Einstein's briljanta misstag: Entangled states
Innehållsförteckning
- Introduktion
- Albert Einsteins bidrag till kvantmekaniken
- EPR-papperet och entangled states
- De underliga konsekvenserna av mätningar på enskilda partiklar
- Entanglement och dess motsättning till relativitetsteorin
- Einstein's kritik mot entanglement och Bohrs ståndpunkt
- John Bell och testandet av EPR-argumentet
- Experimentella bevis för kvantmekanikens korrekthet
- EPR-papperets roll i utvecklingen av kvantinformation
- Slutsats
👉 Albert Einsteins bidrag till kvantmekaniken
Albert Einstein spelade en avgörande roll i lanseringen av kvantmekaniken genom sin teori om fotoelektrisk effekt. Men trots att de flesta av oss fortfarande kommer ihåg honom för att ha härlett E=mc², var hans sista stora bidrag till fysiken faktiskt en artikel från 1935, skriven tillsammans med sina unga kollegor Boris Podolsky och Nathan Rosen. Denna EPR-artikel betraktades länge som en märklig filosofisk sidonotering, men har nyligen blivit central för en ny förståelse inom kvantfysik, med sin beskrivning av ett märkligt fenomen som nu är känt som entangled states.
Den underliga konsekvensen av mätningar på enskilda partiklar
EPR-papperet inleds med att betrakta en källa som avger 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 utförs kommer efterföljande mätningar av samma egenskap på samma partikel att ge samma resultat. Den märkliga konsekvensen 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 sedan följer upp 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, även om partikeln redan hade mätts till ett. Så att byta den mätta egenskapen förvirrar det ursprungliga resultatet och ger möjlighet till ett nytt slumpvärde.
Entangled states och motsättningen till relativitetsteorin
Saker blir ännu mer märkliga när vi tittar på båda partiklarna. Var och en av partiklarna kommer att producera slumpmässiga resultat, men om du jämför de två kommer du att upptäcka att de är helt korrelerade. Till exempel, om båda partiklarna mäts till noll kommer förhållandet alltid att gälla. Tillstånden för de två partiklarna är entangled. Om du mäter en kommer du med absolut säkerhet veta det andra. Men detta entanglement verkar strida mot Einsteins berömda relativitetsteori eftersom det inte finns något som begränsar avståndet mellan partiklarna. Om du mäter en i New York vid 12:00 och den andra i San Francisco en nanosekund senare, kommer de fortfarande att ge exakt samma resultat. Men om mätningen bestämmer värdet skulle det kräva att en partikel skickar någon form av signal till den andra med en hastighet som är 13 000 000 gånger ljusets hastighet, vilket enligt relativitetsteorin är omöjligt. Av denna anledning avfärdade Einstein entanglement som "spuckafte ferwirklung" eller spöklik handling på avstånd. Han bestämde sig för att kvantmekaniken måste vara ofullständig och endast en approximation av en djupare verklighet där båda partiklarna har förutbestämda tillstånd som är dolda för oss.
John Bell och testandet av EPR-argumentet
Under 30 år stod fysiken stilla vid en återvändsgränd tills John Bell kom på att nyckeln för att testa EPR-argumentet var att titta på fall som involverade olika mätningar på de två partiklarna. De lokala dolda variabelteorierna som förespråkades av Einstein, Podolsky och Rosen begränsade strikt hur ofta man kunde 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 enligt den förutbestämda scenariot. När Bell hade löst hur man testar EPR-argumentet begav sig fysikerna ut och gjorde det. Började med John Clauster på 70-talet och Alain Aspect i början av 80-talet har dussintals experiment testat EPR-prediktionen och alla har kommit fram till samma sak: kvantmekaniken är korrekt. Korrelationerna mellan de obestämda tillstånden hos entangled partiklar är verkliga och kan inte förklaras av någon djupare variabel.
EPR-papperets roll i utvecklingen av kvantinformation
EPR-papperet visade sig vara felaktigt, men på ett lysande sätt. Genom att leda fysiker till att tänka djupt på grundläggande aspekter av kvantfysiken ledde det till ytterligare utveckling av teorin och bidrog till forskning inom områden som kvantinformation, ett blomstrande område med potential att utveckla datorer med oöverträffad kraft. Tyvärr förhindrar slumpmässigheten hos de uppmätta resultaten science fiction-scenarier, som att använda entangled partiklar för att skicka meddelanden snabbare än ljuset. Så relativitetsteorin är trygg, åtminstone för nu. Men den kvantmekaniska världen är mycket märkligare än vad Einstein ville tro.
👉 Sammanfattning
Albert Einstein spelade en avgörande roll i lanseringen av kvantmekaniken genom sin teori om fotoelektrisk effekt. Hans sista stora bidrag till fysiken var EPR-papperet, som introducerade begreppet entangled states och dess underliga konsekvenser för mätningar på enskilda partiklar. Einstein kritiserade entanglement och föreslog att kvantmekaniken var ofullständig, medan Niels Bohr och andra förespråkade att kvanttillstånd verkligen var obestämda och att entanglement tillåter en partikel att bero på sin avlägsna partner. John Bell kom senare fram till att kvantmekaniken var korrekt genom att testa EPR-argumentet experimentellt. EPR-papperet var felaktigt, men bidrog framgångsrikt till utvecklingen av kvantinformation. Möjligheten att använda entangled partiklar för att skicka meddelanden snabbare än ljuset är dock inte möjlig på grund av den inneboende slumpmässigheten i kvantmekaniken.
FAQ
Q: Vad är entangled states?
A: Entangled states är kopplade tillstånd där tillståndet hos en partikel inte kan separeras från tillståndet hos en annan partikel. Ändringar som görs på en partikel reflekteras omedelbart i den andra partikeln, oavsett avståndet mellan dem.
Q: Varför var Einstein kritisk mot entanglement?
A: Einstein var skeptisk till entanglement eftersom det strider mot hans teori om relativitet, som förbjuder att något överförs snabbare än ljuset. Han förespråkade idén om dolda variabler och att kvantmekaniken var ofullständig.
Q: Vad visade John Bell med sitt test av EPR-argumentet?
A: John Bell visade att kvantmekaniken var korrekt genom att utföra experiment som visade att kvantmekaniska korrelationer inte kunde förklaras av några djupare variabler. Detta bekräftade att entangled states och mätningar påverkas av slumpmässiga faktorer.
Q: Vad är kvantinformation?
A: Kvantinformation är ett forskningsområde inom kvantfysik som utforskar hur kvantsystem kan användas för att lagra och bearbeta information. Det har potential att leda till utvecklingen av extremt kraftfulla kvantdatorer.
Q: Kan entangled partiklar användas för att skicka meddelanden snabbare än ljuset?
A: Nej, slumpmässigheten i kvantmekaniken förhindrar att entangled partiklar används för att skicka meddelanden snabbare än ljuset. Kommunikation med hjälp av entanglement är begränsad till att jämföra och korrelera tillstånd, men ingen faktisk information kan överföras snabbare än ljuset.
Resurser
AI SEO Assistant
WHY YOU SHOULD CHOOSE Proseoai
