Paradoxul EPR nu a reușit să discrediteze interpretarea Copenhaga

de Dan Hooper, Ph. D., Universitatea din Chicago
o ilustrare a unui experiment realizat pentru a demonstra paradoxul EPR.
o ilustrare a experimentului de gândire al paradoxului EPR, care se realizează aici folosind perechi de electroni-pozitroni. (Imagine: Krishnavedala / domeniu Public)

ce este realismul științific?

Einstein a fost inconfortabil cu modul în care o particulă dată ar putea fi în mai multe locuri simultan sau cum ar putea fi în mișcare cu viteze multiple, toate simultan, conform interpretării de la Copenhaga. După ani de dezbateri și considerații, Einstein a ajuns în cele din urmă să ia și să insiste asupra unei poziții filosofice cunoscute sub numele de realism științific pentru a contracara acest lucru.

după cum a văzut Einstein, unul este un realist științific dacă crede în existența unei stări reale și bine definite a lumii și că lumea există independent de orice observații pe care le-ați putea face despre ea. Cu alte cuvinte, lumea este un lucru real și bine definit care există independent de noi. Observând-o, putem învăța lucruri despre lume, dar observațiile noastre nu fac lumea ceea ce este.

insistența lui Einstein asupra realismului științific a căzut în contrast puternic cu interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice. Conform interpretării de la Copenhaga, un electron ar putea fi în mai multe locuri la un moment dat, dar atunci când se face o observație a unui electron, funcția sa de undă se prăbușește și se transformă în a nu mai fi în mai multe locații, ci în loc să fie într-una singură. Această interpretare nu era compatibilă cu ideile lui Einstein despre lume sau cu aderarea sa la realismul științific.

Aflați mai multe despre respingerea de către Einstein a găurilor negre.

teoria mecanicii cuantice este incompletă?

chiar dacă Einstein nu a fost de acord cu interpretarea de la Copenhaga, el a trebuit să accepte că predicțiile făcute cu ecuațiile mecanicii cuantice erau în acord cu orice număr de măsurători și teste de laborator. Mecanica cuantică nu părea să fie pur și simplu greșită.

Portretul lui Albert Einstein în 1931.
un portret al lui Albert Einstein din 1931, cu aproximativ patru ani înainte de a publica lucrarea EPR cu Podolsky și Rosen. (Imagine: Doris Ulmann / Biblioteca Congresului printuri si fotografii Divizia)

deci, el și-a concentrat eforturile pe încercarea de a demonstra că teoria mecanicii cuantice era oarecum incompletă. Einstein spera că va putea găsi o versiune mai completă a mecanicii cuantice care să fie deterministă și care să fie compatibilă cu realismul științific.

cu toate acestea, toate obiecțiile filosofice pe care Einstein a reușit să le ridice împotriva interpretărilor de la Copenhaga au fost subiective în cel mai bun caz și nu au reușit să convingă alți fizicieni că viziunea consensuală a teoriei cuantice era incorectă sau incompletă.

Einstein trebuia să expună o inconsecvență logică sau să identifice o problemă majoră în interpretarea de la Copenhaga care ar putea fi recunoscută ca un defect fatal pentru a-și convinge colegii.

Aflați mai multe despre entanglementul cuantic.

încurcarea cuantică și paradoxul EPR

New York Times titlu care spune că Einstein atacă teoria cuantică.
un titlu în numărul New York Times din 4 mai 1935, după publicarea lucrării EPR. (Imagine: New York Times / domeniu Public)

de câțiva ani, Einstein se gândea la grupuri de particule cu funcții de undă care depind direct una de cealaltă. Astăzi ne referim la astfel de funcții de undă ca ‘încurcate’, dar această terminologie nu fusese încă inventată la sfârșitul anilor 1920.

în timp ce Einstein nu a explorat sau înțeles pe deplin implicațiile încurcării cuantice, el a recunoscut că încurcarea cuantică a fost o consecință inevitabilă a interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice. El a recunoscut, de asemenea, că un comportament deosebit de ciudat ar putea rezulta din încurcarea cuantică.

în 1933, Einstein a preluat o funcție la Institutul de Studii Avansate din Princeton, după ce a fugit din Germania Nazistă. Acolo a lucrat cu alți doi fizicieni, Boris Podolsky și Nathan Rosen. În următorii doi ani, ei au scris un articol influent intitulat „poate o descriere cuantică-mecanică a realității fizice să fie considerată completă?”Această lucrare conținea prima descriere a ceea ce avea să devină cunoscut sub numele de paradoxul EPR sau paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen.

aceasta este o transcriere din seria video What Einstein got Wrong. Urmăriți-l acum, pe marile cursuri Plus.

lucrarea EPR a descris un experiment ipotetic, menit să demonstreze ceea ce Einstein a văzut ca fiind consecințele paradoxale ale interpretării de la Copenhaga. Experimentul EPR a fost unul dintre cele mai faimoase experimente de gândire ale lui Einstein.

o serie de versiuni diferite ale experimentului de gândire EPR au fost discutate și propuse de-a lungul anilor. Toate au aceleași elemente de bază, inclusiv o pereche de particule care încep una lângă cealaltă și interacționează și apoi călătoresc departe una de cealaltă în direcții diferite.

una dintre cele mai bune versiuni ulterioare descrie un atom care este pe cale să se descompună. Produce două particule cu aceeași masă. Deoarece sistemul începe fără impuls, legea conservării impulsului spune că impulsul total al celor două particule va trebui să se adauge la zero. Aceasta înseamnă că aceste două particule trebuie să se îndepărteze de atom în direcții opuse și cu viteze egale.

cu toate acestea, acestea sunt particule cuantice fără valori definite în mod unic ale vitezelor lor. În schimb, ele sunt descrise de o funcție de undă care poate fi utilizată pentru a calcula probabilitatea ca acestea să aibă o anumită viteză atunci când sunt măsurate. În plus, înainte de efectuarea oricărei măsurători, vitezele acestor particule au valori multiple și toate în același timp.

Imaginați-vă că aceste particule se deplasează la o distanță semnificativă de atom și, pe măsură ce fac acest lucru, devin din ce în ce mai separate unul de celălalt. După ce sunt separate, faceți o măsurare a vitezei uneia dintre particule. Să presupunem, de exemplu, că măsurați particula pentru a călători cu o viteză de 100 de mile pe oră.

conform interpretării de la Copenhaga, făcând această măsurătoare, restrângeți funcția de undă a particulei. Cu toate acestea, conform experimentului EPR, se pare că ați făcut și altceva. Și acesta este punctul principal al experimentului EPR.

deoarece impulsul este întotdeauna conservat, măsurând viteza uneia dintre particule înveți și viteza celeilalte particule. La urma urmei, cele două particule trebuie să se miște la viteze egale. Deci, prin măsurarea vitezei uneia dintre particule, nu numai că faci ca funcția de undă a acelei particule să se prăbușească, ci și funcția de undă a celeilalte particule. Fără a vă apropia de cea de-a doua particulă, ați forțat cumva funcția sa de undă să se prăbușească.

Einstein credea că acest tip de comportament era evident imposibil. El a susținut că nu există nimic care se poate face la o particulă la o locație care ar putea afecta, eventual, o particulă diferită la o locație diferită. În timp ce experimentul EPR demonstrează că acest tip de lucru trebuie să se întâmple în conformitate cu viziunea Copenhaga a mecanicii cuantice. Această obiecție este esența paradoxului EPR. Einstein a crezut că a arătat în cele din urmă de ce viziunea de la Copenhaga trebuie să fie incompletă. Sau poate chiar greșit.

Aflați mai multe despre motivul pentru care Einstein a respins conceptul de găuri negre.

răspunsul lui Niels Bohr la paradoxul EPR

fizicianul danez Niels Bohr, care a fost unul dintre principalii susținători ai interpretării Copenhaga a mecanicii cuantice, a considerat că este responsabilitatea lui să răspundă atacului lui Einstein și să clarifice și poate să corecteze situația.

Bohr era convins că mecanica cuantică era o teorie validă și se temea că atacurile lui Einstein îi vor diminua pe nedrept credibilitatea. Deci, Bohr a lăsat totul deoparte și a petrecut șase săptămâni intense formulând și scriind un răspuns la lucrarea EPR și criticile sale față de interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice.

în articolul său răspunzând lucrării EPR, Bohr nu a încercat să conteste concluzia că interpretarea de la Copenhaga duce la încurcarea funcțiilor de undă. Era clar că da. Bohr a susținut că nu există nimic logic incompatibil cu încurcarea. Entanglement este ciudat, dar asta nu înseamnă că nu este, de asemenea, real.

unul dintre motivele pentru care cineva ar putea obiecta la entanglementarea cuantică este că pare să implice o călătorie mai rapidă decât lumina. Conform relativității, nimic nu se poate mișca prin spațiu mai repede decât viteza luminii.

această problemă aparentă provine din faptul că atunci când se măsoară viteza uneia dintre particulele din experimentul EPR, se prăbușește instantaneu funcțiile de undă ale ambelor particule. Având în vedere că o distanță semnificativă separă aceste două particule, acest lucru pare să necesite o călătorie instantanee prin spațiu.

Einstein s-a referit la aceasta ca „acțiune înfricoșătoare la distanță” și părea să încalce un principiu central al relativității.

la o examinare mai atentă, se pare că entanglementul cuantic ar putea părea să încalce relativitatea, dar în realitate nu. mai precis, nu permite niciunei particule sau oricărei alte forme de informație să se deplaseze între două locații cu o viteză mai mare decât lumina. Două particule pot fi legate prin entanglementul lor, dar acest lucru nu ar putea fi folosit niciodată pentru a trimite un semnal sau un obiect, dintr-un loc în altul cu o viteză mai mare decât viteza luminii.

Bohr a arătat că o privire mai atentă la paradoxul EPR a arătat că nu există deloc paradox acolo. Deși răspunsul lui Bohr a făcut puțin pentru a schimba mintea lui Einstein, majoritatea fizicienilor par să fi găsit respingerea sa convingătoare. Astăzi, lucrarea EPR este privită pe scară largă ca un pas greșit de către Einstein.

lucrarea EPR a atras atenția asupra fenomenelor de entanglement cuantic, dar nu a oferit în cele din urmă un caz valabil împotriva interpretării Copenhaga a mecanicii cuantice. Einstein a sperat că lucrarea EPR va da o lovitură fatală viziunii consensuale a mecanicii cuantice, dar teoria a supraviețuit și a devenit mai puternică decât oricând.

Întrebări Frecvente despre paradoxul EPR

Î: De ce este greșit paradoxul EPR?

Einstein spera că paradoxul EPR, care părea să sugereze că teoria mecanicii cuantice era incompletă, va dezumfla în cele din urmă consensul în jurul interpretării de la Copenhaga. Paradoxul EPR a sugerat că particulele au călătorit cu viteze mai mari decât cele ale luminii, ceea ce a încălcat barierele relativității generale. Cu toate acestea, acest lucru s-a dovedit ulterior a fi incorect. Prin urmare, paradoxul EPR este greșit.

Î: Care este teoria entanglementării?

teoria entanglementării spune că particulele cuantice care sunt încurcate rămân încurcate și orice acțiune efectuată asupra uneia dintre particule afectează în mod egal celelalte particule, chiar dacă particulele menționate sunt îndepărtate.

Î: este entanglementul cuantic mai rapid decât lumina?

nu, entanglementul cuantic urmează regulile relativității și nu permite călătoria mai rapidă decât viteza luminii. Obiectele încurcate se comportă în mod similar, ceea ce creează impresia că călătoresc mai repede decât lumina, dar nu are loc nicio călătorie sau comunicare reală mai rapidă decât lumina.

Î: Ce este suprapunerea și încurcarea?

în cuvinte simple, entanglementul cuantic se referă la transferul înainte și înapoi de informații între o pereche de particule cuantice. Pe de altă parte, suprapunerea cuantică se referă la teoria care sugerează că particulele cuantice există simultan în mai multe stări.

de Dan Hooper, Ph. D., Universitatea din Chicago o ilustrare a experimentului de gândire al paradoxului EPR, care se realizează aici folosind perechi de electroni-pozitroni. (Imagine: Krishnavedala / domeniu Public) ce este realismul științific? Einstein a fost inconfortabil cu modul în care o particulă dată ar putea fi în mai multe locuri simultan sau cum…

de Dan Hooper, Ph. D., Universitatea din Chicago o ilustrare a experimentului de gândire al paradoxului EPR, care se realizează aici folosind perechi de electroni-pozitroni. (Imagine: Krishnavedala / domeniu Public) ce este realismul științific? Einstein a fost inconfortabil cu modul în care o particulă dată ar putea fi în mai multe locuri simultan sau cum…

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.