Einstein's briljanta felsteg: Sammanflätade tillstånd
Table of Contents:
- Introduktion
- Albert Einsteins bidrag till kvantmekaniken
- Einsteins motstånd till förklaring av kvantmekaniska fenomen
- EPR-papperets betydelse för kvantfysik
- Entanglement: en konstig och paradoxal effekt
- Einsteins kritik och förkastande av entanglement
- John Bells utmaning och experimenten
- Kvantmekanikens rätta tolkning
- Konsekvenser för kvantinformation och kvantdatorer
- Slutsats
Einsteins bidrag till kvantmekaniken och dess filosofiska implikationer
Albert Einstein spelade en avgörande roll i lanseringen av kvantmekaniken genom sin teori om fotoelektrisk effekt, men han var fortfarande djupt bekymrad över dess filosofiska implikationer. Även om de flesta av oss fortfarande minns honom för att ha härlett E = MC^2, var hans sista stora bidrag till fysiken faktiskt en artikel från 1935, som han skrev tillsammans med sina unga kollegor Boris Podolsky och Nathan Rosen. Detta EPR-papper, som länge betraktades som en bisarr filosofisk parentes, har nyligen blivit central för en ny förståelse av kvantfysik med sin beskrivning av ett konstigt fenomen som nu kallas entanglement.
Einsteins kritik och motstånd mot förklaringen av entanglement
EPR-papperet börjar med att överväga en källa som frambringar par av partiklar, var och en med två mätbara egenskaper. Varje mätning har två möjliga resultat med lika sannolikhet. Låt oss säga noll eller ett för den första egenskapen och A eller B för den andra. När en mätning har utförts kommer efterföljande mätningar av samma egenskap i samma partikel att ge samma resultat. Den underliga innebörden av detta scenario är inte bara att tillståndet för en enskild partikel är obestämt tills det mäts, utan att mätningen då bestämmer tillståndet. Dessutom påverkar mätningarna varandra. Om du mäter en partikel som befinner sig i tillstånd 1 och följer upp det med den andra typen av mätning, har du en 50% chans att få antingen A eller B. Men om du sedan upprepar den första mätningen har du en 50% chans att få noll, trots att partikeln redan hade mätts till ett. Så genom att byta egenskap som mäts, blandas det ursprungliga resultatet och ger ett nytt, slumpmässigt värde.
Entanglement: en konstig och paradoxal effekt
Saker blir ännu konstigare när vi ser på båda partiklarna. Var och en av partiklarna kommer att producera slumpmässiga resultat, men om du jämför dem kommer du att upptäcka att de alltid är perfekt korrelerade. Till exempel, om båda partiklarna mäts till noll, kommer förhållandet alltid att stämma. Tillstånden för de två partiklarna är entangled (sammankopplade). Om du mäter en kommer du med absolut säkerhet att veta värdet på den andra. Men den här sammankopplingen verkar trotsa Einsteins berömda relativitetsteori eftersom det inte finns något som begränsar avståndet mellan partiklarna. Om du mäter en partikel i New York vid middagstid och den andra i San Francisco en nanosekund senare, kommer de fortfarande att ge exakt samma resultat. Men om mätningen faktiskt bestämmer värdet skulle detta kräva att en partikel skickade någon form av signal till den andra med en hastighet som är 13 miljoner gånger snabbare än ljusets hastighet, vilket enligt relativitetsteorin är omöjligt. Av denna anledning avfärdade Einstein sammankopplingen som "spuckafte ferwirklung" eller spooky action at a distance (spökkraft på avstånd). Han drog slutsatsen att kvantmekaniken måste vara ofullständig, enbart en approximation av en djupare verklighet där båda partiklarna har förutbestämda tillstånd som är dolda för oss.
John Bells utmaning och experimenten
För att testa EPR-argumentet visade sig John Bell att nyckeln var att undersöka fall som involverar olika mätningar på de två partiklarna. De teorier om lokalt dolda variabler som Einstein, Podolsky och Rosen föredrog skulle strikt begränsa hur ofta man kan få resultat som 1A eller B0 eftersom utfallen skulle vara fördefinierade. Bell visade att den rent kvantmekaniska metoden, där tillståndet verkligen är obestämt tills det mäts, har olika begränsningar och förutsäger blandade mätresultat som är omöjliga i den förutbestämda scenariot. När Bell hade kommit på hur man skulle testa EPR-argumentet gick fysikerna ut och gjorde det. Från John Clauster på 70-talet till Alain Aspect i början av 80-talet har dussintals experiment testat EPR-prediktionen och alla har funnit samma sak: kvantmekaniken är korrekt. Korrelationerna mellan de obestämda tillstånden hos sammankopplade partiklar är verkliga och kan inte förklaras av någon djupare variabel. Det visade sig att EPR-papperet var fel, men fel på ett lysande sätt. Genom att få fysiker att tänka djupt på kvantfysikens grundvalar ledde det till ytterligare utveckling av teorin och bidrog till forskning inom ämnen som kvantinformation, nu ett blomstrande område med potential att utveckla datorer med oöverträffad kraft.
Kvantmekanikens rätta tolkning och konsekvenser för kvantinformation och kvantdatorer
Slutsatsen är att kvantmekaniken är en riktig beskrivning av naturen och att entanglement är en verklig effekt. Det innebär dock inte att kvantmekanik har en fullständig tolkning. Forskare fortsätter att arbeta på att förstå de underliggande mekanismerna och filosofiska inställningarna i kvantmekaniken. En intressant konsekvens av entanglement är möjligheten att använda kvantinformation och kvantdatorer, där dessa system skulle kunna utföra beräkningar av otrolig komplexitet och lösa problem som traditionella datorer skulle kräva oändlig tid för att lösa. Tyvärr förhindrar slumpmässigheten hos de mätta resultaten scenarier som science fiction skisserat, som att använda sammankopplade partiklar för att skicka meddelanden snabbare än ljusets hastighet. Relativitetsteorin är fortfarande säker för nu, men den kvantmekaniska världen är mycket mer märklig än vad Einstein ville tro.
Slutsats
Albert Einsteins bidrag till kvantmekaniken, trots hans motstånd mot entanglement, har haft en djup påverkan på vår förståelse av den kvantmekaniska världen. Genom sin kritik och debatt med framstående forskare som Niels Bohr har Einsteins arbete bidragit till att forma och fördjupa vår kunskap om kvantfysik. Trots Einsteins förhoppningar om att det finns en djupare verklighet underliggande kvantmekaniken är det klart att kvantmekaniken är en robust och korrekt beskrivning av naturens lagar. Samtidigt har den också öppnat dörrar för nya möjligheter inom kvantdatorer och kvantinformation, vilket kan leda till revolutioner inom teknik och beräkningar.
Highlights:
- Albert Einstein spelade en nyckelroll i lanseringen av kvantmekaniken genom sitt arbete kring fotoelektrisk effekt.
- Einsteins EPR-papper från 1935 blev senare central för förståelsen av entanglement och kvantfysik.
- Entanglement är en konstig och paradoxal effekt där partiklar blir sammankopplade på ett sätt som strider mot Einsteins teori om relativitet.
- Experiment har visat att entanglement är verkligt och att kvantmekaniken är korrekt.
- Även om Einsteins kritik mot kvantmekaniken ledde till diskussion och forskning, visar experiment att kvantmekaniken är en riktig beskrivning av naturen.
- Entanglement öppnar möjligheter inom kvantinformation och kvantdatorer, men möjligheten att skicka meddelanden snabbare än ljuset är inte möjlig.
FAQ:
Q: Vad är entanglement?
A: Entanglement är en kvantmekanisk effekt där två eller flera partiklar blir sammankopplade på ett sätt som deras tillstånd blir odelbara och korrelerade. Det innebär att mätning av en partikel direkt påverkar och bestämmer tillståndet hos den andra partikeln.
Q: Varför var Einstein kritisk mot entanglement?
A: Einstein var kritisk mot entanglement eftersom det stred mot hans teori om relativitet. Han ansåg att entanglement skulle kräva att partiklar skickade signaler till varandra med en hastighet snabbare än ljuset, vilket skulle bryta mot relativitetens postulat.
Q: Vad har experiment visat om entanglement?
A: Experiment har visat att entanglement är en verklig effekt och att kvantmekaniken är en korrekt beskrivning av naturen. Genom att utföra tester baserade på EPR-papperet har forskare kunnat bekräfta att sammankopplade partiklar har korrelerade tillstånd som inte kan förklaras av några dolda variabler.
Q: Vad är konsekvenserna av entanglement för kvantinformation och kvantdatorer?
A: Entanglement har öppnat upp möjligheter inom kvantinformation och kvantdatorer. Genom att utnyttja sammankopplade partiklars tillstånd kan man utföra beräkningar och bearbetningar av otrolig komplexitet. Detta kan leda till utvecklingen av kvantdatorer som kan lösa problem som traditionella datorer skulle kräva oändligt med tid för att lösa.
Resources:
AI SEO Assistant
WHY YOU SHOULD CHOOSE Proseoai
