Einsteinův-Podolský-Rosenův paradox

Paradox Einstein  - Podolsky  - Rosen (zkráceně EPR paradox ) je paradox navržený k označení neúplnosti kvantové mechaniky pomocí myšlenkového experimentu , který spočívá v měření parametrů mikroobjektu nepřímo, bez přímého ovlivnění tohoto objektu . Účelem takového nepřímého měření je pokus získat více informací o stavu mikroobjektu, než dává kvantově mechanický popis jeho stavu.

Zpočátku byly spory kolem paradoxu spíše filozofického rázu, souvisely s tím, co je třeba považovat za prvky fyzické reality: zda za fyzikální realitu považovat pouze výsledky experimentů a zda lze vesmír rozložit na samostatně existující „prvky reality“. “, takže každý z těchto prvků má svůj vlastní matematický popis.

Podstata paradoxu

Podle Heisenbergova vztahu neurčitosti není možné současně přesně změřit polohu částice a její hybnost . Za předpokladu, že příčinou nejistoty je, že měření jedné veličiny vnáší do stavu zásadně neodstranitelné poruchy a vytváří zkreslení hodnoty jiné veličiny, můžeme navrhnout hypotetický způsob, jak lze vztah nejistoty obejít.

Předpokládejme dvě identické částice a vznikly v důsledku rozpadu třetí částice . V tomto případě se podle zákona zachování hybnosti musí jejich celková hybnost rovnat [1] počáteční hybnosti třetí částice , to znamená, že hybnost dvou částic musí být ve vztahu. To umožňuje změřit hybnost jedné částice ( ) a podle zákona zachování hybnosti vypočítat hybnost druhé ( ), aniž by do jejího pohybu vnášely jakékoli poruchy. Nyní, po změření souřadnice druhé částice, je možné získat pro tuto částici hodnoty dvou současně neměřitelných veličin, což je podle zákonů kvantové mechaniky nemožné . Na základě toho by se dalo dojít k závěru, že vztah neurčitosti není absolutní a zákony kvantové mechaniky jsou neúplné a měly by být v budoucnu upřesněny.

Pokud v tomto případě nejsou porušeny zákony kvantové mechaniky, pak je měření hybnosti jedné částice ekvivalentní měření hybnosti částice druhé. To však vyvolává dojem okamžitého účinku první částice na druhou, což je v rozporu s principem kauzality .

Pozadí

V roce 1927 na pátém kongresu Solvay Einstein důrazně oponoval „ kodaňské interpretaci “ Maxe Borna a Nielse Bohra , která považuje matematický model kvantové mechaniky za v podstatě pravděpodobnostní. Uvedl, že zastánci této interpretace „z nouze dělají ctnost“ a pravděpodobnostní povaha pouze naznačuje, že naše znalosti o fyzikální podstatě mikroprocesů jsou neúplné [3] . Tak se zrodil Bohr-Einsteinův spor o fyzikální význam vlnové funkce .

V roce 1935 Einstein spolu s Borisem Podolským a Nathanem Rosenem napsali článek „Může být kvantově mechanický popis fyzické reality považován za úplný?“ [4] . Podle Rosenových memoárů Einstein „formuloval obecné vyjádření problému a jeho smyslu“, Podolsky upravil text článku a sám Rosen provedl doprovodné výpočty [5] . Článek byl publikován 15. května 1935 v americkém časopise „ Physical Review “ a popisoval myšlenkový experiment , který byl později nazván Einstein-Podolsky-Rosenův paradox.

Mnoho předních fyziků vzalo zveřejnění paradoxu jako „odvážné z čistého nebe“. Skeptický Paul Dirac prohlásil, že "musíte začít znovu... Einstein dokázal, že to [kodaňská interpretace] takto nefunguje." Erwin Schrödinger vyjádřil svou podporu Einsteinovi v dopise. V srpnu Einstein v odpovědním dopise Schrödingerovi nastínil další paradox podobného účelu: soudek střelného prachu se může samovolně vznítit v náhodném okamžiku a jeho vlnová funkce postupem času popisuje téměř nepředstavitelnou superpozici vybuchlého a nevybuchlého soudku. . V listopadu téhož roku 1935 Schrödinger rozvinul tuto myšlenku do slavného paradoxu „ Schrödingerova kočka “ [5] .

Podle memoárů belgického fyzika Leona Rosenfelda se Niels Bohr šest týdnů zabýval pouze problémem paradoxu, ale v Einsteinově argumentaci nenašel žádné chyby. Bohr ve svém článku s odpovědí ve stejném časopise a se stejným názvem [6] (červenec 1935) vyjádřil názor, že argumenty EPR nejsou dostatečné k prokázání neúplnosti kvantové mechaniky. Bohr učinil několik argumentů pro pravděpodobnostní popis kvantové mechaniky a určitou analogii mezi kvantovou mechanikou a Einsteinovou obecnou teorií relativity . Bohr později považoval jeho argumenty za málo srozumitelné. Werner Heisenberg podporoval Bohra, namítat proti Einsteinovi: “to je nemožné změnit filozofii bez změny fyziky” [5] .

David Bohm v roce 1952 uvažoval o možnosti provedení experimentu (tehdy ještě technicky neproveditelného), tzv. optická verze experimentu EPR , která by mohla vyřešit spor Einstein-Bohr.

V roce 1964 [7] John Stuart Bell představil matematický formalismus využívající další parametry , které by mohly vysvětlit pravděpodobnostní povahu kvantových jevů. Podle jeho plánu měly nerovnosti, které získal, ukázat, zda zavedení dalších parametrů může způsobit, že popis kvantové mechaniky nebude pravděpodobný, ale deterministický : jsou-li Bellovy nerovnosti porušeny , je takový deterministický popis pomocí dalších parametrů nemožný. V experimentu tak bylo možné získat určitou hodnotu popisující korelace mezi vzdálenými měřeními a na jejím základě říci, zda má smysl kvantové jevy popisovat pravděpodobnostně nebo deterministicky.

Výsledky experimentů provedených v roce 1972 Stuartem J. Friedmanem a Johnem F. Clauserem [8] na University of California v Berkeley byly v souladu s kvantovou mechanikou a bylo zaznamenáno porušení Bellových nerovností .

Poté na Harvardské univerzitě získali Richard A. Holt a Francis M. Pipkin [9] výsledek, který nesouhlasí s kvantovou mechanikou, ale vyhovuje Bellovým nerovnostem.

V roce 1976 v Houstonu Edward S. Fry a Randell S. Thompson [10] vytvořili mnohem dokonalejší zdroj korelovaných fotonů a jejich výsledek se shodoval s předpověďmi kvantové mechaniky. Zjistili porušení Bellových nerovností.

Všechny tyto experimenty byly prováděny s jednokanálovými polarizátory a lišily se pouze zdroji korelovaných fotonů a jejich produkcí. S tímto zjednodušeným experimentálním nastavením se používají polarizátory, které propouštějí světlo polarizované paralelně (nebo ), ale nepropouštějí světlo v ortogonálním směru. Proto je možné získat pouze část veličin potřebných pro výpočet korelace mezi vzdálenými měřeními.

Pro zvýšení přesnosti experimentů bylo nutné mít stabilní a dobře řízený zdroj provázaných fotonů a použít dvoukanálový polarizátor. V letech 1982-1985. Alain Aspe s použitím vhodného vybavení připravil řadu složitějších experimentů, jejichž výsledky se rovněž shodovaly s předpověďmi kvantové mechaniky a prokázaly porušení Bellových nerovností.

Nastavování experimentů a kontrola detailů stále probíhají a podle A. Aspe by měly nakonec vést ke konečnému experimentu, který nezanechá žádné „díry“ [11] . Jenže zatím k takovému experimentu nedošlo a vyznavači teorie skrytých proměnných poukazují na nové detaily a možnosti konstrukce kompletní kvantově mechanické teorie.

Vysvětlení paradoxu

Experiment EPR z pohledu jeho autorů umožňuje současně přesně měřit souřadnici a hybnost částice. Kvantová mechanika zároveň tvrdí, že to není možné. Na základě toho Einstein, Podolsky a Rosen dospěli k závěru, že kvantová teorie je neúplná . Ve skutečnosti experiment popsaný EPR není v rozporu s kvantovou mechanikou a lze s jeho pomocí snadno analyzovat. Zjevný rozpor vzniká, protože termín „měření“ má v klasické a kvantové teorii poněkud odlišné významy (viz Měření (kvantová mechanika) ).

Měření a stav

V kvantové mechanice má měření za následek změnu stavu systému . Jestliže se změří hybnost částice , přejde do stavu popsaného vlnovou funkcí . Opakovaná měření hybnosti v tomto stavu povedou vždy ke stejnému . V tomto smyslu můžeme říci, že částice ve stavu je charakterizována určitou hodnotou hybnosti .

Ve stavu je možné změřit souřadnici částice libovolně přesně, najít ji s pravděpodobností úměrnou nějakému bodu v prostoru [12] . Stav částice se však po takovém měření změní: přejde do stavu s určitou hodnotou souřadnice . Zejména pokud je po měření impuls znovu změřen, bude získána hodnota, která se s největší pravděpodobností bude lišit od počáteční. Tedy: 1) bezprostředně před měřením souřadnice má impuls určitou hodnotu; 2) v okamžiku měření (jakkoli krátkého) se získá určitá hodnota souřadnice. Z toho však nevyplývá, že souřadnice a hybnost v okamžiku měření mají společné, současně známé hodnoty.

V experimentu EPR po změření hybnosti první částice přechází do stavu s určitou hybností i druhá částice. Její souřadnice lze změřit, ale ihned po takovém měření se změní hybnost částice, takže nemá smysl říkat, že došlo k současnému měření souřadnice a hybnosti.

Vztah nejistoty

Omezení kladená kvantovou mechanikou na současné měření polohy a hybnosti lze vyjádřit pomocí Heisenbergova vztahu neurčitosti . Tato nerovnost má v zásadě statistický význam. Pro jeho použití je nutné provést mnoho měření souřadnic a hybnosti nad různými částicemi, které jsou ve stejném kvantovém stavu (tzv. soubor částic [13] ). Zprůměrováním získaných hodnot a výpočtem směrodatných odchylek od průměru získáte hodnoty a . Jejich produkt uspokojí Heisenbergovu nerovnost, ať už je soubor připraven v jakémkoli stavu.

Experiment EPR se provádí jednou, takže nemůže odporovat vztahu nejistoty. Není možné vypočítat směrodatnou odchylku v jednom experimentu. Pokud se experiment EPR opakuje mnohokrát pro soubor rozkládajících se systémů ve stejném stavu, pak zprůměrování výsledků měření vyhoví vztahu nejistoty. V tomto ohledu neexistuje žádný rozpor ani s kvantovou mechanikou.

Nelokálnost

Neobvyklým rysem experimentu EPR z pohledu klasické fyziky je, že v důsledku měření hybnosti první částice se stav druhé částice změní, když jsou částice od sebe libovolně daleko. To ukazuje nelokální charakter kvantové teorie. Systém sestávající ze dvou částic, jejichž stav je popsán jedinou vlnovou funkcí, není jednoduchým „součtem“ těchto částic, i když mezi nimi nedochází k žádné interakci. Během měření se může stav takového kompozitního systému změnit. Z tohoto hlediska je výchozím předpokladem EPR skutečnost, že „ protože během měření tyto dva systémy již neinteragují, v důsledku jakýchkoli operací na prvním systému ve druhém systému nelze získat žádné skutečné změny “ [14] . Vlnová funkce je nelokální veličina a velká vzdálenost mezi částicemi nehraje při měření, které ji mění, významnou roli.

Myšlenkový experiment EPR a související nelokálnost kvantové mechaniky v současné době přitahuje širokou pozornost v souvislosti s experimenty s kvantovou teleportací . Historicky sehrál paradox Einstein-Podolsky-Rosen a následná diskuse mezi Bohrem a Einsteinem důležitou roli při objasňování takových klíčových fyzikálních pojmů, jako je „měření“, „úplnost teorie“, „fyzická realita“ a „stav systému“ .

Princip identity

V souladu s principem identity jsou pro nás všechny částice nerozlišitelné, stejné. Při pokusu nepřímo určit přesné hodnoty jak hybnosti, tak souřadnice elektronu v případě zrození elektron-pozitronového páru, měřením přesně hybnosti pozitronu při měření „přesného“ souřadnice elektronu, nebudeme schopni říci, zda se jedná o elektron nebo "jiný" elektron měřicího zařízení, což vnese do našeho experimentu nejistotu v souladu s principem neurčitosti . Místo přesného měření parametru „nezbytné“ částice můžeme také změřit parametr jedné z identických virtuálních částic , jejíž existence byla experimentálně potvrzena díky Casimirovu jevu , který také může vnést chybu-nejistotu do náš experiment.

„Kritérium fyzikální reality“ a koncept „úplnosti fyzikální teorie“

Aby bylo možné co nejpřesněji a formálně vyjádřit, v čem je kvantová mechanika neúplná, formulují Einstein, Podolsky, Rosen ve svém článku „kritérium fyzické reality“:

Uvádějí také, co míní „úplností fyzikální teorie“:

Poté si autoři všimli známého faktu z kvantové mechaniky:

A odtud plyne logický závěr: " kvantově mechanický popis reality pomocí vlnové funkce není úplný ." Následně je zvažován případ provázaných stavů a ​​autoři dochází k závěru, že „dvě fyzikální veličiny s nedojížděcími operátory mohou být současně reálné“. A to znamená, že by mohly být měřeny současně, což je v rozporu s Heisenbergovou nejistotou . Stejně tak v případě, kdy existuje kvantově mechanický popis reality pomocí matice hustoty,  není úplný .

Kritika paradoxu

Bohrova odpověď

Bohrova odpověď začíná prohlášením:

a dále Bohr dostatečně podrobně zvažuje řadu měření v experimentech. Popírá, že by se dalo mluvit o nějaké neúplnosti kvantově mechanického popisu. A pravděpodobnostní měření jsou spojena s nemožností řídit zpětné působení předmětu na měřící zařízení (tedy se zohledněním přenosu hybnosti v případě polohy měření a se zohledněním posuvu v případě měření hybnosti). Poté zvažuje různé způsoby, jak tento vliv eliminovat, a dochází k závěru:

Bohr ve skutečnosti odpovídá na otázku „ Je teorie správná? ". Ano, je to správné a výsledky experimentu to potvrzují. Einstein a spoluautoři se naproti tomu zaměřují na otázku „ Je popis daný teorií úplný? “, to znamená, zda lze nalézt uspokojivější matematický popis, který by odpovídal fyzikální realitě, a ne našim měřením. Bohr zastává názor, že fyzikální měření v experimentu poskytuje fyzikální realita. Einstein zjevně připouští, že fyzikální realita se může lišit od toho, co je nám dáno zkušeností, pokud by nám pouze matematický popis umožnil s jistotou (to je pravděpodobností rovnou jedné) předpovědět hodnotu nějaké fyzické Množství.

Fock proto poznamenává, že Einstein a Bohr vkládají do některých termínů různé významy [15] a všechny argumenty na obou stranách jsou podřízeny původnímu postoji, který si oponent zvolil:

Einstein chápe slovo „stát“ ve smyslu, který je mu obvykle přisuzován v klasické fyzice, tedy ve smyslu něčeho zcela objektivního a zcela nezávislého na jakýchkoli informacích o něm. Odtud pramení všechny paradoxy. Kvantová mechanika se skutečně zabývá studiem objektivních vlastností přírody v tom smyslu, že její zákony jsou diktovány samotnou přírodou, a nikoli lidskou fantazií. Ale pojem stavu v kvantovém smyslu nepatří do počtu objektivních pojmů. V kvantové mechanice splývá pojem stavu s pojmem „informace o stavu získaná jako výsledek určité maximálně přesné zkušenosti“. Vlnová funkce v něm nepopisuje stav v běžném smyslu, ale spíše tyto „informace o stavu“ [16] .

Tento spor tedy ve svém jádru obsahuje otázku dostatečnosti a nutnosti určitých postulátů fyzikální teorie a z toho vycházejícího filozofického chápání fyzikální reality (přírody) a toho, jaký popis fyzikálních jevů může badatele uspokojit. A při řešení této problematiky je jasně patrná důležitá souvislost mezi filozofií a fyzikou [17] .

Bohmova optická verze mentálního zážitku EPR

Bohm v roce 1952 v poslední kapitole své knihy [18] poznamenává, že v kritériu fyzické reality uvedeném v EPR paradoxu jsou implicitně přítomny dva předpoklady :

1. Vesmír lze správně rozložit na různé a samostatně existující „prvky reality“;
2. Každý z těchto prvků může být reprezentován přesně definovanou matematickou hodnotou.

Dále Bohm poznamenává, že pokud člověk hledá důkazy pro koncept uvedený v EPR paradoxu, pak by to mělo vést k hledání úplnější teorie, vyjádřené například ve formě teorie skrytých proměnných .

Bohmův důležitý příspěvek k řešení tohoto paradoxu spočívá v tom, že navrhl skutečný fyzikální experiment, který by umožnil realizovat mentální EPR experiment v konkrétní podobě , založený na dvou Stern-Gerlachových filtrech , jejichž optickým analogem je polarizátor , který byl použit v reálných experimentech. Ačkoli v té době nebylo možné navrhovaný experiment technicky zorganizovat, přesto se ukázala možnost uspořádat skutečný experiment, který by otestoval filozofické pozice Einsteina a Bohra.

Podstata experimentu je následující: zdroj emituje dva fotony ve spletených stavech , které lze popsat rovnicí . Tyto fotony se šíří v opačných směrech podél osy a jsou spojeny podél os a . Výzkumník může změřit jednu ze složek ( , nebo ) spinu prvního fotonu, ale ne více než jednu na experiment. Například pro částici 1 provedeme měření podél osy a získáme tak složku .

Dále lze využít toho, že entanglovaný stav nelze přeměnit na součin dvou stavů spojených se stavem každého z fotonů, tedy s nezávislými stavy fotonů (proto např. v tomto experimentu je nemožné přiřadit určitou polarizaci každému ze zúčastněných fotonů). Takový stav přesně popisuje systém objektů jako celek.

V důsledku zapletení by pak při měření spinu (točivého momentu) druhého fotonu měla být získána opačná hodnota pro součást . To znamená, že bude získáno nepřímé měření druhé částice, jak je popsáno v myšlenkovém EPR experimentu. A pokud by to platilo pro všechna měření (pro různé procesy a pro libovolné úhly orientace polarizátoru), pak by to bylo v rozporu s Heisenbergovým výrokem o nejistotě, že dvě množství jedné částice nelze spolehlivě změřit.

Dalším důležitým Bohmovým návrhem bylo, že výzkumník mohl přeorientovat zařízení v libovolném směru, zatímco částice stále létaly, a tak získat určitou hodnotu rotace v libovolném směru, který si vybral. Vzhledem k tomu, že toto přeorientování se provádí bez narušení druhé částice, je možné přijetím Einsteinova kritéria fyzikální reality určit, zda je výsledek měření získán pouze v okamžiku samotného měření (což odpovídá poloze kvanta mechanika) nebo zda je to již předem určeno před měřením a pokud skryté parametry, tak by to bylo možné spolehlivě určit s pravděpodobností 1.

Bohm vysvětluje možné důsledky potvrzení kvantového popisu v takovém experimentu:

... matematický popis daný vlnovou funkcí není v přímém souladu se skutečným chováním hmoty ... kvantová teorie nepředpokládá, že vesmír je postaven podle určitého matematického plánu ... Na naopak, musíme dojít k názoru, že vlnová funkce je abstrakcí, která dává matematický odraz určitých aspektů reality, ale ne její jednoznačnou mapu. Moderní forma kvantové teorie navíc naznačuje, že vesmír nemůže být uveden do vzájemné korespondence s žádným myslitelným druhem dobře definovaných matematických veličin a že úplná teorie bude vždy vyžadovat obecnější pojmy, než je pojem rozkladu na přesně definované prvky.

Bohm tedy výslovně poukazuje na to, že kvantová mechanika je neúplná teorie v tom smyslu, že nemůže každému prvku reality přiřadit určitou matematickou hodnotu . Zatímco Vesmír se podle jeho názoru dá rozložit na různé a samostatně existující „prvky reality“.

Předpovědi kvantové mechaniky pro experiment EPRB

Pro jednotlivé odchylky fotonů v jednom nebo druhém směru předpovídá kvantová mechanika pravděpodobnosti (pro foton ) a pravděpodobnosti (pro foton ):

Právě tento výsledek nám umožňuje říci, že nemůžeme každému z fotonů přiřadit určitou polarizaci, protože každé jednotlivé měření polarizace dává náhodný výsledek (s pravděpodobností 1/2).

Pro společnou detekci a v + nebo - kanálech polarizátorů I nebo II se směry a kvantová mechanika předpovídá [19] pravděpodobnosti :

kde  je úhel mezi polarizátory I a II.

Podívejme se nyní na speciální případ, kdy , tedy když jsou polarizátory rovnoběžné. Dosazením této hodnoty do rovnic dostaneme:

Což znamená, že pokud je foton detekován v + kanálu polarizátoru I, pak bude foton zcela jistě detekován v + kanálu polarizátoru II (a podobně pro − kanály). Pro paralelní kanály tedy existuje úplná korelace mezi jednotlivými náhodnými výsledky měření polarizace dvou fotonů a .

Vhodným měřítkem korelace mezi náhodnými čísly je korelační koeficient:

.

Kvantově mechanické výpočty tedy vycházejí z předpokladu, že ačkoli každé jednotlivé měření dává náhodné výsledky, tyto náhodné výsledky jsou korelované a v konkrétním případě (pro paralelní a kolmé orientace polarizátorů) je korelace úplná ( ).

Stejná skutečnost dává základ pro konstrukci úplnější teorie se skrytými parametry , ale je třeba vzít v úvahu, že její jednoduché typy již byly ověřeny řadou experimentů a jejich výsledky naznačují, že takové určité typy není možné konstruovat. takové teorie.

Bellova věta a její experimentální ověření

Bohmova optická verze mentálního experimentu EPR a Bellův teorém rozhodujícím způsobem ovlivnily diskuse o možnosti úplnosti kvantové mechaniky. Už to nebyla otázka filozofického postoje, ale bylo možné problém vyřešit pomocí experimentu.

Pokud je možné připravit dvojice fotonů (nebo částic se spinem 1/2; v tomto případě by se měly místo polarizace změřit projekce spinů) ve spleteném stavu a změřit čtyři čísla koincidencí pro detektory na výstupu měřicích kanálů polarizátorů (nebo Stern-Gerlachových filtrů), pak můžeme získat polarizační korelační koeficient pro polarizátory s orientací a :

Provedením čtyř měření tohoto typu s orientacemi , a , získáme naměřenou hodnotu potřebnou k dosazení do Bellovy nerovnosti , která má tvar .

Volbou situace, ve které kvantová mechanika předpovídá, že tato veličina nesplňuje Bellovy nerovnosti (například se to maximálně projevuje v úhlech a , hodnota ), dostaneme experimentální kritérium, které nám umožňuje vybrat si mezi kvantovou mechanikou a nějakou lokální teorií se skrytým parametry.

Například v nejkvalitnějším experimentu (s dvoukanálovými polarizátory ) od A. Aspeho [20] byla maximální předpověď konfliktu získána s hodnotou , která je v dobré shodě s předpověďmi kvantové mechaniky, ale porušuje Bellovy nerovnosti .

Možnost skrytých teorií proměnných

Jak bylo uvedeno výše, Bohm neanalyzuje další možnou možnost, že vesmír nelze rozložit na samostatně existující „prvky reality“, což je zcela v souladu s moderními představami o struktuře fyzikálního vakua . A právě z těchto pozic zůstává možné vybudovat teorii skrytých parametrů , která bude kompletní v tom smyslu, že bude schopna přiřadit každému prvku reality určitou matematickou hodnotu, ale tato hodnota bude spojnicí mezi prvky, a ne prvek samotný.

Jak bylo uvedeno [21] , požadavky na kvantové pozorovatelné musí odpovídat v teorii skrytých proměnných náhodným proměnným při zachování určitých funkčních vztahů. Také kvantové stavy lze považovat za redukci klasického modelu s vhodně zvolenými omezeními na množinu dimenzí.

Jiný výklad, jiný způsob konstrukce teorie skrytých proměnných, je formulován jako pojem vnitřního času , podle kterého

fyzický čas není abstraktním a jednotným tokem „něčeho“, do čeho „umisťujeme“ elementární děje. Samotný čas (přesněji časoprostor) se skládá z těchto událostí, měří se jejich počtem a ničím jiným. Můžeme říci, že čas je diskrétní, protože elementární události jsou diskrétní. [22] [23]

Lze tedy rozlišit dvě skupiny teorií skrytých proměnných: jedna předpokládá nepozorovatelnou hmotu za třemi prostorovými dimenzemi, čímž se zvyšuje počet dimenzí fyzického světa, jak je tomu v teorii strun ; druhá skupina naznačuje, že čas je v podstatě dostatečným dodatečným rozměrem, který, pokud je jeho tok nerovnoměrný, může vést ke kvantovým efektům. Možná je i kombinace těchto teorií, kdy se předpokládá speciální struktura vakua, jehož prvky vytvářejí nerovnoměrný tok času, v důsledku čehož měření prováděná pozorovatelem vedou ke kvantovým efektům.

Takové teorie (snad s výjimkou teorie strun ) nejsou akademickým vedením výzkumníků zpravidla brány v úvahu, protože nemají ani striktně matematický základ, ani navíc experimentální důkazy, které nelze v současné době poskytnout z důvodu nedostatečná přesnost techniky. Některé z nich ale nejsou v tuto chvíli vyvráceny.

Interpretace mnoha světů

Jasnou interpretaci paradoxu poskytuje mnohosvětová interpretace . Stav částic po rozpadu částice je kvantovou superpozicí všech možných stavů, které se liší v různých hodnotách hybnosti částice . Podle DeWitta to lze interpretovat jako superpozici stavů identických neinteragujících paralelních vesmírů , z nichž každý obsahuje „alternativní historii“ rozpadu částic a je charakterizován svou vlastní hodnotou hybnosti . Dokud nebude provedeno měření, není možné určit, ve kterém z těchto vesmírů se experiment provádí. V okamžiku měření dochází k nevratnému „rozštěpení vesmírů“ a historie jak částic , tak od samotného rozpadu se stává jistou. V rámci této interpretace měření částice neovlivňuje stav částice a není zde žádný rozpor s principem kauzality.

Popularizace

Pro populární poselství paradoxu D. Mermin navrhuje sestrojit jednoduché zařízení [24] . Zařízení by se mělo skládat z emitoru částic a dvou detektorů. Ke každé z nich jsou emitovány dvě stejné částice. Po zachycení částice dává detektor binární odpověď (0 nebo 1), v závislosti na částici a jejím třípolohovém ladicím přepínači. Detekce dvojice částic by měla dát stejné odpovědi

1. vždy, když jsou detektory nastaveny stejně a
2. podle statistik v polovině případů, kdy jsou konfigurovány náhodně.

První vlastnost vyžaduje, aby všechny detektory používaly stejnou polohu přepínače kódování ∈ {1, 2, 3} ↦ odezva ∈ {0, 1}, bez jakéhokoli prvku náhodnosti. To znamená, že se musí předem dohodnout, kterou z odpovědí, 0 nebo 1, dají poloze přepínače, přičemž pro každou částici vyberou jednu z osmi možných funkcí: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 a 111. Volba 000 nebo 111 povede ke 100% shodě hodnot detektoru, bez ohledu na polohu ladicího knoflíku. Pokud detektory implementují jednu ze šesti zbývajících funkcí, je ve 2/3 případů vylosována jedna z číslic náhodně nakonfigurovaným přepínačem, druhá s pravděpodobností 1/3. Pravděpodobnost, že dvě odpovědi budou stejné, je (⅔)² + (⅓)² = 5/9. Takže ať už je algoritmus automatu jakýkoli, korelace nevyhnutelně přesahuje 50 %, což porušuje druhý požadavek.

Ale protože takový stroj lze ještě postavit (např. umístěním pozic polarizátorů na 120°, jako v Bohmově experimentu), pak nemůže existovat žádný determinismus (parametry) ani ve skryté podobě. Místo toho jsou korelace odezvy udržovány předáváním informací z jedné "měřené" částice do druhé rychleji, než proběhne druhé měření.

Viz také

• kvantová měření
• Kvantové zapletení
• kvantová teleportace
• Bellovy nerovnosti
• Bertleman ponožky
• singletový stav
• Teorie objektivního kolapsu
• Von Neumannova redukce
• digitální fyzika
• Lokální teorie skrytých proměnných
• superdeterminismus

Poznámky

1. ↑ Opraveno na změnu hmotnosti během rozpadu - celková hmotnost částic A a B se může lišit od hmotnosti částice C.
2. ↑ Einstein útočí na kvantovou teorii , The New York Times , 1935-05-04 , < http://select.nytimes.com/gst/abstract.html?res=F50711FC3D58167A93C6A9178ED85F418385F9 > 
3. ↑ Kuzněcov B. G. Einstein. Život. Smrt. Nesmrtelnost. - 5. vyd., revidováno. a doplňkové - M .: Nauka, 1980. - S. 535-537.
4. ↑ Einstein A. , Podolsky B. , Rosen N. Lze považovat kvantově-mechanický popis fyzické reality za úplný?  (anglicky) // Phys. Rev. / E. L. Nichols , E. Merritt , F. Bedell , G. D. Sprouse - Lancaster, Pa. : pro Americkou fyzikální společnost od American Institute of Physics , 1935. - Sv. 47, Iss. 10. - S. 777-780. — ISSN 0031-899X ; 1536-6065 – doi:10.1103/PHYSREV.47.777
5. ↑ 1 2 3 Manjit Kumar, 2015 .
6. ↑ Bohr N. Lze kvantově-mechanický popis fyzické reality považovat za úplný? (anglicky)  // Phys. Rev.  : deník. - 1935. - Sv. 48 , č. 8 . - S. 696-702 . - doi : 10.1103/PhysRev.48.696 .
7. ↑ David Lindley. Co je špatného na kvantové mechanice?  (anglicky)  // Phys. Rev. Zaměřit se : deník. - 2005. - Sv. 16 , č. 10 . (v angličtině.)
8. ↑ Freedman SJ, Clauser JF Experimentální test teorií lokálních skrytých proměnných // Phys. Rev. Lett. 28, 938 (1972).
9. ↑ Pipkin FM Atomic Physics Tests of the Basic Concepts in Quantum Mechanics (1978).
10. ↑ Fry ES, Thompson RC Experimentální test teorií lokálních skrytých proměnných // Phys. Rev. Lett. 37, 465 (1976).
11. ↑ Alain Aspect. Bellův  teorém: Experimentální naivní pohled experimentalisty // Springer. - 2002. Archivováno 12. července 2013.
12. ↑ Landau L. D., Lifshits E. M. Kvantová mechanika (nerelativistická teorie). - 6. vydání, přepracované. — M .: Fizmatlit , 2004 . — 800 s. - ("Teoretická fyzika", svazek III). — ISBN 5-9221-0530-2 .
13. ↑ Blokhintsev D.I. Základy kvantové mechaniky. - M. : Nauka, 1983. - 664 s. - 19 500 výtisků.
14. ↑ Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Můžeme předpokládat, že kvantově mechanický popis fyzikální reality je úplný? Archivní kopie ze dne 17. března 2009 na Wayback Machine  (Russian) UFN, vol. 16, v. 4, str. 440 (1934).
15. ↑ Ačkoli byl Fock sám přesvědčen, že Einstein špatně pochopil fyzikální význam vlnové funkce, což vedlo Einsteina k závěru, že kvantově mechanický popis je neúplný.
16. ↑ A. Einstein, B. Podolsky, V. A. Fok, N. Bohr, N. Rosen Můžeme předpokládat, že kvantově mechanický popis fyzikální reality je úplný?  // UFN, ročník XVI, číslo 4. - 1935. - S. 436-457 .
17. ↑ Filosofické problémy ve fyzice částic (o třicet let později) Archivováno 2. března 2009 ve Wayback Machine / Ed. Yu. B. Molchanov, Ruská akademie věd, Filosofický ústav. - M. , 1994.
18. ↑ Bohm D. Kvantová teorie, kap. 22, odstavec 15.
19. ↑ Mermin ND Boojums celou cestu: předávání vědy v prozaické době . - Cambridge University Press, 1990. - S. 150. Archivovaný výtisk (nepřístupný odkaz) . Získáno 10. června 2014. Archivováno z originálu 10. září 2015. (neurčitý) 
20. ↑ Aspect A., Grangier P. O rezonančním rozptylu a dalších hypotetických efektech v experimentu Orsay Atomic-Cascade Experiment Testy Bellových nerovností // Lett. Nové Cimento. - 1985. - Sv. 43. - S. 345. - doi : 10.1007/BF02746964 .
21. ↑ Holevo A. S. Pravděpodobnostní a statistické aspekty kvantové teorie Archivní kopie z 20. července 2013 na Wayback Machine
22. ↑ Kurakin P. V. Skryté parametry a skrytý čas v kvantové teorii, 2004 Archivní kopie ze 4. června 2009 na Wayback Machine
23. ↑ https://web.archive.org/web/20120217164322/http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/kurakin_kontseptsia.pdf
24. ↑ Laboratoř atomové fyziky a fyziky pevných látek, Cornell University, Ithaca. New York 14853 (přijato 19. listopadu 1980; přijato 5. ledna 1981) ND Mermin. Přinášíme domů atomový svět: Kvantové záhady pro kohokoli Archivováno 22. června 2007 na Wayback Machine Am. J. Phys., Voi. 49, č. 10, říjen 1981, s. 943

Literatura

• Bohm D. Quantum Theory  = Quantum Theory // New York: Prentice Hall. 1989 dotisk, New York: Dover, ISBN 0-486-65969-0 . - 1951. Archivováno 24. července 2014. , str. 700, kap. 12, položka 15
• Blokhintsev D. I. Základy kvantové mechaniky. — M.-L. : GITTL, 1949.
• Blokhintsev D. I. Základy kvantové mechaniky  - 3. vyd. - M .: Vyšší škola, 1961.
• Kumar M. Kvantová realita (kapitola 13)//Kvantová: Einstein, Bohr a velká debata o podstatě reality. -M.: AST Corpus, 2015. - 592 s. - (Prvky). -ISBN 978-5-17-088555-8.
• Reid MD a kol. Kolokvium: Einstein-Podolsky-Rosenův paradox: Od konceptů k aplikacím  //  Recenze moderní fyziky. - 2009. - Sv. 81 , č. 4 . - S. 1727-1751 .  (nedostupný odkaz) doi : 10.1103/RevModPhys.81.1727
• vyd. Treder G. Yu. Problémy fyziky: klasika a modernita. — M .: Mir, 1982. — 328 s.

Odkazy

• Einsteinův-Podolský-Rosenův paradox . Wiki virtuální laboratoře . je držitelem autorských práv k základní verzi tohoto článku . Datum přístupu: 26. 6. 2009. Archivováno z originálu 24. ledna 2012. (Ruština)
• "Realita a svět kvantů"  (ruština)  - kapitola z knihy "Supermoc" od P. Davise
• Můžeme předpokládat, že kvantově mechanický popis fyzické reality je úplný? // Článek v UFN  (Russian) Překlad do ruštiny původních děl Einsteina, Podolského, Rosena a Bohra; úvodní článek V. A. Focka
• Kurakin PV Skryté parametry a skrytý čas v kvantové teorii . — 2004.
• Paradox EPR v poznámkách k přednáškám Vyatchanin S. P., Khalili F. Ya. Fundamentals of quantum informatics .

Slovníky a encyklopedie	velká čínština Skvělý norský Velký Rus okolo světa Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 11975295k GND : 4220769-1 J9U : 987007561363505171 LCCN : sh97003037 SUDOC : 02778505X