Aspe tapasztalat

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. március 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 19 szerkesztést igényelnek .

Aspe kísérlete volt az első olyan kvantummechanikai kísérlet, amely a Bell-féle egyenlőtlenségek megsértését demonstrálta . Vitathatatlan eredménye lehetővé tette a kvantumösszefonódás és lokalitás elvének további tesztelését . Kísérleti válasz is lett az EPR paradoxonra , amelyet körülbelül ötven évvel ezelőtt Albert Einstein , Boris Podolsky és Nathan Rosen javasoltak .

A kísérletet Alain Aspe francia fizikus végezte az École d'Supérieure OPTIQUE -ben 1980 és 1982 között. A tudományos közösség azonnal felismerte az élmény fontosságát, a Scientific American népszerű tudományos magazin címlapjára került . Bár Aspe módszertana potenciális hibával, a kiskapuval jár , eredményét döntőnek tartják, és számos más kísérlethez vezetett, amelyek megerősítették Aspe eredeti tapasztalatait [1] .

Aspe kísérletei (1980-1982)

1975-ben, mivel még mindig nem volt döntő kísérlet a Bell-egyenlőtlenségek megsértésének és a kvantumösszefonódás érvényességének tesztelésére, Alain Aspe egy meglehetősen szigorú kísérletet javasolt egy tanulmányban: egy javasolt kísérletet a kvantummechanika elválaszthatatlanságának tesztelésére . [2] [3]

Alain Aspe a meggyőzés kedvéért így részletezte kísérletét:

Az összegabalyodott részecskék forrásának ideálisnak kell lennie a kísérlet időtartamának csökkentése és a Bell-egyenlőtlenségek megsértése lehető legvilágosabbá tétele szempontjából.
Nemcsak a mérési eredmények összefüggéseit kell megmutatnia, hanem azt is be kell mutatnia, hogy ezek a korrelációk valóban kvantumhatás (és ezért pillanatnyi hatás) eredménye, nem pedig klasszikus szubluminális hatás.
A kísérleti tervnek a lehető legjobban meg kell egyeznie John Bell tervével, hogy bemutassa egyenlőtlenségeit, hogy a mért és előre jelzett eredmények közötti egyezés a lehető legszorosabb legyen.

John Bell „ideális” sémája

A fenti ábrán látható az a kapcsolási rajz, amelyen John Bell bemutatta az egyenlőtlenségét: az S összegabalyodott fotonok forrása egyszerre két fotont bocsát ki és , amelyek polarizációja úgy van előkészítve, hogy mindkét foton állapotvektora: $\nu 1$ $\nu 2$

$|\psi (\nu 1,\nu 2)\rangle ={1 \over {\sqrt {2))}\left\{|\uparrow ,\uparrow \rangle +|\rightarrow ,\rightarrow \ jobb\}$

Ez a képlet egyszerűen azt jelenti, hogy a fotonok szuperpozíciós állapotban vannak: mindkettő függőlegesen, vízszintesen vagy lineárisan azonos valószínűséggel polarizált.

Ezt a két fotont ezután két P1 és P2 polarizátorral mérik, mindegyik állítható mérési szöggel: α és β. Az egyes polarizátorok mérési eredménye (+) vagy (-) lehet attól függően, hogy a mért polarizáció párhuzamos vagy merőleges a polarizátor mérési szögével.

Figyelemre méltó az, hogy az ideális kísérlethez bemutatott polarizátorok (-) és (+) helyzetben is mérhető eredményt adnak. Nem minden valódi polarizátor képes erre: van, aki például érzékeli a (+) helyzetet, de a (-) helyzetben semmit sem észlel (a foton soha nem hagyja el a polarizátort). Az első kísérletekben ez utóbbi típusú polarizátort alkalmaztuk. Alain Aspe polarizátorai sokkal jobban képesek észlelni mindkét esetet, ezért sokkal közelebb állnak az ideális kísérlethez.

Az eszköz és a fotonoknak adott kezdeti polarizációs állapot ismeretében a kvantummechanika képes megjósolni a (+, +), (-, -), (+, -) és (-, +) polarizátorokon történő mérés valószínűségét (P1, P2) a szögekre (α, β) orientálva:

$P_{++}(\alpha ,\beta )=P_{--}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\cos ^{2}(\alpha -\beta )$

$P_{+-}(\alpha ,\beta )=P_{-+}(\alpha ,\beta )={1 \over 2}\sin ^{2}(\alpha -\beta )$

A Bell-egyenlőtlenségek maximális megsértését | α-β | = 22,5°

Tapasztalati eredmények

A Bell-egyenlőtlenségek elméleti görbét állítanak fel a két detektor közötti korrelációk számának (++ vagy -) a detektorok szögéhez képest . A görbe alakja a Bell-féle egyenlőtlenségek megsértését jellemzi. A görbe alakjának megfelelő mérések mennyiségileg és minőségileg megállapították a Bell-féle egyenlőtlenségek megsértését. $(\alpha -\beta )$

Aspe kísérletei egyértelműen megerősítették a jogsértést, amint azt a kvantummechanika koppenhágai értelmezése megjósolta, ezáltal Einstein lokális realizmusát a kvantummechanikában és a rejtett lokális változó . A megerősítésen túlmenően a szabálysértést a kvantummechanika által előre jelzett pontos módon erősítették meg , statisztikai megegyezéssel akár 40 szórással is .

Tekintettel a tapasztalat technikai minőségére, a kísérleti műtermékek szigorú elkerülésére és a kvázi tökéletes statisztikai megegyezésre, ez a tapasztalat meggyőzte a tudományos közösséget arról, hogy a kvantummechanika megsértette Bell egyenlőtlenségeit, és ezért a kvantumfizika nem lokális .

Tapasztalati korlátok

Az eredmények kézhezvétele után néhány fizikus megpróbált hibákat találni Aspe tapasztalatában, és lehetőségeket találni a fejlesztésekre, hogy ellensúlyozza a kritikát.

Néhány lehetséges elméleti kifogás a kísérleti elrendezéssel kapcsolatban:

a söntrezgések kváziperiodikus aspektusa gátolja az élmény érvényességét, mert két irányból eredő kvázi szinkronizáción keresztül korrelációkat okozhat;
a korrelációkat (+, +), (-, -) stb. valós időben számítottuk ki a detektálás időpontjában. Ezért minden polarizátor két (+) és (-) csatornáját fizikai áramkörök kötik össze. Fennállt az indukált összefüggések lehetősége.

Egy ideális kísérlet, amely megcáfolná az indukált korrelációk minden elképzelhető lehetőségét, a következőket tenné:

használjon tisztán véletlenszerű tolatást;
rögzítse az eredményeket (+) vagy (-) a készülék mindkét oldalán anélkül, hogy a két oldal között bármilyen fizikai kapcsolat lenne. A korrelációkat a kísérlet után mindkét fél rögzített eredményeinek összehasonlításával számítjuk ki.

A tapasztalati feltételek is szenvednek a [1] észlelési kiskapu miatt .

Következtetés

Jelenleg (2018-ban) egyértelműen megállapítható a Bell-féle egyenlőtlenségek megsértése a kvantummechanikában . A Bell-féle egyenlőtlenségsértést egyes kvantumkriptográfiai protokollokhoz is használják , amelyekben a kém jelenlétét Bell egyenlőtlenség-sértéseinek leállításával észlelik.

Következésképpen fel kell ismerni a kvantum nem lokalitást és az összefonódást .

Aspe tapasztalata megkérdőjelezi a relativisztikus ok-okozati összefüggést?

A kérdést az a széles körben elterjedt felfogás veti fel, hogy "a kvantumobjektum olyan állapot, amely azonnal függ egy másik objektum állapotától, amelybe belegabalyodik". A „nem helyi befolyás” ezt a bevezetését gyakran használják népszerű tudományos folyóiratokban, és (szándékosan) néhány realizmushoz ragaszkodó tudós is , köztük maga Alain Aspe és Bernard d'Espagnate . [négy]

Három lehetőség van:

Először is, a kísérletezőknek csak olyan számításokat kell használniuk, amelyek eredményei összhangban vannak a kísérlettel, anélkül, hogy a mi „makroszkópikus” logikánkból származó magyarázathoz folyamodnának. Ez a koppenhágai értelmezésből származó megközelítés a legszélesebb körben elfogadott a fizikusok körében. Azon a tényen alapszik, hogy az EPR -jelenségek egyetlen magyarázata sem vezet tesztekhez vagy mérhető előrejelzésekhez. Ennek következtében a legtöbb fizikus úgy véli, hogy ennek a tapasztalatnak a magyarázata túlmutat a tudomány keretein (lásd Karl Popper hamisítási kritériumát ). A legtöbb magyarázatból valóban hiányzik az elméleti formalizálás. Ezért empirikus megközelítést alkalmazunk, és célja, hogy elkerüljük a tudományterületen való túllépést. David Bohm és Basil Haley fizikusok "The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory" című munkájukban alaptalannak tartják a nem lokalitás elve elleni kifogásokat [5] . Azoknak válaszolva, akik a nem lokalitás elfogadását akadálynak tekintik bármely konkrét objektum tudományos elkülönítése és megfigyelése előtt, Bohm és Haley azzal érvelnek, hogy a makroszkopikus világban ez a tudomány azért lehetséges, mert a lokalitás nem lényeges : az értelmezés ugyanolyan mértékű rendszert tesz lehetővé. elválaszthatóság, amely a "valódi tudományos munkához" szükséges. A speciális relativitáselmélet és a nemlokalitás szembeállítása (lásd az EPR-paradoxont ) nehezebb, de Bohm John Stuart Bellhez [6] hasonlóan rámutat arra, hogy a jelzéseknek nincs szerepe a nonlokalitás fogalmában.

Bohm és Haley Bellhez hasonlóan a tudományos mellett más tényezőket is lát a nem lokalitás elutasításában:

John Bell: Előadás a CERN - ben (1990).	Haley és Bohm: A nem lokalitás fogalmával szembeni kifogásokról. (1993)
A hátborzongató távoli cselekvés puszta ötlete taszítja a fizikusokat. Ha lenne egy órám, Newtontól, Einsteintől, Bohrtól és azoktól a nagyszerű emberektől származó idézetekkel bombáználak. Elmondanám, mennyire elképzelhetetlen, hogy egy távoli helyzeten változtathatunk úgy, hogy itt teszünk valamit. Úgy gondolom, hogy a kvantummechanika alapító atyáinak nem igazán volt szükségük Einstein érveire a távoli cselekvés kizárásának szükségességéről, mert máshol kerestek. A determinizmus vagy a távoli cselekvés gondolata annyira undorító volt számukra, hogy elfordultak. Nos, ez egy hagyomány, és az életben néha tanulnunk kell, hogy új hagyományokat tanuljunk. És az is lehet, hogy nem annyira a távoli cselekvéseket kell elfogadnunk, hanem a „távolságból való cselekvés hiányát” is. [6]	[A nem lokalitás elleni kifogások] úgy tűnik, többé-kevésbé megfelelnek a modern tudományban uralkodó előítéleteknek. […] A tudomány fejlődésének legkorábbi szakaszaiban hosszú viták folytak amellett, hogy elengedjük azt, amit primitív babonáknak és mágikus elképzeléseknek is felfoghatunk. A nem lokalitás egyértelműen a kulcsfogalom volt. Mélyen gyökerező félelem lehet attól, hogy a nem lokalitás gondolata újra kinyitja azokat a zsilipeket, amelyek megvédenek minket az irracionálisnak tartott gondolatoktól, amelyek a kortárs kultúra felszíne alatt lapulnak. Még ha így is lenne, ez nem lenne érvényes érv a nem lokalitás ellen [5]

A második lehetőség az, hogy az összefonódás "egyesítette" a kölcsönhatásban jelenlévő két objektumot: a két objektum térbeli távolságuk ellenére "egy" marad (" Bernard d'Espagnat nem lokalitása "). Ez a távolságtartás akár időbeli is lehet: alapvetően tér-időbeli. Jelenleg nincs magyarázat arra, hogy mi tekinthető egy kísérlet eredményének, és nincs magyarázat vagy értelmezése ennek az eredménynek. Ez a megközelítés, amelynek célja egy kísérlet tényeinek magyarázata, a racionalista megközelítés .
A harmadik lehetőség az okságról alkotott felfogásunk megváltoztatása, és a retrográd oksági elv elfogadása (a jövőből a múltba való kauzális áramlás), amely azonban nem hasonlítható össze a klasszikus filozófusok „ végső okával . Senki sem tudja cél szerint orientálni az eseményeket: a visszafelé mutató kauzalitás természete megegyezik az általunk értelmezett kauzalitással (a klasszikus filozófusok „effektív kauzalitásával”), kivéve, hogy az időhöz képest visszafelé folyik, és „hozzáadhatja magát” „klasszikus” ok-okozati összefüggés. Ez az értelmezés megköveteli, hogy az idő visszafordíthatatlan természete csak makroszkopikus skálán legyen igaz ( a termodinamika második főtétele ). Sok fizikus ellenzi ezt az elképzelést, például Etienne Klein fizikus és filozófus, aki rámutat, hogy az időtengely szerinte a részecskefizika szimmetriáiba van beleírva. Ez az értelmezés némi sikert aratott azok körében, akik a kísérlet ezoterikus értelmezéseit dolgozzák ki, és parapszichológiai jelenségekre használják (vitatható a tudományos közösségben, különösen a prekogníció . Olivier Costa de Beauregard híres arról, hogy megvédte ezeket a téziseket. [7] ) De ez az értelmezés egyértelműen ellentmond a kísérlet eredményeinek, mert leggyakrabban azokat hajtották végre: a téridő "P1 dimenziója" és "P2 dimenziója" eseményeket összekötő világvonal a tér görbülete . Valójában ahhoz, hogy megcáfolják az ezekben a kísérletekben megfigyelt összefüggések lehetséges alternatív értelmezését, a kísérletezőknek be kellett mutatniuk, hogy a relativisztikus "ok-okozati összefüggés" legalább részben nem képes megmagyarázni ezeket a forgatókönyvekben szereplő eredményeket, például: a foton tájékoztatja a a foton kvantumállapotáról az első mérés utáni relativisztikus folyamat segítségével…" Az azonban teljesen világos, hogy a kísérletezők óvintézkedései az összes relativisztikus "oksági" magyarázat eltávolítására az uralkodó vélemény szerint egyidejűleg kiküszöbölnek minden " retro-kauzális" magyarázat. Végül, a vezető fogalom követői számára ez a fogalom egy sejtéses értelmezés, és nem igazán érvényes a meglévő kísérletekre, véleményük szerint a tudomány, vagy akár az áltudomány élvonalába tartozó értelmezésekhez vezet , és bevonja a kvantummechanikát egy olyan vitába, amelyhez nem tartozik. $\nu 1$ $\nu 2$

Egyetlen fizikus sem hiszi, hogy az EPR-kísérlet és különösen az Aspe-kísérlet eredményei - teljes összhangban a kvantummechanika koppenhágai értelmezésével - bármilyen módon megkérdőjelezik a relativitás elvét, amely szerint az energia (anyag) nem létezik. vagy erő), és ezért egyetlen hasznos információ sem haladhat gyorsabban a fénysebességnél, és ennek eredményeként nem kérdőjelezi meg a relativisztikus okság származtatott elvét. Könnyen bebizonyítható, hogy a kvantum-összefonódás nem használható arra, hogy azonnal információt vigyünk át a téridő egyik pontjából a másikba. Az első részecskén mért eredmények véletlenszerűek; a másik részecskén ezen mérések által okozott állapotváltozások – amilyen azonnaliak a kvantummechanika koppenhágai értelmezése és az Aspe-kísérlet eredményei szerint – a második részecskére vonatkozó mérésekhez vezetnek, amelyek látszólag ugyanolyan véletlenszerűek: nem a mérésből hasznos információk nyerhetők, és az eredmények összehasonlításáig az összefüggések kimutathatatlanok maradnak. Ez a fajta kísérlet azt mutatja, hogy elkerülhetetlenül szükség van a relativisztikus értelemben vett "klasszikus" jelre, hogy közvetítse az ezen összefüggések kimutatásához szükséges információkat. E jel nélkül semmit sem lehet továbbítani. Meghatározza az információátadás sebességét, ami megerősíti a relativitás alapelvét. Ennek eredményeként a relativisztikus okság elve teljes mértékben összeegyeztethető az EPR kísérletek eredményeivel.

Lásd még

Rejtett paraméterek elmélete
Szuperdeterminizmus

Jegyzetek

↑ 1 2 Bailly. L'intrication quantique confirmée par une experience de Bell sans faille (francia) ? . Pour la science (2015. október 29.). Letöltve: 2016. szeptember 2. Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 24.. (határozatlan)
↑ Nikseresht, Iraj. La physique quantique: eredet, értelmezések és kritikák (francia) . - Párizs: Ellipszisek, 2005. - P. 235. - ISBN 978-2-7298-2366-5 .
↑ Alan; Vonatkozás. Javasolt kísérlet a kvantummechanika szétválaszthatatlanságának tesztelésére (angol) // Physical Review D : Journal. - 1976. - október 15. ( 14. évf . 8. sz .). - P. 1944-1951 . - doi : 10.1103/PhysRevD.14.1944 .
↑ Lásd például Corrélations, Causalité, Réalité Archivált 2018. november 25-én a Wayback Machine -nél (franciául).
↑ 1 2 Hiley, BJ; Bohm, David. Az osztatlan univerzum: a kvantumelmélet ontológiai értelmezése . - New York: Routledge , 1993. - P. 157-158. - ISBN 978-0-415-06588-7 .
↑ 1 2 John Bell Inequality videó archiválva 2019. november 14-én a Wayback Machine -nél . 1990. január 22.
↑ D'Einstein a telepátia . Letöltve: 2011. február 23. Az eredetiből archiválva : 2011. február 23.. (határozatlan)

Linkek

Videokonferencia a kvantumoptikáról (17 perc), Alain Aspe , az Orsay-i Optikai Intézet kutatási vezetője (franciául).
Center for Quantum Philosophy archiválva : 2019. október 28. a Wayback Machine -nél