvantového zapletení.

V roce 1933 Einstein vzal do pozice, na Princetonský Institut pro Pokročilá Studia, po útěku z Nacistického Německa. Tam pracoval s dalšími dvěma fyziky, Borisem Podolským a Nathanem Rosenem. Během následujících dvou let napsali vlivný článek s názvem “ lze kvantově-mechanický popis fyzické Reality považovat za úplný?“Tento dokument obsahoval první popis toho, co by se stalo známým jako EPR paradox nebo Einstein-Podolsky-Rosenův paradox.

Toto je přepis z video série co se Einstein mýlil. Sledujte to nyní, na skvělých kurzech Plus.

EPR papír popsal hypotetický experiment, které mají prokázat to, co Einstein viděl jako paradoxní důsledky Kodaňské interpretace. Experiment EPR byl jedním z Einsteinových nejslavnějších myšlenkových experimentů.

v průběhu let byla diskutována a navržena řada různých verzí myšlenkového experimentu EPR. Všechny mají stejné základní prvky, včetně dvojice částic, které začínají u sebe a pracovat a pak cestovat daleko od sebe v různých směrech.

jedna z lepších pozdějších verzí popisuje atom, který se chystá rozpadnout. Produkuje dvě částice se stejnou hmotností. Vzhledem k tomu, že systém začíná bez hybnosti, zákon zachování hybnosti říká, že celková hybnost obou částic bude muset přidat až nulu. To znamená, že tyto dvě částice musí cestovat pryč od atomu v opačných směrech a se stejnými rychlostmi.

Jedná se však o kvantové částice bez jednoznačně definovaných hodnot jejich rychlostí. Místo toho jsou popsány vlnovou funkcí, kterou lze použít k výpočtu pravděpodobnosti, že při měření bude zjištěno, že mají určitou rychlost. Navíc před provedením jakéhokoli měření mají rychlosti těchto částic více hodnot a všechny současně.

Představte si, že tyto částice urazí nějakou významnou vzdálenost od atomu, a jak tak činí, stále více se od sebe oddělují. Po jejich oddělení provedete měření rychlosti jedné z částic. Řekněme například, že změříte částici, která má cestovat rychlostí 100 mil za hodinu.

podle Kodaňské interpretace tímto měřením zkolabujete vlnovou funkci částice. Zdá se však, že podle experimentu EPR jste také udělali něco jiného. A to je hlavní bod experimentu EPR.

protože hybnost je vždy zachována, měřením rychlosti jedné z částic se také naučíte rychlost druhé částice. Koneckonců, obě částice se musí pohybovat stejnou rychlostí. Takže, měřením rychlost jedné z částic, nemusíte jen způsobí, že částice, vlnová funkce se zhroutí, můžete také sbalit jinou částici vlnovou funkcí. Aniž byste se dostali k druhé částici, nějak jste přinutili její vlnovou funkci zhroutit se.

Einstein věřil, že tento druh chování je zjevně nemožný. Tvrdil, že neexistuje nic, co by člověk mohl udělat s částicí na jednom místě, které by mohlo ovlivnit jinou částici na jiném místě. Zatímco experiment EPR ukazuje, že takové věci se musí stát podle kodaňského pohledu na kvantovou mechaniku. Tato námitka je podstatou paradoxu EPR. Einstein si myslel, že konečně ukázal, proč musí být Kodaňský pohled neúplný. Nebo možná dokonce špatně.

další informace o tom, proč Einstein odmítl koncept černých děr.

Niels Bohr Reakci na EPR Paradox

dánský fyzik Niels Bohr, který byl jedním z hlavních zastánci Kodaňské interpretace kvantové mechaniky, cítil, že to byla jeho zodpovědnost reagovat na Einstein útoku a objasnit, a snad nápravě situace.

Bohr byl přesvědčen, že kvantová mechanika je platná teorie, a obával se, že Einsteinovy útoky nespravedlivě sníží jeho důvěryhodnost. Takže, Bohr dát vše ostatní stranou a strávil šest intenzivní týdny formulování a psaní odpovědi na EPR papír a jeho kritiky Kodaňské interpretace kvantové mechaniky.

Ve svém článku reaguje na EPR papír, Bohr se nesnažil zpochybnit závěr, že Kodaňská interpretace vede k zapletení vlnové funkce. Bylo jasné, že ano. Bohr tvrdil, že se zapletením není logicky nic v rozporu. Zapletení je divné, ale to neznamená, že to není také skutečné.

jedním z důvodů, na kterých by člověk mohl vznést námitky proti kvantovému zapletení, je to, že se zdá, že zahrnuje rychlejší cestování než světlo. Podle relativity se nic nemůže pohybovat prostorem rychleji než rychlost světla.

Tento zdánlivý problém vychází ze skutečnosti, že když člověk měří rychlost jedné z částic v EPR experimentu, okamžitě zhroutí se vlnová funkce částice. Vzhledem k tomu, že tyto dvě částice odděluje značná vzdálenost, zdá se, že to vyžaduje okamžitý pohyb vesmírem.

Einstein to označil za „strašidelnou akci na dálku“ a zdálo se, že porušuje ústřední princip relativity.

Při bližším zkoumání se ukazuje, že kvantová zapletení se mohlo zdát, k porušení teorie relativity, ale ve skutečnosti to není. Konkrétně to nechce povolit žádné částice nebo jakékoliv jiné formy informací pohybovat mezi dvěma místy na rychlosti rychleji než světlo. Dvě částice mohou být spojeny jejich zapletením, ale to by nikdy nemohlo být použito k vyslání signálu nebo objektu z jednoho místa na druhé rychlostí rychlejší než rychlost světla.

Bohr ukázal, že bližší pohled na paradox EPR odhalil, že tam vůbec žádný paradox neexistuje. Ačkoli Bohrova odpověď nezměnila názor Einsteina, zdá se, že většina fyziků považovala jeho vyvrácení za přesvědčivé. Dnes je dokument EPR široce považován za chybný krok Einsteina.

dokument EPR upozornil na jevy kvantového zapletení, ale nakonec neposkytl platný případ proti Kodaňské interpretaci kvantové mechaniky. Einstein doufal, že papír EPR přinese fatální ránu konsenzuálnímu pohledu na kvantovou mechaniku, ale teorie přežila a stala se silnější než kdykoli předtím.

časté otázky týkající se paradoxu EPR

otázka: proč je paradox EPR špatný?

Einstein doufal, že EPR paradox, který vypadal, že naznačují, že teorie kvantové mechaniky byla neúplná, by konečně vyfouknout konsensus kolem Kodaňské interpretace. EPR paradox naznačoval, že částice cestovaly rychlostí rychleji než světlo, což porušovalo obecné bariéry relativity. To se však později ukázalo jako nesprávné. Paradox EPR je tedy špatný.

otázka: Jaká je teorie zapletení?

teorie zapletení říká, že kvantové částice, které jsou zapleteny, zůstávají zamotané a jakákoli akce provedená na jedné z částic stejně ovlivňuje ostatní částice, i když jsou uvedené částice daleko od sebe.

otázka: je kvantové zapletení rychlejší než světlo?

ne, kvantové zapletení se řídí pravidly relativity a neumožňuje cestovat rychleji než rychlost světla. Zapletené objekty se chovají podobně, což vytváří dojem cestování rychleji než světlo, ale žádné skutečné cestování nebo komunikace rychleji než světlo neprobíhá.

otázka: co je superpozice a zapletení?

jednoduše řečeno, kvantové zapletení se týká přenosu informací mezi dvojicí kvantových částic tam a zpět. Na druhé straně kvantová superpozice odkazuje na teorii, která naznačuje, že kvantové částice současně existují ve více stavech.

Dan Hooper, Ph.d., University of Chicago ilustrace myšlenkového experimentu EPR paradox, který se zde provádí pomocí párů elektron-pozitronu. (Obrázek: Krishnavedala / Public domain) co je vědecký realismus? Einsteinovi bylo nepříjemné, jak by daná částice mohla být na více místech najednou nebo jak by se mohla pohybovat více rychlostmi, vše současně, podle Kodaňské interpretace. Po letech…

Dan Hooper, Ph.d., University of Chicago ilustrace myšlenkového experimentu EPR paradox, který se zde provádí pomocí párů elektron-pozitronu. (Obrázek: Krishnavedala / Public domain) co je vědecký realismus? Einsteinovi bylo nepříjemné, jak by daná částice mohla být na více místech najednou nebo jak by se mohla pohybovat více rychlostmi, vše současně, podle Kodaňské interpretace. Po letech…

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.