Lỗi sáng suốt của Einstein: Trạng thái kết hợp - Chad Orzel

Lỗi sáng suốt của Einstein: Trạng thái kết hợp - Chad Orzel

Bảng mục lục:

1. 👉 Nhà Vật lý Albert Einstein và vai trò của ông trong cơ quan thể chất lượng tử
2. 👉 Giấy phép EPR - mô tả hiện tượng kết hợp và vai trò trung tâm của nó trong lý thuyết vật lý hiện đại
3. 👉 Hiệu ứng kỳ lạ và tổng quan về trạng thái kết hợp
4. 👉 Sự tương quan giữa các hạt kết hợp
5. 👉 Khám phá EPR và cuộc tranh luận về tính chính xác của thuyết tồn tại ẩn của Einstein
6. 👉 John Bell và bằng chứng về tích phân không gian
7. 👉 Các thí nghiệm xác minh dự đoán EPR
8. 👉 Sự thành công của lý thuyết cơ quan thể chất lượng tử
9. 👉 Đóng góp của bài viết EPR để phát triển lý thuyết và tiềm năng của lĩnh vực thông tin lượng tử
10. 👉 Giới hạn và tiềm năng của lĩnh vực vật lý lượng tử

👉 Nhà Vật lý Albert Einstein và vai trò của ông trong cơ quan thể chất lượng tử

Albert Einstein đóng vai trò quan trọng trong việc khởi đầu cơ quan thể chất lượng tử thông qua lý thuyết về hiệu ứng quang điện, nhưng ông cảm thấy khó chịu trước các hệ quả triết học của nó. Mặc dù hầu hết chúng ta vẫn nhớ ông với việc tạo ra E = MC ^ 2, nhưng đóng góp cuối cùng của ông cho vật lý thực sự là một bài báo năm 1935, do ông viết cùng với những đồng nghiệp trẻ Boris Podolsky và Nathan Rosen. Vào thời điểm đó, bài báo EPR được coi là một lưu chú triết học kỳ quặc và chỉ trở nên trung tâm của hiểu biết mới về vật lý lượng tử với mô tả về hiện tượng kỳ lạ, hiện được biết đến với tên gọi các trạng thái kết hợp. Bài báo bắt đầu bằng việc xem xét một nguồn phát phun ra các cặp hạt, mỗi hạt có hai thuộc tính có thể đo lường được. Mỗi lần đo đạc có hai kết quả có khả năng bằng nhau, ví dụ, 0 hoặc 1 cho thuộc tính đầu tiên và A hoặc B cho thuộc tính thứ hai. Một khi đã thực hiện việc đo đạc, việc đo đạc tiếp theo trên cùng một thuộc tính trong cùng một hạt sẽ cho cùng kết quả. Hệ quả kỳ lạ của tình huống này không chỉ là trạng thái của một hạt lẻn đến khi nó được đo đạc, mà là việc đo đạc sau đó mới quyết định trạng thái. Hơn nữa, các thực đo này ảnh hưởng lẫn nhau. Nếu bạn đo đạc một hạt cho trạng thái 1 và tiếp theo làm việc đo thứ hai, bạn sẽ có 50% cơ hội nhận được A hoặc B, nhưng nếu sau đó bạn lặp lại việc đo đạc đầu tiên, bạn sẽ có 50% cơ hội nhận được 0, mặc dù hạt đã được đo đạc trước đó ở trạng thái 1. Do đó, việc chuyển đổi các thuộc tính được đo đạc sẽ lẫn lộn kết quả ban đầu, cho phép một giá trị mới ngẫu nhiên được xác định.

👉 Giấy phép EPR - mô tả hiện tượng kết hợp và vai trò trung tâm của nó trong lý thuyết vật lý hiện đại

Khi xem xét cả hai hạt, điều kỳ lạ nổi lên. Mỗi hạt sẽ tạo ra kết quả ngẫu nhiên, nhưng nếu bạn so sánh hai hạt, bạn sẽ nhận thấy rằng chúng luôn tương ứng hoàn hảo. Ví dụ, nếu cả hai hạt được đo đạc ở trạng thái 0, mối quan hệ sẽ mãi mãi tồn tại. Trạng thái của hai hạt này được gọi là kết hợp. Đo đạc một hạt sẽ cho bạn biết hạt còn lại chắc chắn. Nhưng sự kết hợp này dường như bất chấp lý thuyết về tương đối nổi tiếng của Einstein vì không có gì hạn chế khoảng cách giữa các hạt. Nếu bạn đo đạc một trong số chúng ở New York vào lúc 12 giờ trưa, và hạt kia tại San Francisco một nano giây sau đó, chúng vẫn cho kết quả hoàn toàn giống nhau. Tuy nhiên, nếu việc đo đạc quyết định giá trị, điều này sẽ yêu cầu một hạt gửi một loại tín hiệu nào đó cho hạt kia, với tốc độ gấp 13.000.000 lần tốc độ ánh sáng, điều này theo lý thuyết tương đối là không thể. Vì lí do này, Einstein coi trạng thái kết hợp như là "hành động đáng sợ từ xa". Ông quyết định rằng cơ quan thể chất lượng tử phải là thiếu sót, chỉ là một xấp xỉ của thực tại sâu xa, trong đó cả hai hạt có trạng thái được đã định trước nhưng được che giấu khỏi chúng ta. Những người ủng hộ thuyết lượng tử truyền thống, do Niels Bohr dẫn đầu, kiến ​​nghị rằng trạng thái lượng tử thực sự là thiếu xác định và trạng thái kết hợp cho phép trạng thái của một hạt phụ thuộc vào trạng thái của đối tác xa cách. Trong vòng 30 năm, vật lý trở lại vào thời điểm bế tắc, cho đến khi John Bell tìm ra rằng chìa khóa để kiểm tra tranh luận EPR là nhìn vào các trường hợp liên quan đến các biện pháp khác nhau trên hai hạt. Các lý thuyết biến số ẩn cục bộ được Einstein, Podolsky và Rosen ủng hộ giới hạn nghiêm ngặt như thế nào bạn có thể nhận được kết quả như 1A hoặc B0, vì các kết quả phải được xác định từ trước. Bell đã chỉ ra rằng phương pháp cơ quan thể chất lượng tử thuần túy, trong đó trạng thái thực sự là không xác định cho đến khi được đo đạc, có các giới hạn khác nhau và dự đoán kết quả đo đạc kết hợp, điều này không thể xảy ra trong kịch bản đã định trước. Khi Bell đã làm việc ra cách để kiểm tra luận điểm EPR, các nhà vật lý đã tiến đi thực hiện nó. Bắt đầu với John Clauster vào những năm 70 và Alain Aspect vào đầu những năm 80, hàng chục thí nghiệm đã kiểm tra dự đoán EPR và tất cả đều tìm thấy điều tương tự: cơ quan thể chất lượng tử là chính xác. Sự tương quan giữa các trạng thái không xác định của các hạt kết hợp là thực sự và không thể giải thích bằng bất kỳ biến số sâu hơn nào. Bài báo EPR cuối cùng lại là sai, nhưng sai rực rỡ. Bằng cách thúc đẩy nhà vật lý suy nghĩ sâu về nền tảng của vật lý lượng tử, nó đã dẫn đến sự phát triển tiếp theo của lý thuyết và khởi động nghiên cứu về các chủ đề như thông tin lượng tử, hiện đang là một lĩnh vực phát triển với tiềm năng để phát triển máy tính có công suất vô song. Rất tiếc, sự ngẫu nhiên của các kết quả đo đạc ngăn cản các kịch bản khoa học viễn tưởng, chẳng hạn như sử dụng các hạt kết hợp để gửi tin nhắn nhanh hơn ánh sáng. Do đó, tương đối an toàn cho thuyết tương đối, ít nhất là trong tới nay. Nhưng vũ trụ lượng tử lại kỳ lạ hơn nhiều so với những gì Einstein muốn tin.