ریاضیات

پارادوکس EPR

[ ویرایش ]

همچنین ببینید: پارادوکس EPR و درهم تنیدگی کوانتومی

بور و انیشتین هر دو مردهای ظریفی بودند. انیشتین بسیار تلاش کرد تا نشان دهد که مکانیک کوانتومی ناسازگار است. با این حال، بور همیشه می‌توانست با استدلال‌هایش مقابله کند. اما انیشتین در آخرین حمله خود به چیزی بسیار عمیق، بسیار غیرمعمول، دردسرساز و در عین حال بسیار هیجان انگیز اشاره کرد که در آغاز قرن بیست و یکم دوباره فیزیکدانان نظری را مجذوب خود کرد. تنها پاسخ بور به آخرین کشف بزرگ انیشتین - کشف درهم تنیدگی - نادیده گرفتن آن بود.

-  لئونارد ساسکیند [ 45 ]

بحث اساسی انیشتین با مکانیک کوانتومی بر سر این نبود که آیا خدا تاس انداخت یا نه، آیا اصل عدم قطعیت امکان اندازه گیری همزمان موقعیت و تکانه را می دهد یا حتی اینکه آیا مکانیک کوانتومی کامل است یا خیر. در مورد واقعیت بود. آیا یک واقعیت فیزیکی مستقل از توانایی ما برای مشاهده آن وجود دارد؟ برای بور و پیروانش، چنین سؤالاتی بی معنی بود. تنها چیزی که می توانیم بدانیم نتایج اندازه گیری ها و مشاهدات است. گمانه زنی در مورد واقعیت نهایی که فراتر از تصورات ما وجود دارد، منطقی نیست. [ 6 ] : 460-461 

باورهای انیشتین در طول سال‌ها از باورهایی که او در جوانی معتقد بود، تکامل یافته بود، زمانی که به‌عنوان یک پوزیتیویست منطقی که به شدت تحت‌تاثیر خوانش دیوید هیوم و ارنست ماخ قرار گرفته بود، مفاهیم غیرقابل مشاهده‌ای مانند زمان و مکان مطلق را رد کرد. انیشتین معتقد بود: [ 6 ] : 460-461 

1. یک واقعیت مستقل از توانایی ما برای مشاهده آن وجود دارد.

2. اجسام در نقاط مشخصی در فضازمان قرار دارند و وجود مستقل و واقعی خود را دارند. به عبارت دیگر به تفکیک پذیری و محلی بودن معتقد بود.

3. اگرچه در سطحی سطحی، رویدادهای کوانتومی ممکن است تصادفی به نظر برسند، اما در برخی از سطوح نهایی، علیت دقیق زیربنای همه فرآیندهای طبیعت است.

آزمایش فکری پارادوکس EPR. (بالا) تابع موج کل یک جفت ذره از نقطه برخورد پخش می شود. (پایین) مشاهده یک ذره تابع موج را از بین می برد.

انیشتین معتقد بود که واقع‌گرایی و بومی‌گرایی زیربنای اساسی فیزیک هستند. پس از ترک آلمان نازی و اقامت در پرینستون در مؤسسه مطالعات پیشرفته ، انیشتین شروع به نوشتن یک آزمایش فکری کرد که از زمان حضور در سخنرانی لئون روزنفلد در سال 1933 در حال بررسی آن بود. کمک بوریس پودولسکی 46 ساله ، یکی از دوستانی که از کلتک به موسسه نقل مکان کرده بود. او همچنین از ناتان روزن 26 ساله ، که در مؤسسه نیز بود، کمک گرفت، که بیشتر ریاضیات را انجام داد. [ یادداشت 16 ] نتیجه همکاری آنها مقاله چهار صفحه ای EPR بود که در عنوان خود این سوال را مطرح می کرد که آیا توصیف مکانیکی کوانتومی واقعیت فیزیکی می تواند کامل در نظر گرفته شود؟ [ 6 ] : 448-450  [ ص 22 ]

انیشتین پس از دیدن مقاله در حال چاپ، خود را از نتیجه ناراضی دید. تجسم مفهومی واضح او زیر لایه‌هایی از فرمالیسم ریاضی مدفون شده بود. [ 6 ] : 448-450 

آزمایش فکری انیشتین شامل دو ذره بود که با هم برخورد کرده‌اند یا به گونه‌ای ایجاد شده‌اند که دارای ویژگی‌هایی هستند که همبستگی دارند. تابع موج کل برای جفت موقعیت ذرات و همچنین لحظه لحظه خطی آنها را به هم مرتبط می کند. [ 6 ] : 450-453  [ 40 ] شکل گسترش تابع موج از نقطه برخورد را نشان می‌دهد. با این حال، مشاهده موقعیت ذره اول به ما این امکان را می دهد که موقعیت ذره دوم را بدون توجه به اینکه این جفت چقدر از هم جدا شده اند دقیقاً تعیین کنیم. به همین ترتیب، اندازه گیری تکانه ذره اول به ما امکان می دهد تا تکانه ذره دوم را دقیقاً تعیین کنیم. مطابق با معیار ما برای واقعیت، در حالت اول باید کمیت P را عنصری از واقعیت در نظر بگیریم، در مورد دوم کمیت Q را عنصری از واقعیت است. [ ص 22 ]

انیشتین به این نتیجه رسید که ذره دوم که هرگز مستقیماً آن را مشاهده نکرده‌ایم، باید در هر لحظه موقعیتی واقعی و حرکتی واقعی داشته باشد. مکانیک کوانتومی این ویژگی های واقعیت را در نظر نمی گیرد. بنابراین، مکانیک کوانتومی کامل نیست. [ 6 ] : 451  از اصل عدم قطعیت مشخص است که موقعیت و تکانه را نمی توان همزمان اندازه گیری کرد. اما با وجود اینکه مقادیر آنها را فقط می توان در زمینه های متمایز اندازه گیری تعیین کرد، آیا هر دو در یک زمان قطعی هستند؟ انیشتین به این نتیجه رسید که پاسخ باید مثبت باشد. [ 40 ]

انیشتین ادعا می کرد که تنها جایگزین این است که بگوید اندازه گیری ذره اول به طور آنی بر واقعیت موقعیت و تکانه ذره دوم تأثیر می گذارد. [ 6 ] : 451  "هیچ تعریف معقولی از واقعیت نمی توان انتظار داشت که اجازه دهد." [ ص 22 ]

بور وقتی مقاله انیشتین را خواند حیرت زده شد و بیش از شش هفته وقت صرف پاسخ او کرد که دقیقاً همان عنوان مقاله EPR را داد. [ ص 26 ] مقاله EPR بور را وادار کرد تا در درک خود از مکمل بودن در تفسیر کپنهاگ از مکانیک کوانتومی تجدید نظر اساسی کند. [ 40 ]

قبل از EPR، بور معتقد بود که اختلال ناشی از عمل مشاهده، توضیح فیزیکی عدم قطعیت کوانتومی است. با این حال، در آزمایش فکری EPR، بور باید اعتراف می کرد که "هیچ بحثی در مورد اختلال مکانیکی سیستم تحت بررسی وجود ندارد." از سوی دیگر، او خاطرنشان کرد که این دو ذره یک سیستم هستند که توسط یک تابع کوانتومی توصیف می شود. علاوه بر این، مقاله EPR هیچ کاری برای از بین بردن اصل عدم قطعیت انجام نداد. [ 12 ] : 454-457  [ یادداشت 17 ]

مفسران بعدی قدرت و انسجام پاسخ بور را زیر سوال برده اند. با این حال، به عنوان یک موضوع عملی، اکثر فیزیکدانان به بحث بین بور و انیشتین توجه چندانی نکردند، زیرا دیدگاه های مخالف بر توانایی فرد در به کارگیری مکانیک کوانتومی در مسائل عملی تأثیری نداشت، بلکه فقط بر تفسیر فرد از کوانتوم تأثیر گذاشت. فرمالیسم اگر آنها اصلاً به مشکل فکر می کردند، اکثر فیزیکدانان شاغل تمایل داشتند از رهبری بور پیروی کنند. [ 40 ] [ 47 ] [ 48 ]

در سال 1964، جان استوارت بل به این کشف پیشگامانه دست یافت که جهان بینی واقع گرایانه محلی انیشتین، پیش بینی های آزمایشی قابل تأییدی را ارائه می دهد که با پیش بینی های مکانیک کوانتومی در تضاد است. کشف بل، بحث انیشتین-بور را از فلسفه به حوزه فیزیک تجربی تغییر داد. قضیه بل نشان داد که برای هر فرمالیسم واقع گرای محلی، محدودیت هایی در رابطه پیش بینی شده بین جفت ذرات در تحقق تجربی آزمایش فکری EPR وجود دارد. در سال 1972، اولین آزمایشات آزمایشی انجام شد که نشان دهنده نقض این حدود بود. آزمایش های متوالی دقت مشاهده را بهبود بخشید و حفره ها را بسته بود. تا به امروز، تقریباً مسلم است که تئوری های رئالیستی محلی جعل شده اند. [ 49 ]

مقاله EPR اخیراً به عنوان پیش‌بینی شناخته شده است، زیرا پدیده درهم تنیدگی کوانتومی را شناسایی کرده است ، [ مشکوک - بحث ] که الهام‌بخش رویکردهایی به مکانیک کوانتومی متفاوت از تفسیر کپنهاگ است و در خط مقدم پیشرفت‌های تکنولوژیکی عمده در محاسبات کوانتومی قرار داشته است. , رمزگذاری کوانتومی , و نظریه اطلاعات کوانتومی . [ 50 ]

https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein%27s_thought_experiments