Парадокс на EPR във физиката

Парадоксът на EPR (или парадоксът на Айнщайн-Подолски-Розен) е мисловен експеримент, предназначен да демонстрира присъщ парадокс в ранните формулировки на квантовата теория. Той е сред най-известните примери на квантово заплитане. Парадоксът включва две частици които са оплетени помежду си според квантовата механика. Под Копенхагенско тълкуване от квантовата механика, всяка частица е поотделно в несигурно състояние, докато не бъде измерена, в този момент състоянието на тази частица става сигурно.

В същия този момент състоянието на другата частица също става сигурно. Причината, че това е класифицирано като парадокс, е, че на пръв поглед включва комуникация между двете частици в скорости, по-големи от скоростта на светлината, което е конфликт с Алберт Айнщайн'с теория на относителността.

Парадоксът беше фокусът на разгорещен дебат между Айнщайн и Нилс Бор. Айнщайн никога не е бил удобен с квантовата механика, разработвана от Бор и неговите колеги (базирана по ирония на работата, започната от Айнщайн). Заедно с колегите си Борис Подолски и Нейтън Розен, Айнщайн разработи парадокса на EPR като начин да покаже, че теорията е несъвместима с други известни закони на физиката. По онова време нямаше реален начин за провеждане на експеримента, така че това беше просто мислен експеримент или gedankeexperiment.

Няколко години по-късно физикът Дейвид Бом модифицира примера на парадокса на EPR, така че нещата бяха малко по-ясни. (Първоначалният начин, по който парадоксът беше представен, беше малко объркващ, дори за професионалните физици.) ​​В по-популярния Бом формулировка, нестабилна въртяща се 0 частица се разпада на две различни частици, частица А и частица В, с посока обратно посоки. Тъй като първоначалната частица е завъртяла 0, сборът на двете нови завъртания на частиците трябва да е равен на нула. Ако частица А има въртене +1/2, тогава частица Б трябва да има спин -1/2 (и обратно).

Отново, според копенхагенската интерпретация на квантовата механика, докато не се направи измерване, нито една частица няма определено състояние. И двете са в суперпозиция от възможни състояния, с еднаква вероятност (в случая) да имат положително или отрицателно завъртане.

Тук има две основни точки, които правят това притеснително:

1. Квантовата физика казва, че до момента на измерването, частиците Недей имам определено квантово въртене но са в суперпозиция от възможни състояния.
2. Веднага щом измерим въртенето на частица А, със сигурност знаем стойността, която ще получим от измерването на въртенето на частица Б.

Ако измервате частица А, изглежда, че квантовият спин на частица А се „настройва“ чрез измерването, но по някакъв начин частица Б също моментално „знае“ какво въртене трябва да поеме. За Айнщайн това беше ясно нарушение на теорията на относителността.

Никой никога не поставя под въпрос втората точка; противоречието лежеше изцяло с първата точка. Бом и Айнщайн подкрепиха алтернативен подход, наречен теория на скритите променливи, който предполагаше, че квантовата механика е непълна. В тази гледна точка трябваше да има някакъв аспект на квантовата механика, който не беше очевиден веднага, но който трябваше да бъде добавен в теорията, за да се обясни този вид не локален ефект.

Като аналогия, помислете, че имате два плика, всеки от които съдържа пари. Казаха ви, че една от тях съдържа банкнота от 5 долара, а другата - сметка за 10 долара. Ако отворите един плик и той съдържа банкнота от 5 долара, тогава знаете със сигурност, че другият плик съдържа банкнотата от 10 долара.

Проблемът с тази аналогия е, че определено изглежда, че квантовата механика не работи по този начин. Що се отнася до парите, всеки плик съдържа конкретна банкнота, дори ако никога не заобичам да ги погледна.

Несигурността в квантовата механика не представлява просто липса на нашите познания, а фундаментална липса на определена реалност. До извършване на измерването, според интервенцията от Копенхаген, частиците наистина са в суперпозиция на всички възможни състояния (както в случая с мъртва / жива котка в Котка на Шрьодингер мисловен експеримент). Докато повечето физици биха предпочели да има вселена с по-ясни правила, никой не би могъл да разбере точно какви са били тези скрити променливи или как те могат да бъдат включени в теорията по смислен начин начин.

Бор и други защитиха стандартната копенхагенска интерпретация на квантовата механика, която продължава да бъде подкрепена от експерименталните доказателства. Обяснението е, че вълновата функция, която описва суперпозицията на възможните квантови състояния, съществува във всички точки едновременно. Завъртането на частица А и въртенето на частица Б не са независими величини, но са представени от един и същ термин в рамките на квантова физика уравнения. В момента, в който е направено измерването на частица А, то цяла вълнова функция рухва в едно състояние. По този начин няма отдалечена комуникация.

Основният пирон в ковчега на теорията за скритите променливи идва от физика Джон Стюарт Бел, в това, което е известно като Теорема на Бел. Той разработи поредица от неравенства (наречени неравенства на Бел), които представят как ще се разпределят измерванията на въртенето на частица А и частица Б, ако не бяха заплетени. В експеримент след експеримент неравенствата на Бел са нарушени, което означава, че изглежда се извършва квантово заплитане.

Въпреки тези доказателства за противното, все още има някои привърженици на теорията за скритите променливи, въпреки че това е най-вече сред физиците-аматьори, а не професионалистите.

Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р