Kokemusta Aspesta

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. maaliskuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 19 muokkausta .

Aspen kokeilu oli ensimmäinen kvanttimekaniikan koe, joka osoitti Bellin epätasa-arvojen rikkomisen . Hänen kiistaton tuloksensa mahdollisti kvanttisidonnan ja paikallisuuden periaatteiden lisätestauksen . Siitä tuli myös kokeellinen vastaus EPR - paradoksiin , jota Albert Einstein , Boris Podolsky ja Nathan Rosen ehdottivat noin viisikymmentä vuotta sitten .

Kokeen suoritti ranskalainen fyysikko Alain Aspe École d'Supérieure OPTIQUE vuosina 1980-1982. Tiedeyhteisö tunnusti välittömästi kokemuksen tärkeyden, hän oli Scientific American -lehden kannessa . Vaikka Aspen metodologiassa on mahdollinen puute, porsaanreikä , hänen tulostaan pidetään ratkaisevana ja se on johtanut lukuisiin muihin kokeisiin, jotka ovat vahvistaneet Aspen alkuperäisen kokemuksen [1] .

Aspen kokeet (1980-1982)

Vuonna 1975, koska Bellin epätasa-arvojen rikkomusten ja kvanttimekaniikan pätevyyden testaamiseksi ei vieläkään ollut ratkaisevaa koetta, Alain Aspe ehdotti melko tiukkaa koetta julkaisussa: ehdotettu kokeilu kvanttimekaniikan erottamattomuuden testaamiseksi . [2] [3]

Alain Aspe kuvaili kokeensa vakuuttavuuden vuoksi tällä tavalla:

Kietoutuneiden hiukkasten lähteen tulisi olla ihanteellinen kokeen keston lyhentämiseksi ja sen varmistamiseksi, että Bellin epätasa-arvojen rikkominen on mahdollisimman selvää.
Sen ei pitäisi ainoastaan osoittaa mittaustulosten korrelaatioita, vaan myös osoittaa, että nämä korrelaatiot ovat todellakin seurausta kvanttiefektistä (ja siten hetkellisestä vaikutuksesta) eivätkä klassisesta subluminaalisesta efektistä.
Kokeilusuunnitelman tulee vastata mahdollisimman tarkasti John Bellin mallia, jotta voidaan osoittaa hänen epätasa-arvonsa niin, että mitattujen ja ennustettujen tulosten välinen vastaavuus on mahdollisimman lähellä.

John Bellin "ihanteellinen" järjestelmä

Yllä oleva kuva esittää piirikaavion, jossa John Bell osoitti epäyhtälönsä: kietoutuneiden fotonien lähde S emittoi samanaikaisesti kaksi fotonia ja , joiden polarisaatio on valmisteltu siten, että molempien fotonien tilavektori: $\nu 1$ $\nu 2$

$|\psi (\nu 1,\nu 2)\rangle ={1 \over {\sqrt {2))}\left\{|\uparrow ,\uparrow \rangle +|\rightarrow ,\rightarrow \ oikea\}$

Tämä kaava tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että fotonit ovat superpositiotilassa : ne ovat molemmat pystysuunnassa, vaakasuunnassa tai lineaarisesti polarisoituneita samalla todennäköisyydellä.

Nämä kaksi fotonia mitataan sitten käyttämällä kahta polarisaattoria P1 ja P2, joissa kummassakin on säädettävä mittauskulma: α ja β. Kunkin polarisaattorin mittaustulos voi olla (+) tai (-) riippuen siitä, onko mitattu polarisaatio yhdensuuntainen vai kohtisuorassa polarisaattorin mittauskulmaan nähden.

Yksi huomionarvoinen seikka on, että tähän ihanteelliseen kokeeseen esitetyt polarisaattorit antavat mitattavissa olevan tuloksen sekä (-) että (+) tilanteissa. Kaikki todelliset polarisaattorit eivät pysty tähän: jotkut esimerkiksi havaitsevat (+) -tilanteen, mutta eivät pysty havaitsemaan mitään (-) -tilanteessa (fotoni ei koskaan poistu polarisaattorista). Ensimmäisissä kokeissa käytettiin jälkimmäisen tyyppistä polarisaattoria. Alain Aspen polarisaattorit pystyvät paljon paremmin havaitsemaan molemmat tapaukset ja ovat siksi paljon lähempänä ihanteellista koetta.

Kun otetaan huomioon laite ja fotoneille annettu alkupolarisaatiotila, kvanttimekaniikka pystyy ennustamaan todennäköisyydet mitata (+, +), (-, -), (+, -) ja (-, +) polarisaattoreilla (P1, P2) suunnattu kulmiin (α, β):

$P_{++}(\alpha ,\beta )=P_{--}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\cos ^{2}(\alpha -\beta )$

$P_{+-}(\alpha ,\beta )=P_{-+}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\sin ^{2}(\alpha -\beta )$

Suurin Bellin epätasa-arvon rikkominen ennustetaan | α-β | = 22,5°

Kokemustulokset

Bellin epäyhtälöt muodostavat teoreettisen käyrän korrelaatioiden lukumäärälle (++ tai -) kahden ilmaisimen välillä suhteessa ilmaisimien kulmaan . Käyrän muoto luonnehtii Bellin epätasa-arvojen rikkomuksia. Käyrän muotoa vastaavat mittaukset kvantitatiivisesti ja laadullisesti osoittivat Bellin epätasa-arvojen rikkomisen. $(\alpha -\beta )$

Aspen kokeet vahvistivat yksiselitteisesti rikkomuksen, kuten kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkinta ennusti , mikä heikentää Einsteinin paikallista realismia kvanttimekaniikassa ja piilotettuja paikallismuuttujaskenaarioita . Vahvistuksen lisäksi rikkomus vahvistettiin tarkasti kvanttimekaniikan ennustamalla tavalla , tilastollisella sopimuksella jopa 40 keskihajonnalla .

Kun otetaan huomioon kokemuksen tekninen laatu, kokeellisten artefaktien tiukka välttäminen ja lähes täydellinen tilastollinen sopimus, tämä kokemus sai tiedeyhteisön vakuuttuneeksi siitä, että kvanttimekaniikka oli rikkonut Bellin epätasa-arvoa ja siksi kvanttifysiikka on ei-paikallista .

Kokemusrajat

Saatuaan tulokset, jotkut fyysikot yrittivät löytää puutteita Aspen kokemuksista ja löytää mahdollisuuksia parannuksille vastustaakseen kritiikkiä.

Joitakin mahdollisia teoreettisia vastaväitteitä kokeelliselle järjestelylle:

shunttivärähtelyjen kvasiperiodinen puoli estää kokemuksen pätevyyden, koska se voi aiheuttaa korrelaatioita kahdesta suunnasta johtuvan kvasisynkronoinnin kautta;
korrelaatiot (+, +), (-, -) jne. laskettiin reaaliajassa havaitsemishetkellä. Siksi kunkin polarisaattorin kaksi (+) ja (-) kanavaa yhdistettiin fyysisillä piireillä. Indusoitujen korrelaatioiden mahdollisuus oli olemassa.

Ihanteellinen koe, joka kumoaisi kaikki mahdolliset indusoidut korrelaatiot, olisi:

käytä puhtaasti satunnaista vaihtoa;
tallentaa tulokset (+) tai (-) laitteen kummallekin puolelle ilman fyysistä yhteyttä näiden kahden puolen välillä. Korrelaatiot lasketaan kokeen jälkeen vertaamalla molempien osapuolten kirjattuja tuloksia.

Kokemusolosuhteet kärsivät myös [1] tunnistusporsaanreiästä .

Johtopäätös

Tällä hetkellä (vuonna 2018) Bellin epätasa- arvojen rikkominen kvanttimekaniikassa on selvästi todettu . Bellin epätasa-arvorikkomusta käytetään myös joissakin kvanttisalauksen protokollissa , joissa vakoojan läsnäolo havaitaan pysäyttämällä Bellin epätasa-arvorikkomukset.

Seurauksena on, että kvanttiepäpaikkaisuus ja sotkeutuminen on tunnustettava .

Haastaako Aspen kokemus relativistisen kausaliteetin?

Ongelman nostaa esiin laajalti vallitseva käsitys, jonka mukaan "kvanttiobjekti on tila, joka riippuu välittömästi toisen esineen tilasta, johon se on kietoutunut". Tätä "ei-paikallisen vaikutuksen" käyttöönottoa käytetään usein populaaritieteellisissä julkaisuissa ja myös (tahallisesti) joidenkin realismia kannattavien tiedemiesten toimesta , mukaan lukien Alain Aspe itse ja Bernard d'Espagnate . [neljä]

Vaihtoehtoja on kolme:

Ensinnäkin kokeilijoiden tulisi käyttää vain laskelmia, joiden tulokset ovat yhdenmukaisia kokeen kanssa, turvautumatta "makroskooppisesta" logiikastamme johdettuun selitykseen. Tämä Kööpenhaminan tulkinnasta johdettu lähestymistapa on fyysikkojen keskuudessa laajimmin hyväksytty. Se perustuu siihen, että mikään EPR -ilmiöiden selitys ei johda testeihin tai mitattavissa oleviin ennusteisiin. Tämän seurauksena useimmat fyysikot uskovat, että tämän kokemuksen selitykset eivät kuulu tieteen piiriin (katso Karl Popperin väärentämiskriteeri ). Suurin osa selityksistä todella puuttuu teoreettisesta formalisaatiosta. Siksi käytetään empiiristä lähestymistapaa ja pyritään välttämään tieteellisen kentän ulkopuolelle menemistä. Teoksessaan "The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory" fyysikot David Bohm ja Basil Haley pitävät epälokaliteettiperiaatteen vastalauseita perusteettomina [5] . Bohm ja Haley väittävät niille, jotka näkevät epälokaalisuuden hyväksymisen esteenä minkä tahansa kohteen tieteelliselle eristämiselle ja havainnolle, että makroskooppisessa maailmassa tämä tiede on mahdollista, koska paikallisuus ei ole olennainen : tulkinta mahdollistaa saman järjestelmän. erotettavuus, jota vaaditaan "todellisessa tieteellisessä työssä". Erikoissuhteellisuusteorian ja ei-lokaalisuuden vastakkain (katso EPR-paradoksi ) on vaikeampaa, mutta Bohm, kuten John Stuart Bell [6] , huomauttaa, että signaloinnilla ei ole roolia ei-lokaalisuuden käsitteessä.

Bohm ja Haley, kuten Bell, näkevät tieteellisten lisäksi muitakin tekijöitä epäpaikallisuuden hylkäämisessä:

John Bell: Luento CERNissä (1990).	Haley ja Bohm: Ei-lokaalisuuden käsitteen vastalauseista. (1993)
Pelkkä ajatus pelottavasta toiminnasta etäältä karkottaa fyysikot. Jos minulla olisi tunti, pommittaisin teitä lainauksilla Newtonilta, Einsteinilta, Bohrilta ja kaikilta noilta mahtavilta ihmisiltä. Kerron teille, kuinka käsittämätöntä on pystyä muuttamaan kaukaista tilannetta tekemällä jotain täällä. Luulen, että kvanttimekaniikan perustajat eivät todellakaan tarvinneet Einsteinin argumentteja tarpeesta sulkea pois etätoiminta, koska he etsivät muualta. Ajatus determinismistä tai etätoiminnasta oli heistä niin inhottava, että he kääntyivät pois. No, se on perinne, ja meidän on joskus opittava elämässä oppiaksemme uusia perinteitä. Ja voi olla, että meidän ei pidä niinkään hyväksyä tekoja etäältä, vaan myös "etätoimien puutteen" riittämättömyydestä. [6]	[Epäpaikallisuuden vastaväitteet] näyttävät vastaavan enemmän tai vähemmän modernissa tieteessä vallitsevia ennakkoluuloja. […] Tieteen kehityksen alkuvaiheessa käytiin pitkä argumentti luopua sellaisista, jotka voitaisiin hyvin pitää primitiivisinä taikauskoina ja maagisina käsityksinä. Epäpaikallisuus oli selvästi avainkäsite. Saattaa olla syvään juurtunut pelko siitä, että ajatus epäpaikallisuudesta avaa uudelleen portit, jotka suojelevat meitä järjettömiltä ajatuksilta, jotka ovat nykykulttuurin pinnan alla. Vaikka olisikin, se ei olisi pätevä argumentti ei-paikallisuudesta [5]

Toinen mahdollisuus on, että kietoutuminen on "yhdisttänyt" kaksi vuorovaikutuksessa läsnä olevaa objektia: nämä kaksi objektia pysyvät "yhtenä" niiden avaruudellisesta etäisyydestä huolimatta (" Bernard d'Espagnatin ei-paikallisuus "). Tämä etäisyys voi olla jopa ajallista: se on pohjimmiltaan tila-ajallista. Tällä hetkellä ei ole selitystä sille, mitä pidetään kokeen tuloksena, eikä tämän tuloksen selitystä tai tulkintaa. Tämä lähestymistapa, jonka tarkoituksena on selittää kokeen tosiasiat, on rationalistinen lähestymistapa .
Kolmas vaihtoehto on muuttaa käsitystämme kausaalisuudesta ja hyväksyä takautuvan kausaalisuuden periaate ( tulevaisuudesta menneisyyteen), jota ei kuitenkaan voida verrata klassisten filosofien "teleologiseen" " perimmäiseen " . Kukaan ei voi suunnata tapahtumia tarkoituksen mukaan: taaksepäin kausaalisuuden luonne on identtinen kausaalisuuden kanssa sellaisena kuin me sen ymmärrämme (klassisten filosofien "tehokas kausaalisuus"), paitsi että se virtaa taaksepäin ajan suhteen ja voi "lisää itsensä" "klassinen" kausaliteetti. Tämä tulkinta edellyttää, että ajan peruuttamaton luonne on totta vain makroskooppisessa mittakaavassa ( termodynamiikan toinen pääsääntö ). Monet fyysikot vastustavat tätä ajatusta, kuten fyysikko ja filosofi Etienne Klein, joka huomauttaa, että aika-akseli on hänen mukaansa kirjoitettu hiukkasfysiikan symmetrioihin. Tällä tulkinnalla on jonkin verran menestystä niiden keskuudessa, jotka kehittävät esoteerisia tulkintoja kokeesta ja käyttävät sitä parapsykologisiin ilmiöihin (kiistanalainen tiedeyhteisössä, erityisesti ennaltaehkäisy . Olivier Costa de Beauregard on kuuluisa tällaisten teesien puolustamisesta. [7] ) Mutta tämä tulkinta selvästi on ristiriidassa kokeen tulosten kanssa, koska ne suoritettiin useimmiten: maailmanviiva, joka yhdistää tapahtumat " avaruus-ajan ulottuvuuteen P1" ja "ulottuvuuteen P2", on avaruuden kaarevuus . Itse asiassa, voidakseen kumota näissä kokeissa havaittujen korrelaatioiden mahdollisen vaihtoehtoisen tulkinnan, kokeilijoiden oli osoitettava, että relativistinen "syy-yhteys" ei ainakaan osittain pystynyt selittämään näitä skenaarioihin sisältyviä tuloksia, kuten: fotoni ilmoittaa fotonin kvanttitilaa koskevan relativistisen prosessin avulla ensimmäisen mittauksen jälkeen…" On kuitenkin aivan selvää, että kokeilijoiden varotoimet poistaa kaikki relativistiset "syy-selitykset" eliminoivat samanaikaisesti vallitsevan mielipiteen mukaan kaikki " retro-kausaalinen" selitys. Lopuksi, johtavan käsitteen seuraajille tämä käsite on olettamus tulkinta, eikä se päde olemassa oleviin kokeisiin, vaan se johtaa heidän mielestään tieteen tai jopa pseudotieteen kärjessä oleviin tulkintoihin , ja se ottaa kvanttimekaniikan kiistaan, johon se ei kuulu. $\nu 1$ $\nu 2$

Yksikään fyysikko ei usko, että EPR-kokeen tulokset yleensä ja Aspe-kokeen tulokset erityisesti - täysin Kööpenhaminan kvanttimekaniikan tulkinnan mukaisesti - millään tavalla kyseenalaistavat suhteellisuusperiaatteen, jonka mukaan ei ole olemassa energian muotoa (materiaa). tai voima), ja siksi mikään hyödyllinen tieto ei voi kulkea valon nopeutta nopeammin, eikä sen seurauksena kyseenalaista johdettua relativistisen kausaliteetin periaatetta. On helppo todistaa, että kvanttisidottua ei voida käyttää tiedon välittömään siirtämiseen aika-avaruuden pisteestä toiseen. Ensimmäisestä hiukkasesta mitatut tulokset ovat satunnaisia; näiden mittausten aiheuttamat toisen hiukkasen tilanmuutokset – niin välittömiä kuin ne voivat olla kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkinnan ja Aspen kokeen tulosten mukaan – johtavat toista hiukkasta koskeviin mittauksiin, jotka ovat ilmeisesti yhtä satunnaisia: ei mittauksesta voidaan saada hyödyllistä tietoa, ja kunnes tuloksia verrataan, korrelaatiot pysyvät havaitsemattomina. Tällainen kokeilu osoittaa väistämättömän tarpeen "klassiselle" signaalille relativistisessa mielessä välittääkseen näiden korrelaatioiden havaitsemiseen tarvittavan tiedon. Ilman tätä signaalia ei voida lähettää mitään. Se määrittää tiedonsiirtonopeuden, mikä vahvistaa suhteellisuuden perusperiaatteen. Tästä johtuen relativistisen kausaliteetin periaate on täysin yhteensopiva EPR-kokeiden tulosten kanssa.

Katso myös

Piilotettujen parametrien teoria
Superdeterminismi

Muistiinpanot

↑ 1 2 Bailly. L'intrication quantique confirmée par une experience de Bell sans faille (ranska) ? . Pour la science (29. lokakuuta 2015). Haettu 2. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 24. syyskuuta 2018. (määrätön)
↑ Nikseresht, Iraj. La physique quantique: alkuperä, tulkinnat ja kritiikki (ranska) . - Paris: Ellipses, 2005. - S. 235. - ISBN 978-2-7298-2366-5 .
↑ Alan; Aspekti. Ehdotettu kokeilu kvanttimekaniikan erottamattomuuden testaamiseksi (englanniksi) // Physical Review D : Journal. - 1976. - 15. lokakuuta ( nide 14 , nro 8 ). - P. 1944-1951 . - doi : 10.1103/PhysRevD.14.1944 .
↑ Katso esimerkiksi Corrélations, Causalité, Réalité Arkistoitu 25. marraskuuta 2018 Wayback Machinessa (ranskaksi).
↑ 1 2 Hiley, BJ; Bohm, David. Jakamaton universumi: kvanttiteorian ontologinen tulkinta . - New York: Routledge , 1993. - P. 157-158. - ISBN 978-0-415-06588-7 .
↑ 1 2 John Bell Inequality -video arkistoitu 14. marraskuuta 2019 Wayback Machinessa . 22. tammikuuta 1990.
↑ D'Einstein à la telepathie . Haettu 23. helmikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 23. helmikuuta 2011. (määrätön)

Linkit

Videokonferenssi kvanttioptiikasta (17 minuuttia), Alain Aspe , tutkimuspäällikkö Optiikan instituutissa Orsayssa (ranskaksi).
Center for Quantum Philosophy arkistoitu 28. lokakuuta 2019 Wayback Machinessa