De EPR-Paradox kon de interpretatie van Kopenhagen

door dan Hooper, Ph. D., Universiteit van Chicago niet in diskrediet brengen.
 een illustratie van een experiment dat wordt uitgevoerd om de EPR paradox aan te tonen.
een illustratie van het EPR paradox gedachte-experiment, dat hier wordt uitgevoerd met behulp van paren elektron-positron. (Afbeelding: Krishnavedala / Public domain)

Wat is wetenschappelijk realisme?Einstein voelde zich ongemakkelijk bij de manier waarop een bepaald deeltje op meerdere plaatsen tegelijk kon zijn of hoe het met meerdere snelheden kon bewegen, allemaal tegelijk, volgens de interpretatie van Kopenhagen. Na jaren van debat en overweging, kwam Einstein uiteindelijk om te nemen en aandringen op een filosofische positie bekend als wetenschappelijk realisme om dit tegen te gaan.

zoals Einstein het zag, is men een wetenschappelijk realist als men gelooft in het bestaan van een echte en goed gedefinieerde toestand van de wereld, en dat de wereld bestaat onafhankelijk van eventuele observaties die je er van zou kunnen maken. Met andere woorden, de wereld is een echt en goed gedefinieerd ding dat onafhankelijk van ons bestaat. Door het te observeren, kunnen we dingen over de wereld leren, maar onze observaties maken de wereld niet tot wat het is.Einsteins nadruk op wetenschappelijk realisme stond in schril contrast met de Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica. Volgens de interpretatie van Kopenhagen zou een elektron op meerdere plaatsen tegelijk kunnen zijn, maar als een waarneming van een elektron wordt gedaan, stort zijn golffunctie in, en verandert het in niet langer op meerdere plaatsen, maar in plaats daarvan in slechts één. Deze interpretatie was niet verenigbaar met Einsteins ideeën over de wereld of zijn aanhang aan wetenschappelijk realisme.

leer meer over Einstein ‘ s afwijzing van zwarte gaten.

Is de theorie van de kwantummechanica onvolledig?Hoewel Einstein het niet eens was met de interpretatie van Kopenhagen, moest hij accepteren dat de voorspellingen die werden gedaan met de vergelijkingen van de kwantummechanica in overeenstemming waren met een aantal laboratoriummetingen en tests. Kwantummechanica leek niet simpelweg verkeerd te zijn.

portret van Albert Einstein in 1931.Een portret van Albert Einstein uit 1931, ongeveer vier jaar voordat hij het EPR-artikel publiceerde met Podolsky en Rosen. (Afbeelding: Doris Ulmann / Library of Congress afdeling prenten en foto ‘ s)

hij richtte zijn inspanningen op het aantonen dat de theorie van de kwantummechanica op de een of andere manier onvolledig was. Einstein hoopte dat hij een volledigere versie van de kwantummechanica zou vinden die deterministisch was, en die verenigbaar was met wetenschappelijk realisme.Echter, alle filosofische bezwaren die Einstein tegen de Kopenhageninterpretaties kon aanvoeren, waren op zijn best subjectief en slaagden er niet in andere natuurkundigen ervan te overtuigen dat de consensusvisie van de kwantumtheorie onjuist of onvolledig was.Einstein moest een logische inconsistentie blootleggen of een groot probleem in de interpretatie van Kopenhagen identificeren dat als een fatale fout kon worden erkend om zijn collega ‘ s te overtuigen.

leer meer over de kwantumverstrengeling.

kwantumverstrengeling en de EPR-Paradox

de New York Times kop zegt dat Einstein de kwantumtheorie aanvalt.
een kop in de New York Times-uitgave van 4 mei 1935, na de publicatie van het EPR-artikel. (Afbeelding: New York Times / Public domain)

al een aantal jaren dacht Einstein aan groepen deeltjes met golffuncties die direct van elkaar afhankelijk zijn. Vandaag verwijzen we naar dergelijke golffuncties als ‘verstrikt’, maar deze terminologie was nog niet bedacht in de late jaren 1920.Hoewel Einstein de implicaties van kwantumverstrengeling nog niet volledig had onderzocht of begrepen, erkende hij wel dat kwantumverstrengeling een onvermijdelijk gevolg was van de Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica. Hij erkende ook dat sommige bijzonder vreemd gedrag kan voortvloeien uit kwantumverstrengeling.In 1933 ging Einstein aan de Slag bij Princeton ‘ s Institute for Advanced Study, nadat hij Nazi-Duitsland ontvluchtte. Daar werkte hij samen met twee andere natuurkundigen, Boris Podolsky en Nathan Rosen. In de volgende twee jaar schreven ze een invloedrijk artikel getiteld: “Can A Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”Dit artikel bevatte de eerste beschrijving van wat bekend zou worden als de EPR paradox of de Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

dit is een transcript uit de videoserie What Einstein Got Wrong. Bekijk het nu, op de grote cursussen Plus.

het EPR-artikel beschreef een hypothetisch experiment, bedoeld om aan te tonen wat Einstein zag als de paradoxale gevolgen van de interpretatie van Kopenhagen. Het EPR-experiment was een van Einstein ‘ s beroemdste gedachte-experimenten.

in de loop der jaren is een aantal verschillende versies van het EPR-gedachte-experiment besproken en voorgesteld. Ze hebben allemaal dezelfde basiselementen, waaronder een paar deeltjes die dichtbij elkaar beginnen en op elkaar inwerken, en dan ver van elkaar in verschillende richtingen reizen.

een van de betere latere versies beschrijft een atoom dat op het punt staat te vervallen. Het produceert twee deeltjes met dezelfde massa. Omdat het systeem begint zonder momentum, zegt de wet van behoud van momentum dat de totale momentum van de twee deeltjes zal moeten optellen tot nul. Dit betekent dat deze twee deeltjes in tegengestelde richtingen en met gelijke snelheden van het atoom moeten reizen.

dit zijn echter kwantumdeeltjes zonder uniek gedefinieerde waarden van hun snelheden. In plaats daarvan worden ze beschreven door een golffunctie die kan worden gebruikt om de waarschijnlijkheid te berekenen dat ze een bepaalde snelheid zullen hebben wanneer ze worden gemeten. Bovendien, voordat een meting wordt uitgevoerd, hebben de snelheden van deze deeltjes meerdere waarden, en dat alles op hetzelfde moment.

stelt u zich eens voor dat deze deeltjes een aanzienlijke afstand van het atoom afleggen, en naarmate ze dat doen, raken ze steeds meer van elkaar Gescheiden. Nadat ze zijn gescheiden, meet je de snelheid van een van de deeltjes. Laten we bijvoorbeeld zeggen dat je het deeltje meet om te reizen met een snelheid van 100 mijl per uur.

volgens de Kopenhagen interpretatie, door het maken van deze meting je de golffunctie van het deeltje laten instorten. Echter, volgens het EPR experiment, je lijkt iets anders te hebben gedaan. En dit is het belangrijkste punt van het EPR-experiment.

omdat het momentum altijd behouden blijft, leert u door het meten van de snelheid van een van de deeltjes ook de snelheid van het andere deeltje. De twee deeltjes moeten immers met gelijke snelheden bewegen. Dus door de snelheid van een van de deeltjes te meten, laat je niet alleen de golffunctie van dat deeltje instorten, je laat ook de golffunctie van het andere deeltje instorten. Zonder in de buurt van het tweede deeltje te komen, heb je op een of andere manier zijn golffunctie gedwongen om in te storten.Einstein geloofde dat dit soort gedrag duidelijk onmogelijk was. Hij betoogde dat er niets is dat men met een deeltje op één locatie kan doen dat mogelijk een ander deeltje op een andere locatie kan beïnvloeden. Terwijl het EPR-experiment aantoont dat dit soort dingen moeten gebeuren volgens de Kopenhagen-visie op kwantummechanica. Dit bezwaar is de essentie van de EPR paradox. Einstein dacht dat hij eindelijk had aangetoond waarom de Kopenhagen-visie onvolledig moest zijn. Of misschien zelfs verkeerd.

leer meer over waarom Einstein het concept van zwarte gaten afwees.De Deense natuurkundige Niels Bohr, die een van de belangrijkste voorstanders was van de Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica, vond dat het zijn verantwoordelijkheid was om te reageren op de aanval van Einstein en om de situatie te verduidelijken en misschien te corrigeren.Bohr was ervan overtuigd dat de kwantummechanica een geldige theorie was, en hij vreesde dat Einsteins aanvallen de geloofwaardigheid ervan ten onrechte zouden aantasten. Dus, Bohr zette alles opzij en bracht zes intense weken formuleren en schrijven van een reactie op de EPR paper en de kritiek op de Kopenhagen interpretatie van kwantummechanica.

in zijn artikel in antwoord op de EPR-paper, probeerde Bohr niet de conclusie te betwisten dat de interpretatie van Kopenhagen leidt tot de verstrengeling van golffuncties. Dat was duidelijk. Bohr betoogde dat er niets logisch inconsistent met verstrengeling was. Verstrengeling is vreemd, maar dat betekent niet dat het ook niet echt is.

een van de redenen waarom men bezwaar zou kunnen maken tegen kwantumverstrengeling is dat het sneller dan licht lijkt te gaan. Volgens de relativiteit kan niets sneller door de ruimte bewegen dan de lichtsnelheid.

dit schijnbare probleem komt voort uit het feit dat wanneer men de snelheid meet van een van de deeltjes in het EPR-experiment, het onmiddellijk de golffuncties van beide deeltjes instort. Gezien het feit dat een aanzienlijke afstand deze twee deeltjes scheidt, lijkt dit een onmiddellijke reis door de ruimte te vereisen.Einstein noemde dit “spookachtige actie op afstand”, en het leek in strijd te zijn met een centraal principe van relativiteit.

bij nader onderzoek blijkt dat kwantumverstrengeling de relativiteit lijkt te schenden, maar in werkelijkheid niet. specifieker, het laat geen enkel deeltje of enige andere vorm van informatie toe om tussen twee locaties te bewegen met een snelheid die sneller is dan licht. Twee deeltjes kunnen door hun verstrengeling met elkaar verbonden zijn, maar dit kan nooit gebruikt worden om een signaal of een object van de ene plaats naar de andere te sturen met een snelheid die sneller is dan de snelheid van het licht.

Bohr had aangetoond dat een nadere blik op de EPR-paradox onthulde dat er werkelijk geen paradox is. Hoewel Bohr ‘ s reactie weinig deed om de geest van Einstein te veranderen, de meeste natuurkundigen lijken te hebben gevonden zijn weerlegging overtuigend te zijn. Tegenwoordig wordt het EPR-artikel door Einstein algemeen gezien als een misstap.

de EPR paper bracht de aandacht op de verschijnselen van kwantumverstrengeling, maar het leverde uiteindelijk geen geldige zaak op tegen de Kopenhagen interpretatie van kwantummechanica. Einstein had gehoopt dat de EPR paper een fatale klap zou leveren aan de consensus visie van de kwantummechanica, maar de theorie overleefde en werd sterker dan ooit tevoren.

Veelgestelde Vragen over de EPR-Paradox

Q: Waarom is de EPR-paradox verkeerd? Einstein had gehoopt dat de EPR-paradox, die leek te suggereren dat de theorie van de kwantummechanica onvolledig was, uiteindelijk de consensus rond de interpretatie van Kopenhagen zou laten leeglopen. De EPR-paradox suggereerde dat deeltjes sneller reisden dan die van licht, wat de Algemene relativiteitsbarrières schond. Later werd echter aangetoond dat dit onjuist was. Daarom is de EPR paradox verkeerd.
Q: Wat is de verstrengelingstheorie?

de verstrengelingstheorie zegt dat de verstrengelde kwantumdeeltjes verstrengeld blijven, en dat elke actie die op een van de deeltjes wordt uitgevoerd, ook de andere deeltjes beïnvloedt, zelfs als de genoemde deeltjes ver uit elkaar liggen.

Q: Is kwantumverstrengeling sneller dan licht?

Nee, kwantumverstrengeling volgt de regels van relativiteit en staat niet toe sneller te reizen dan de lichtsnelheid. Verstrengelde objecten gedragen zich op dezelfde manier, wat de indruk wekt dat ze sneller reizen dan licht, maar er vindt geen echte reis of communicatie sneller dan licht plaats.

Q: Wat is superpositie en verstrengeling?

in eenvoudige woorden verwijst kwantumverstrengeling naar de heen-en-weer overdracht van informatie tussen een paar kwantumdeeltjes. Aan de andere kant, kwantum superpositie verwijst naar de theorie die kwantumdeeltjes suggereert gelijktijdig bestaan in meerdere staten.

door dan Hooper, Ph. D., Universiteit van Chicago niet in diskrediet brengen. een illustratie van het EPR paradox gedachte-experiment, dat hier wordt uitgevoerd met behulp van paren elektron-positron. (Afbeelding: Krishnavedala / Public domain) Wat is wetenschappelijk realisme?Einstein voelde zich ongemakkelijk bij de manier waarop een bepaald deeltje op meerdere plaatsen tegelijk kon zijn of hoe…

door dan Hooper, Ph. D., Universiteit van Chicago niet in diskrediet brengen. een illustratie van het EPR paradox gedachte-experiment, dat hier wordt uitgevoerd met behulp van paren elektron-positron. (Afbeelding: Krishnavedala / Public domain) Wat is wetenschappelijk realisme?Einstein voelde zich ongemakkelijk bij de manier waarop een bepaald deeltje op meerdere plaatsen tegelijk kon zijn of hoe…

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.