Einstein'ın "yerel gerçekçiliği" yeniden sorgulanır
Günümüzde fizikçiler temelde Einstein'ın kuantum mekaniğine dair şüphesinin yanlış olduğunu düşünüyor. 30 Kasım 2016'da, 12 laboratuvarda 13 Bell deneyini, 100'den fazla bilim adamını ve dünyanın dört bir yanındaki beş kıtada 100.000'den fazla oyuncuyu içeren bir "Büyük Çan Testi" bunu daha da doğruladı Görünüm. Deneyin sonuçları 9 Mayıs 2018'de Nature dergisinde yayınlandı.
Kuantum mekaniği yeniden doğrulandı. | Resim kaynağı: Büyük Çan Testi
Gözlerinizi kapattığınızda ve dünyayı göremediğinizde, bu dünyanın artık var olmadığını varsayamazsınız. Benzer şekilde, insanlar ayı nasıl izleyeceklerini bildikleri sürece, ay her zaman var olmuş ve dünyanın yörüngesinde dönmüştür. Ancak kuantum mekaniği bir zamanlar Dünyayı gözlemlemek onu değiştirecek .
Niels Bohr (Niels Bohr) kuantum mekaniğinin liderlerinden biri, atomların konumu gibi gözlemlenebilirlerin ölçülmesine kadar anlamsız olduğunu bile düşünüyor. Bu görüş doğruysa, gözlem eyleminin en azından dünyayı değiştireceği ve hatta dünyayı yaratabileceği anlamına gelir. Bu, deneyimin bize anlattığı bağımsız gerçekliğin tam tersidir. Bohr 1927'de görüşlerini yayınladığından beri, fizikçiler ve filozoflar Bohr'un yorumunu şiddetle tartışıyorlar.
Bohr'a karşı çıkan sesler arasında Albert Einstein özellikle öne çıkıyor. Onunla Bohr arasındaki uzun tartışmada Einstein, Gerçekçilik ile Yerellik Bu iki ilke temeldir. İlki, nesnelerin gözlemden önce bile iyi tanımlanmış özelliklere sahip olması gerektiğini açıklar; ikincisi, nesnelerin yalnızca değişim üretmek için çevrelerindeki olaylara doğrudan tepki verebileceği ve uzak olayların nesneleri anında etkileyemeyeceği anlamına gelir.
Einstein ve arkadaşları tarafından 1935 yılında yayınlanan bir makalede EPR, üç yazarın adlarının ilk harfinden sonra adlandırılmıştır.
1935'te Einstein ve meslektaşları Podolsky (Podolsky) ve Rosen (Rosen), Bohr'un yorumuna şiddetli bir saldırı başlattı. Tasarladıkları bir düşünce deneyi " EPR paradoksu ". Bu düşünce deneyi, Yerel gerçekçilik (Yani, yerellik ve gerçekçilik ortaklaşa kurulur) ve kuantum mekaniğinin bütünlüğü arasındaki çelişki. EPR makalesi, yerel gerçekçiliğin temel varsayımına dayanmaktadır, bu nedenle Einstein ve diğerleri, kuantum mekaniğinin daha eksiksiz bir teori ile değiştirilmesi gerektiğine inanmaktadır; bu, gözlem olmasa bile, ne olduğunun bilinebileceğini gösterebilir. Ne bir teori.
EPR paradoksu, kuantum mekaniğinin matematiğini bir çift " Dolaşık "Parçacıklar. Bohr'un yorumuna göre, Parçacıklardan birinin durumunu ölçerseniz, diğer parçacığın durumunu ne kadar uzakta olursa olsun hemen bilirsiniz. . Einstein bunun imkansız olduğunu düşündü ve bu etkiyi ışık hızını aşabilen " Uzaktan hayalet aksiyon ".
Bir çift dolaşık parçacık için, bir parçacığın durumunu biliyorsanız, diğer parçacığın durumunu, evrenin her iki ucunda da bulunsalar bile hemen bilirsiniz. | Resim kaynağı: Astronomy Magazine
Kuantum dolanıklığının ne olduğunu daha net anlamak için burada basit bir örnek vereceğim. Bir çift eldiven satın aldığımı ve birini Pekin'deki Xiao Ming'e ve diğerini Hangzhou'daki Xiao Hong'a gönderdiğimi varsayalım. Hepsi benim şaka yapmayı sevdiğimi bildiğinden, Xiao Hong paketi açıp bir sol eldiveni bulduğunda, Xiao Ming'in doğru eldiveni alacağını hemen anladı. "Eşleştirilmiş" eldivenler, "dolaşık" bir sistem oldukları anlamına gelir.
Eldiven dolanması ile kuantum dolanması arasındaki fark, eldivenin zaten kesin bir sonuca sahip olmasıdır. Eldivenleri birkaç gün önce postaladığımda, çoktan mahkum olmuştu. Onlara hangi eldiveni gönderdiğimi bilmesem de bu ya da bu değil, paketlerden birinde her zaman bir eldiven vardır. Xiao Hong'un paketi açıp aslında bir ayakkabı olduğunu bulması imkansız. Ancak kuantum dolanıklığı bize pakette ayakkabıların olabileceğini söylüyor. Kuantum dünyasında, tek bildiğim bir çift şeyi postaladığım. Eldiven, ayakkabı veya çorap olabilir ve Xiao Ming ve Xiao Hong'un paketi açana kadar pakette ne olduğunu bilmeleri imkansızdır. Ancak Xiao Ming paketi açıp sol eldiveni gördüğü anda Xiao Hong'un doğru eldiveni aldığını anladı.
Bu size tuhaf geliyorsa endişelenmeyin, yalnız değilsiniz. Fizikçiler bile böyle bir fenomeni çok garip bulabilirler. O kadar tuhaf ki, bazı insanlar gizemli bir şey olması gerektiğini düşünüyor ve bu iki parçacığa ne yapacaklarını gizlice söylüyorlar. Sonucun ne olacağını bilemeyebiliriz, ancak iki parçacık yapar.
Bu tür sorunlarla karşı karşıya kalan fizikçiler iki kampa bölünmüştür. Bir taraf Bohr'un tarafında. Dolaşan parçacık çiftlerinden birini ölçtüğünüzde, bunun anında Çöküş Bir durumda (spin "yukarı" gitme gibi), hemen başka bir parçacığın durumunu biliriz (spin "aşağı" olur). Karşı taraf, kuantum mekaniğinin eksik olduğunu ve ölçüm sonucunun yerelleştirilmiş olması gerektiğini düşünerek Einsteinın kampına katıldı. Gizli değişken "Sadece onu tespit edemedik. Başka bir deyişle, iki parçacığın dönüş durumları rastgele görünse de, iki parçacığın ayrıldığı anda (veya daha önce) belirlenebilir. .
John Bell. | Resim kaynağı: CERN
Doğru ve yanlış olan, deneylerle belirlenmesi gereken bir şeydir. 1964'te fizikçi John Bell ünlü " Bell eşitsizliği "Tartışmanın artık felsefi düzeyde kalmamasını sağlayın. Çan testi "Bu tuhaf kuantum özelliğinin yerelleştirilmiş gizli değişkenler tarafından mı belirlendiğini (yani, parçacıkların özellikleri ölçümden önce belirlenir) veya yerelleştirilmemiş kuantum dolanmasından mı (yerelleştirilmemiş araçlar aşabilir) test etmek için kullanılabilir. Işığın hızı) Bilim adamları, farklı dolaşık parçacıklar üzerinde bağımsız ölçümler yaparlar.İstatistiksel olarak, bir parçacık çiftindeki parçacıklar arasındaki korelasyon bir üst sınırı aşarsa, gizli değişkenlerle açıklanamaz, bu da sonuçların daha tutarlı olduğu anlamına gelir. Kuantum mekaniğinin tahmini.
Bell testinin temel fikri basittir: Deneycinin, genellikle fotonlar olmak üzere bir çift dolaşık parçacık üretmesi ve bunları, özelliklerinden birinin (spin veya polarite gibi) bulunduğu iki farklı deney istasyonuna göndermesi gerekir. Ölçülecek. Ölçüm, iki parçacığın sonuçlarının tutarlı olduğunu bulursa, ya bir parçacığın ölçümünün diğer parçacığın özelliğini hemen etkileyeceği ya da ölçümün kendisinin parçacığın özelliğe sahip olmasına neden olacağı anlamına gelir. Ölçülen sonuçlar uyuşmazsa, Einstein'ın yerel gerçekçiliği doğrulanır.
Bununla birlikte, son birkaç on yılda, Bell testinin tüm deneysel sonuçları kuantum mekaniğine yönelik önyargılıydı. Ancak bu deneylerin hiçbiri mükemmel bir karar veremez, çünkü her deney en az birini veya diğerini içerir. Boşluk , Böylece test sonuçları yerel gerçekçilikle tutarlı bir şekilde yorumlanabilir.
Çözülmemiş güvenlik açıklarından birine " Seçme özgürlüğü ", gösteriyor Araştırmacıların kuantum parçacıklarını ölçmeyi seçme yöntemi, ölçüm sonuçlarını etkileyebilir. . Geçmiş Bell Testlerinde araştırmacılar, dolaşık parçacıkları nasıl ölçeceklerini belirlemek için kuantum parçacıklarının belirli yönlerini seçecekler. Başka bir deyişle, özgür seçim, testte elde edilen sonuçları açıklayan "yerelleştirilmiş gizli bir değişken" haline gelir. Bu, öğrencilerden kendileri için soru yazmalarını istemek gibi olduğu için deneyin sonuçlarını geçersiz kılacaktır.
Büyük Çan Görevi. | Resim kaynağı: ICFO
Bu sorunu ortadan kaldırmak için araştırmacılar, ölçüm seçimlerinde rastgelelik kaynakları sunmalıdır. Bilim adamları, geçmişte olduğu gibi rastgele bir sayı üreteci kullanmak yerine ölçüm seçimini yapan insan olursa, bu güvenlik açığının giderilebileceğini keşfettiler. Bu amaçla, araştırmacılar "The Big Bell Quest" adlı bir oyun geliştirdiler ve dünyanın her yerinden oyuncuları katılmaya davet ettiler.
30 Kasım 2016'da, dünya çapında 100.000'den fazla oyuncu oyuna cep telefonları veya diğer cihazlar aracılığıyla katıldı ve böylece kuantum sistemlerinin ölçümüne rastgelelik getirdi. Gümrükleme oyununda hızlı ve rastgele "0" veya "1" 'e basmaları gerekir.Rastgele üretilen bu bitler daha sonra dünya çapında 13 farklı Bell test laboratuvarına dağıtılır. Farklı Bell test deneylerinde, fotonlar, tek atomlar, atomik topluluk ve süper iletken cihazlar dahil olmak üzere çeşitli dolaşık parçacıklar ve sistemler de kullanıldı. Bu bitlerin örüntüleri önceden tahmin edilemediğinden, bunlar etkili bir rastgelelik kaynağıdır, yani bu Bell testlerinin sonuçları artık özgür seçim boşluklarına tabi değildir.
"Bell Member" The Big Bell Quest'i oynuyor. Resim kaynağı: Büyük Çan Testi
9 Mayıs'ta yayınlanan deneyin sonuçları da beklendiği gibi: Yerel gerçekçilik . Bu seferki sonuçlar çok ikna edici görünse de, fizikçiler bu tür dolaşıklık deneyleri yapmaya devam edecekler çünkü dolanıklığın var olduğunu tam olarak kanıtlamak çok zor. Araştırmacılar, dolanıklığın varlığını desteklemek için daha fazla deney yapabilirler, ancak hiçbir deney her alternatif teoriyi ekarte edemez.
Referans bağlantısı:
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0085-3
https://thebigbelltest.org/science/
https://motherboard.vice.com/en_us/article/mbkqyy/the-results-of-a-100000-person-quantum-experiment-seem-to-violate-einsteins-theory-of-local-realism
