مفارقة آينشتاين - بودولسكي - روزن على الأصابع و ... ما علاقة الأثير بها؟

مفارقة آينشتاين - بودولسكي - روزن تدرس الآن بنشاط في العديد من مختبرات العالم والمعاهد العلمية. يتم كتابة طن من المقالات العلمية. لقد تم رفع الكثير من الضجيج في الأوساط شبه العلمية.


عقبة واحدة فقط ، على الرغم من المفارقة تماما. في ميكانيكا الكم نفسها ، لا يوجد شيء متناقض في مفارقة EPR! لا غرام!

فلماذا يتم دراستها عن كثب؟

ونعم ، ما علاقة الأثير به؟!

البحث عن الفيزياء الجديدة

الجواب بسيط - عند دراسة مفارقة EPR ، هناك بحث نشط عن فيزياء جديدة. أن نكون دقيقين - البحث عن فيزياء أساسية جديدة ، مع تطور الفيزياء التطبيقية.

هذا صحيح بشكل خاص في عالمنا ، حيث تُحكم الكرات بنظريات المؤامرة التي تلمح إلى أن الزواحف أو اليهود في مكان ما يختبئون فيزياء حقيقية!

يتناقض مع نهاية القرن التاسع عشر ، عندما اعتقد العديد من علماء الفيزياء أن كل شيء كان مفتوحًا تقريبًا ، بقي فقط للعثور على بعض اللمسات.

الآن ، على العكس ، حتى علماء الفيزياء المحافظون يعتقدون أن الفيزياء الأساسية بعيدة عن الاكتمال.

بطبيعة الحال ، أصبح الاهتمام بإيجاد فيزياء جديدة هائلاً!

يبقى شيء واحد يجب فهمه: كيفية تحديد مكان البحث عن هذا الوريد الذهبي للفيزياء الجديدة؟
خيار واحد هو العثور على التناقضات في النظريات ومحاولة الحفر هناك.

خذ على سبيل المثال نظرية الديناميكا الكهربائية في ماكسويل. تتفق هذه النظرية جيدًا مع جميع النظريات المقبولة بحيث لا يوجد شيء للبحث عنه. ولا تنظر. حسنًا ، باستثناء توحيد النظريات. في فترة ما بعد الظهر بالنار لن تجد مقالات جديدة عن الديناميكا الكهربائية الأساسية. على الرغم من تطبيقها - حفنة.

تنسيق STO و GO

ومع ذلك ، يصعب إظهار الديناميكا الكهربائية جيدًا على الأصابع ، لذلك دعونا نأخذ شيئًا أكثر بساطة.
دعونا نرى مدى توافق النظرية النسبية الخاصة مع الميكانيكا الكلاسيكية (في المقام الأول مع نسبية جاليليو).

تتحدث نسبية جاليليو بشكل خاص عن نسبية السرعة.

ونظرية النسبية الخاصة على وجه الخصوص تدعي أن سرعة الضوء مطلقة.
يبدو أن الصراع واضح. لكننا (في شخص آينشتاين) نعلن أن STR كنظرية معممة لـ GO ، حيث تكون نسبية جاليليو مجرد حالة خاصة.

في الواقع ، إذا كنا في تحولات لورنتز نوجه سرعة الضوء إلى ما لا نهاية $$ ، ثم نحصل على تحول جاليليو. أو بعبارة أخرى ، بالنسبة للسرعات الأقل بكثير من سرعة الضوء ، ستكون تحولات جاليليو صالحة.

لذلك ، لا يستحق البحث عن فيزياء جديدة عند تقاطع الميكانيكا الكلاسيكية والخاصة. وهناك عدد قليل جدا من المقالات الطازجة حول هذا الموضوع. هذا لا يعني أن كل شيء قد تم حفره في محطة الخدمة. يمكنك البحث عن واحدة جديدة ، على سبيل المثال ، في مجال tachyons (جزيئات ذات سرعات أعلى من الضوء) ، ونعم ، فهي تبحث هناك.

تماسك الكم والميكانيكا الكلاسيكية

ولكن ماذا عن اتساق الميكانيكا الكمومية والكلاسيكية؟
يدعي الميكانيكا الكلاسيكية على وجه الخصوص أن الجزيئات موجودة هنا والآن.
ويدعي ميكانيكا الكم أن الجزيئات هي موجات ، ملطخة في الزمان والمكان ، وحتى لأنفسنا.

هنا ، أيضا ، الصراع واضح. ولكن يمكنك أيضًا الخروج: نعلن أن KM هي نظرية معممة للميكانيكا الكلاسيكية (النيوتونية).

في الواقع ، إذا كنا في حلول معادلات شرودنجر ، فإننا نطلق النار على ثابت بلانك (المنخفض) إلى الصفر $$ ثم نحصل على القوانين النيوتونية. حسنا ... تقريبا.

أو بعبارة أخرى ، إذا عملنا على مسافات أكبر بكثير من طول موجة دي برولي ، فيمكننا استخدام المعادلات النيوتونية. حسنا ... تقريبا.
في الواقع ، هذا لا يكفي. وما هو غير مفهوم - لا نعرف ما الذي يجب تغييره في الميكانيكا الكمومية ، باستثناء انهيار وظيفة الموجة ، حتى نحصل على الميكانيكا النيوتونية.



واحدة من التناقضات الأكثر لفتا للنظر والبساطة بين هاتين النظريتين هي مفارقة القط شرودنجر.

تشير مفارقة شرودنجر إلى أننا إذا أخذنا ذرة مشعة واحدة ووضعنا كاشفًا للإشعاع بجوارها كجهاز تفجير (إما سم أو قنابل). تلك القطة بجانب هذا الجهاز:

• وفقًا للميكانيكا الكلاسيكية - ستكون على قيد الحياة أو ميتة على أي حال
• وفقًا لميكانيكا الكم - إذا كانت القطة مع الجهاز في صندوق لا يمكن اختراقه - فحينئذٍ - وعلى قيد الحياة وموت في نفس الوقت ، وفقط نشر المعلومات سوف يجبرك على التبديل إلى وضع OR / OR

قد يبدو أنه تم العثور على منجم الذهب للفيزياء الجديدة ، اذهب وحفر ، ولكن ليس بهذه البساطة.
والحقيقة هي أن الجزء الذي يناقض يقع في مجال مفارقة عالم الكنغر (في الواقع ، المفارقة المعقدة لشاي إبريق راسل).

يدعي أنه عندما نغلق أعيننا ونغلق الأجهزة ، يتحول كل شيء حوله إلى الكنغر. ولكن إذا قمنا بتشغيل الأجهزة أو فتح أعيننا ، فإن كل شيء يتحول إلى ما نراه.
المفارقة هي أن هذه العوالم لا يمكن إثباتها أو دحضها من حيث المبدأ وعادة ما يتم التخلص منها بواسطة شفرات أوكام.

هذا يعني أنه على الرغم من أننا وجدنا تباينًا بين ميكانيكا الكم والنيوتونية - لا يوجد مكان للتحقيق فيه - لا يمكن إجراء تجربة واحدة أثبتت أو دحضت أحد الإصدارات.

البحث عن الفيزياء الجديدة والأثير

في الواقع ، فإن العصر الذهبي للأثير قد توفي بالفعل منذ أكثر من قرن. نشأ الأثير كمساعد لتفسيرات المجالات الخفيفة والكهربائية والمغناطيسية. لكن النجم الأثير تشرق أكثر في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، عندما أضاف ماكسويل معادلات أمبير وجمع المعادلات الأساسية للكهرباء والمغناطيسية في نظام واحد ، وخلق نظرية الكهرومغناطيسية.
حل هذه المعادلات التفاضلية ، على وجه الخصوص ، اتضح أن هناك موجات كهرمغنطيسية وأن هذه الموجات تتحرك بسرعة ثابتة $$ حيث $$ - المغناطيسي و $$ - ثابت العزل الكهربائي للفراغ. بعد ذلك بفترة وجيزة تبين أن هذه السرعة تشبه إلى حد بعيد سرعة الضوء المقاسة قريبًا ، والتي خلص منها إلى أن الضوء هو موجات ماكسويل الكهرومغناطيسية.

ومع ذلك ، كان للبيان نفسه عيبان:

• عندما نتحدث عن الأمواج ، فإننا نعني البيئة التي تنتشر فيها هذه الموجات. أمواج البحر - على الماء ، الصوت - في الهواء. وفي ماذا تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية؟
• كانت حركة الموجات ذات السرعة الثابتة تتعارض بوضوح مع نسبية سرعات جاليليو.

وإذا كان السؤال الأول أكثر فلسفية ، ففي الحالة الثانية ، كان هناك شيء غير صحيح.
إما أن جاليليو كان محقًا (ومبدأ النسبية للسرعة واضحًا جدًا للتناقض) ، أو كان ماكسويل محقًا (على الرغم من أنه أكثر صحة حدسيًا - حل الاختلاف أو مبدأ واضح؟!) ، أو كان كلاهما على حق (ما زال من الصعب للغاية تغيير الفوارق المناسب تحت غاليليو).



إن نظرية الأثير المضيء تزيل كل التوتر - أولاً وقبل كل شيء ، اتضح أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتشر على الأثير ، وأن سرعة الضوء ثابتة بالنسبة إلى الأثير الثابت ، لكن حركة الأثير نفسها نسبية للغاية. وهذا هو ، اتضح أن كلا من ماكسويل وجاليليو على حق. حسنا ... من الناحية النظرية.

صحيح أن الممارسة لم تقف مكتوفة الأيدي. لم تظهر القياسات الدقيقة على نحو متزايد أي انحرافات في سرعة الضوء ، ولم يتم الكشف عن رياح أثيري.

أدرك لورنتز أن الأثير يخفي ويغير المكان والزمان بطريقة لا يبدو فيها وجود رياح إيثر وأن سرعة الضوء ثابتة.

في عام 1905 ، قام آينشتاين فقط بإزالة الجوهر غير الضروري وخلق نظرية النسبية الخاصة على أساس تحولات لورنتز. لذلك فقد الأثير نصف الوظائف.

أخيرًا ، مات الأثير اللامع غير ضروري بعد فترة وجيزة مع تطور ميكانيكا الكم ، وكان اكتشاف ازدواجية الجسيمات الموجية في عام 1924. لم يعد الضوء بحاجة إلى وسيط ، تنتشر موجات e / m في الفوتون نفسه.

البحث عن فيزياء جديدة في غير محلية

وبالمثل ، نحن نبحث عن تباين بين ميكانيكا الكلاسيكية والكم ، ولكن حتى نتمكن من تأكيد ذلك من خلال التجارب ومحاولة العثور على تفسير.

هذه هي التجارب مع انتهاك المحلية. العلماء أكثر من متأكد من أن العالم محلي (لا يوجد تفاعل طويل المدى ، تتواصل الجزيئات مع بعضها البعض باستخدام مساعدين مثل الفوتون وبوزونات القياس الأخرى).

من ناحية أخرى ، من الواضح أن بعض نتائج ميكانيكا الكم غير محلية.

الآثار غير المحلية للضوء المستقطب

لا ، لن ننظر إلى شيء معقد ، مثل مفارقة EPR. لتحقيق ذلك ، سوف نستخدم تجربة أسهل بكثير - وهي عدم الخطية من آثار استقطاب الضوء. للقيام بذلك ، لا نحتاج إلى أدوات أو مؤسسات معقدة للغاية. يكفي الذهاب إلى متجر معدات التصوير الفوتوغرافي وشراء مرشحين مستقطبين خطيًا. وهذا كل شيء.

للتجربة ، سنضع كلا المرشحات موازيين لبعضهما البعض وننير مع مصباح يدوي. إذا كانت المرشحات مثالية ، فإن شعاع الضوء بأكمله الذي مر عبر المرشح الأول سيمر عبر الثاني دون خسارة. إذا كان هناك تعتيم ، فإنه يؤخذ في الاعتبار بشكل منفصل باعتباره معامل ثابت.



لذلك ، إذا كان استقطاب المرشح المتوازي الثاني بزاوية نسبة إلى المرشح الأول (أو العكس) ، فإن معامل النقل النهائي وفقًا لميكانيكا الكم هو

$$

وهذا هو ، إذا كانت الزاوية صفرية ، فإن 100٪ من الضوء يمر ، إذا كانت 90 درجة - يتم حظر الضوء تمامًا - يمر 0٪. إذا كانت الزاوية 45 درجة ، فإن نصف الحزمة يتجاوز 50٪. إلخ



تبين الممارسة (قانون Malus المكتشفة في بداية القرن التاسع عشر) أنها تتفق تمامًا مع النظرية.

والآن الشيء الأكثر أهمية:

إذا تم اتخاذ القرارات بشكل فردي من قبل كل جسيم بشكل فردي دون التواصل مع أي شخص ، فلا يمكن تفسير هذه القرارات باستخدام المكان.

إذا كنت تستطيع - المضي قدمًا ، فاملأ مقالًا واحصل على جائزة نوبل!

ما يمكن أن نوضحه بمساعدة المنطقة المحلية هو الاعتماد الخطي بحيث يكون عند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، ونسبة درجة الحرارة 45 درجة ، ويمر بنسبة 50٪ ، ونسبة درجة الحرارة 90 درجة ، ويمر بنسبة 0٪. ومع ذلك ، في أي زوايا أخرى ، لا تتقارب القيم.

سيكون هناك الآن رجال حكماء ويقولون ، دعوا الفوتونات تستشعر زاوية الاستقطاب ، ووفقًا للصيغة ، ستلقي الكثير. سيتعين على Taki تعقيد التجارب من أجل الحصول على تطابق أكثر دقة: بشكل فردي ، تمامًا دون اتصال ...

غير محلية في مفارقة آينشتاين-بودولسكي-روزن

مفارقة EPR نفسها تدعي أنه من الممكن قياس الخواص الكمومية في وقت واحد عن طريق انتهاك مبدأ عدم اليقين في Heisenberg ، مما يعني أن ميكانيكا الكم غير مكتملة.

اقترح بوهم تجارب للتحقق من هذه المفارقة بمساعدة الفوتونات أو الإلكترونات المتشابكة.



تخيل تجربة حيث ينتشر إلكترونان خطيًا من المركز ويمر كلاهما عبر متران متوازان.

بادئ ذي بدء ، سوف نفهم ما سيحدث إذا كانت الإلكترونات عادية وليست متشابكة.

كل شيء بسيط. سوف تدور إلكترونات الدوران خلال العداد الأول $$ في 50 ٪ من الحالات و 50 ٪ من الحالات $$ . من خلال الثانية - بقدر.

وإذا قلبنا المقاييس ، فما هي النتيجة؟
سوف نحصل على معدل 50 ٪ $$ و 50 ٪ من الحالات مع $$ . تافهة.

الآن دعونا تعقيد ومحاولة العثور على التبعيات.

اسمحوا لنا أن نعرف أن الجسيمات مع تدور مرت من خلال العداد الأول $$ . إذا لم يكن كذلك ، فتجاهل نتيجة تمرير الجسيم الثاني. والسؤال هو ما الذي سيمر عبر العداد الثاني في حال تبين أن الأول؟ $$ ؟ من الواضح - مع احتمال 50 ٪ سوف تظهر تدور $$ ومع احتمال 50 ٪ $$ .

للراحة ، نقدم مؤشر الارتباط ، والذي يساوي معامل فرق الاحتمال لكلا الخيارين:

$$

علاقتنا هي صفر.

يتمتع الجهاز بدرجة أخرى من الحرية: يمكن تدوير عدادات الدوران بشكل مستقل عن بعضها البعض. وماذا سيحدث في حالة مرور جسيم ذي دوران عبر العداد الأول $$ والمتر الثاني هو استدارة 90 درجة بالنسبة إلى الأول. من الواضح - في المتوسط ​​50 ٪ $$ و 50 ٪ من الحالات مع $$ . ومرة أخرى ، العلاقة هي صفر.

بشكل عام ، أينما تدور ، لن يكون هناك ارتباط.



ولكن ، يصبح أكثر إثارة للاهتمام عندما نرسل إلكترونات متشابكة.

الجسيمات المتشابكة في غاية البساطة: فهي دائمًا ما تدور إلى الخلف بالنسبة لبعضها البعض.

إذا كان الأول لديه تدور $$ ، ثم الإلكترون الثاني متشابكا بالضرورة $$ تدور.

وإذا كان الأول لديه تدور $$ ثم الثاني - $$ .
وهذا هو ، وجود علاقة بنسبة 100 ٪.

ولكن ماذا يحدث إذا قلبنا الفرجار الثاني 90 درجة؟ إذا كان الأول لديه تدور $$ ، عندها سيكون للإلكترون المتشابك الثاني متوسط ​​50٪ $$ و 50 ٪ من الحالات مع $$ . اتضح أن العلاقة هي صفر.

ماذا يحدث إذا قلبنا الفرجار الثاني 45 درجة؟ إذا كان الأول لديه تدور $$ عندها سيكون للإلكترون المتشابك الثاني فرصة بنسبة 25٪ $$ و 75 ٪ فرصة $$ . 50 ٪ الارتباط.

في الحالة العامة ، نحصل من النظرية والتطبيق ، على مستوى الارتباط اعتمادًا على الزاوية المتبادلة لمقاييس الدوران:

$$

وهذا هو ، في الواقع ، حصلنا على نفس المعادلة غير الخطية مثل مرور الفوتونات عبر المرشحات.

يمكنك محاولة وصف اللاخطية محليًا باستخدام معلمات مخفية ، ولكن سيتم انتهاك عدم المساواة في Bell للمعلمات العشوائية المخفية.

تقول نظرية بيل في صياغة Clauser-Horn-Shimoni-Holt أنه بالنسبة لأربعة متغيرات عشوائية ، سيكون عدم المساواة دائمًا صحيحًا:

$$

حيث K هو الارتباط بدون معامل (وقد يكون سالبًا).



فقط لهذه التجارب ، سيتم انتهاك عدم المساواة لبعض الزوايا (ما يقرب من 0 درجة و 90 درجة) ، مما يعني أنه لا يمكن تفسيرها بواسطة معلمات خفية عشوائية.

النتائج

بينما عند تقاطع الميكانيكا الكلاسيكية والكمومية ، يفقد الكلاسيكية الجفاف. وهذا يجعلنا نعتقد أننا لا نعرف شيئًا عن محلية الطبيعة ، حتى لو كانت محلية ...