Das Paradoxon von Einstein - Podolsky - Rosen an den Fingern und ... was hat der Äther damit zu tun

Das Paradoxon von Einstein - Podolsky - Rosen wird heute in vielen Labors der Welt und wissenschaftlichen Instituten aktiv untersucht. Unzählige wissenschaftliche Artikel werden geschrieben. In wissenschaftsnahen Kreisen ist viel Hype aufgetaucht.


Nur ein Haken, obwohl ziemlich paradox. In der Quantenmechanik selbst gibt es nichts Paradoxes im EPR-Paradox! Kein Gramm!

Warum wird es so genau studiert?

Und ja, was hat der Äther damit zu tun?

Suche nach neuer Physik

Die Antwort ist einfach: Beim Studium des EPR-Paradoxons wird aktiv nach neuer Physik gesucht. Um genau zu sein - die Suche nach einer neuen Grundphysik im Zuge der Weiterentwicklung der angewandten Physik.

Dies gilt insbesondere in unserer Welt, in der Bälle von Verschwörungstheorien beherrscht werden, die darauf hindeuten, dass entweder Reptilien oder Juden irgendwo ECHTE Physik verstecken!

Antagonistisch bis zum Ende des 19. Jahrhunderts, als viele Physiker glaubten, dass fast alles offen sei, blieben nur einige Berührungen zu finden.

Im Gegenteil: Selbst konservative Physiker sind der Meinung, dass die Grundlagenphysik noch lange nicht vollständig ist.

Das Interesse, neue Physik zu finden, ist natürlich gewaltig!

Eines muss noch verstanden werden: Wie kann man feststellen, wo man nach dieser goldenen Ader neuer Physik Ausschau hält?
Eine Möglichkeit besteht darin, Inkonsistenzen in Theorien zu finden und dort zu graben.

Nehmen wir zum Beispiel Maxwells Theorie der Elektrodynamik. Diese Theorie stimmt so gut mit allen akzeptierten Theorien überein, dass es nichts zu suchen gibt. Und schau nicht. Nun, außer um Theorien zu vereinheitlichen. Am Nachmittag mit Feuer finden Sie keine neuen Artikel zur grundlegenden Elektrodynamik. Obwohl angewendet - ein Haufen.

Koordination von STO und GO

Es ist jedoch schwierig, die Elektrodynamik gut auf den Fingern darzustellen. Nehmen wir also etwas Einfacheres.
Lassen Sie uns sehen, wie gut die Spezielle Relativitätstheorie mit der Klassischen Mechanik übereinstimmt (vor allem mit der Relativitätstheorie von Galileo).

Insbesondere die Relativitätstheorie von Galileo spricht von der Relativitätstheorie der Geschwindigkeit.

Insbesondere die Spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit absolut ist.
Es scheint, dass der Konflikt offensichtlich ist. Aber wir (in der Person von Einstein) erklären STR als eine verallgemeinerte Theorie von GO, in der die Relativitätstheorie von Galileo nur ein Sonderfall ist.

In der Tat, wenn wir in den Lorentz-Transformationen die Lichtgeschwindigkeit ins Unendliche lenken $$ Dann erhalten wir die Galileo-Transformation. Mit anderen Worten, für Geschwindigkeiten, die viel niedriger als die Lichtgeschwindigkeit sind, sind Galileos Transformationen gültig.

Es lohnt sich also nicht, an der Schnittstelle zwischen klassischer Mechanik und Spezialphysik nach einer neuen Physik zu suchen. Und es gibt sehr wenige frische Artikel zu diesem Thema. Dies bedeutet nicht, dass in der Tankstelle alles ausgegraben wurde. Sie können beispielsweise im Bereich der Tachyonen (Teilchen mit einer höheren Geschwindigkeit als Licht) nach einem neuen suchen, und ja, sie suchen dort.

Kohärenz der Quantenmechanik und der klassischen Mechanik

Aber wie steht es um die Konsistenz von Quanten- und klassischer Mechanik?
Die klassische Mechanik behauptet insbesondere, dass Teilchen hier und jetzt existieren.
Und die Quantenmechanik behauptet, dass Teilchen Wellen sind, die in Zeit, Raum und sogar für uns selbst verschmiert sind.

Auch hier ist der Konflikt offensichtlich. Sie können aber auch aussteigen: Wir erklären KM zu einer verallgemeinerten Theorie der klassischen (Newtonschen) Mechanik.

Tatsächlich schießen wir in den Lösungen der Schrödinger-Gleichungen die (reduzierte) Planck-Konstante auf Null $$ dann bekommen wir Newtonsche Gesetze. Na ja ... FAST.

Mit anderen Worten, wenn wir in Entfernungen arbeiten, die viel größer als die de Broglie-Wellenlänge sind, können wir die Newtonschen Gleichungen verwenden. Na ja ... FAST.
Tatsächlich ist das nicht genug. Und was am unverständlichsten ist - wir wissen nicht, was in der Quantenmechanik außer dem Zusammenbruch der Wellenfunktion noch geändert werden muss, damit wir die Newtonsche Mechanik erhalten.



Eine der auffälligsten und einfachsten Inkonsistenzen zwischen diesen beiden Theorien ist das Schrödinger-Katzenparadoxon.

Das Schrödinger-Paradoxon besagt, dass, wenn wir ein einzelnes radioaktives Atom nehmen und einen Strahlungsdetektor als Detonator daneben platzieren (entweder Gift oder Bomben). Diese Katze neben diesem Gerät:

• Laut klassischer Mechanik wird es ohnehin ODER lebend ODER tot sein
• Laut Quantenmechanik - wenn die Katze mit dem Gerät in einer undurchdringlichen Schachtel ist - dann - und gleichzeitig lebendig und tot, und nur die Veröffentlichung von Informationen zwingt Sie, in den OR / OR-Modus zu wechseln

Es mag den Anschein haben, als sei die Goldmine der neuen Physik gefunden worden, aber nicht so einfach.
Tatsache ist, dass der Teil, der widerspricht, im Bereich des Paradoxons der Känguru-Welt angesiedelt ist (in der Tat das komplizierte Paradoxon von Russells Teekanne).

Er behauptet, wenn wir die Augen schließen und die Geräte ausschalten, verwandelt sich alles in ein Känguru. Aber wenn wir die Geräte einschalten oder die Augen öffnen, wird alles zu dem, was wir sehen.
Das Paradoxe ist, dass diese Welten im Prinzip weder bewiesen noch widerlegt werden können und normalerweise von Occams Rasiermesser verworfen werden.

Dies bedeutet, dass, obwohl wir eine Diskrepanz zwischen der Quantenmechanik und dem Newtonschen gefunden haben - es gibt keine Möglichkeit, dies zu untersuchen -, kein einziges Experiment durchgeführt werden kann, das eine der Versionen bewiesen oder widerlegt hat.

Suche nach neuer Physik und Äther

Tatsächlich ist das goldene Zeitalter des Äthers bereits mehr als ein Jahrhundert vergangen. Ether entstand als Assistent bei der Erklärung von Licht-, elektrischen und magnetischen Feldern. Der Ätherstern leuchtete jedoch in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts am hellsten, als Maxwell Ampère-Gleichungen hinzufügte und die Grundgleichungen von Elektrizität und Magnetismus in einem System kombinierte, wodurch die Theorie des Elektromagnetismus entstand.
Insbesondere beim Lösen dieser Differentialgleichungen stellte sich heraus, dass es elektromagnetische Wellen gibt und dass sich diese Wellen mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen $$ wo $$ - magnetisch und $$ - Dielektrizitätskonstante des Vakuums. Wenig später stellte sich heraus, dass diese Geschwindigkeit der bald gemessenen Lichtgeschwindigkeit sehr ähnlich ist, woraus geschlossen wurde, dass Licht die elektromagnetischen Wellen von Maxwell sind.

Die Aussage selbst hatte jedoch zwei Nachteile:

• Wenn wir über Wellen sprechen, meinen wir die Umgebung, in der sich diese Wellen ausbreiten. Meereswellen - auf dem Wasser, Schall - in der Luft. Und in was breiten sich elektromagnetische Wellen aus?
• Die Bewegung von Wellen mit konstanter Geschwindigkeit widersprach eindeutig der Relativität der Galileo-Geschwindigkeiten.

Und wenn die erste Frage philosophischer ist, dann stimmte im zweiten Fall etwas nicht.
Entweder hatte Galileo recht (und das Prinzip der Relativität der Geschwindigkeit ist für einen Widerspruch zu offensichtlich), oder Maxwell hatte recht (obwohl was intuitiver korrekter ist - eine Lösung für diff-ur oder ein offensichtliches Prinzip?!), Oder beide hatten recht (es ist furchtbar schwierig, diff-ur zu ändern) passend unter Galileo).



Die Theorie des leuchtenden Äthers beseitigte jede Spannung - zunächst stellte sich heraus, dass sich die elektromagnetischen Wellen im Äther ausbreiten und die Lichtgeschwindigkeit im Vergleich zum stationären Äther konstant ist, die Bewegung des Äthers selbst jedoch sehr relativ. Das heißt, es stellte sich heraus, dass sowohl Maxwell als auch Galileo Recht haben. Nun ... theoretisch.

Zwar stand die Praxis nicht still. Zunehmend genaue Messungen ergaben keine Abweichungen der Lichtgeschwindigkeit, es konnte kein ätherischer Wind festgestellt werden.

Lorentz erkannte, dass der Äther Raum und Zeit so verbirgt und verändert, dass es den Anschein hat, als gäbe es keinen Ätherwind und die Lichtgeschwindigkeit ist konstant.

Einstein entfernte 1905 nur die unnötige Essenz und schuf die Spezielle Relativitätstheorie auf der Basis von Lorentz-Transformationen. Der Äther verlor also die Hälfte der Funktionen.

Schließlich starb der leuchtende Äther wenig später mit der Entwicklung der Quantenmechanik als unnötig ab, und es war die Entdeckung der Welle-Teilchen-Dualität im Jahr 1924. Licht braucht keinen Mediator mehr, E / M-Wellen breiten sich im Photon selbst aus.

Suche nach neuer Physik in Nichtlokalität

Ebenso suchen wir nach einer Diskrepanz zwischen klassischer und Quantenmechanik, um sie aber durch Experimente bestätigen und eine Erklärung finden zu können.

Dies sind Experimente mit Verletzung der Lokalität. Wissenschaftler sind sich mehr als sicher, dass die Welt lokal ist (es gibt keine weitreichende Wechselwirkung, Partikel kommunizieren unter Verwendung von Assistenten wie einem Photon und anderen Eichbosonen miteinander).

Andererseits sind einige der Ergebnisse der Quantenmechanik eindeutig nicht lokal.

Nichtlokale Effekte von polarisiertem Licht

Nein, wir werden nicht auf etwas Kompliziertes eingehen, wie das EPR-Paradoxon. Um dies zu realisieren, verwenden wir ein viel einfacheres Experiment - nämlich die Nichtlinearität der Effekte der Polarisation von Licht. Dazu brauchen wir keine überkomplexen Tools oder Institutionen. Es reicht aus, zum Fotogeschäft zu gehen und 2 linear polarisierte Filter zu kaufen. Und alle.

Aus Erfahrung werden wir beide Filter parallel zueinander platzieren und mit einer Taschenlampe beleuchten. Wenn die Filter ideal sind, geht der gesamte Lichtstrahl, der durch den ersten Filter gegangen ist, ohne Verluste durch den zweiten. Kommt es zu einem Blackout, wird dieser als konstanter Koeffizient gesondert berücksichtigt.



Wenn also die Polarisation des zweiten Parallelfilters in einem Winkel relativ zum ersten Filter ist (oder umgekehrt), dann ist der endgültige Transmissionskoeffizient gemäß der Quantenmechanik

$$

Das heißt, wenn der Winkel Null ist, gehen 100% des Lichts durch, wenn 90 ° - das Licht ist vollständig blockiert - 0% durch. Wenn der Winkel 45 ° beträgt, passiert die Hälfte des Strahls 50%. Usw.



Die Praxis zeigt (das zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckte Gesetz des Malus), dass es sehr gut mit der Theorie übereinstimmt.

Und jetzt das Wichtigste:

Wenn Entscheidungen von jedem Partikel einzeln getroffen werden, ohne mit jemandem zu kommunizieren, können diese Entscheidungen nicht lokal erklärt werden.

Wenn Sie können, füllen Sie einen Artikel aus und holen Sie sich Ihren Nobelpreis!

Was wir mit Hilfe der Lokalität erklären können, ist eine lineare Abhängigkeit, so dass sie bei 0 ° 100% passiert, bei 45 ° 50% passiert und bei 90 ° 0% passiert. Bei ANDEREN Winkeln konvergieren die Werte jedoch nicht.

Es wird nun weise Männer geben, die sagen, die Photonen sollen den Polarisationswinkel erfassen und gemäß der Formel Lose werfen. Taki wird die Experimente komplizieren müssen, um eine genauere Übereinstimmung zu erzielen: genau einzeln, genau ohne Kommunikation ...

Nichtlokalität im Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon

Das EPR-Paradox selbst behauptet, dass es möglich ist, Quanteneigenschaften gleichzeitig zu messen, indem das Heisenberg-Unschärferelation-Prinzip verletzt wird, was bedeutet, dass die Quantenmechanik unvollständig ist.

Bohm schlug Experimente vor, um dieses Paradoxon mit Hilfe von verschränkten Photonen oder Elektronen zu verifizieren.



Stellen Sie sich ein Experiment vor, bei dem zwei Elektronen linear vom Zentrum aus gestreut werden und beide durch zwei parallele Spinmeter laufen.

Zunächst werden wir verstehen, was passieren wird, wenn die Elektronen normal und nicht verwickelt sind.

Alles ist einfach. Spinelektronen passieren den ersten Meter $$ in 50% der Fälle und 50% der Fälle $$ . Durch die Sekunde - so viel.

Und wenn wir die Messgeräte drehen, was wird das Ergebnis sein?
Wir werden einen Durchschnitt von 50% bekommen $$ und 50% der Fälle mit $$ . Trivial.

Nun wollen wir versuchen, die Abhängigkeiten zu finden.

Lassen Sie uns wissen, dass ein Teilchen mit einem Spin den ersten Meter passiert hat $$ . Wenn nicht, ignorieren Sie das Ergebnis des Passierens des zweiten Partikels. Die Frage ist, was den zweiten Zähler passieren wird, falls sich herausstellt, dass der erste ausfällt $$ ? Offensichtlich - mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% wird der Spin zeigen $$ und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% $$ .

Der Einfachheit halber führen wir den Korrelationsindex ein, der dem Modul der Wahrscheinlichkeitsdifferenz beider Optionen entspricht:

$$

Unsere Korrelation ist Null.

Das Gerät hat einen weiteren Freiheitsgrad: Spinmeter können unabhängig voneinander gedreht werden. Und was passiert, wenn ein Teilchen mit einem Spin den ersten Meter passiert? $$ und der zweite Zähler ist gegenüber dem ersten um 90 ° gedreht. Offensichtlich - durchschnittlich 50% $$ und 50% der Fälle mit $$ . Und wieder ist die Korrelation Null.

Wo immer Sie abbiegen, gibt es im Allgemeinen keine Korrelation.



Aber es wird viel interessanter, wenn wir verschlungene Elektronen senden.

Verwickelte Teilchen sind sehr einfach: Sie haben IMMER einen Rückwärtsdrall relativ zueinander.

Wenn der erste einen Dreh hat $$ , dann muss das zweite verschränkte Elektron unbedingt haben $$ drehen.

Und wenn der erste einen Dreh hat $$ dann der zweite - $$ .
Das heißt, eine Korrelation von 100%.

Aber was passiert, wenn wir den zweiten Bremssattel um 90 ° drehen? Wenn der erste einen Dreh hat $$ , dann hat das zweite verschränkte Elektron einen Durchschnitt von 50% $$ und 50% der Fälle mit $$ . Es stellt sich heraus, dass die Korrelation Null ist.

Was passiert, wenn wir den zweiten Bremssattel um 45 ° drehen? Wenn der erste einen Dreh hat $$ dann hat das zweite verschränkte Elektron eine Chance von 25% $$ und 75% Chance $$ . 50% Korrelation.

Im allgemeinen Fall erhalten wir aus Theorie und Praxis den Grad der Korrelation in Abhängigkeit vom gegenseitigen Winkel der Spinmeter:

$$

Das heißt, wir haben tatsächlich die gleiche nichtlineare Gleichung wie für den Durchgang von Photonen durch Filter.

Sie können versuchen, die lokale Nichtlinearität mit versteckten Parametern zu beschreiben, aber die Bellsche Ungleichung für versteckte zufällige Parameter wird verletzt.

Bell's Theorie in der Formulierung von Clauser-Horn-Shimoni-Holt besagt, dass für vier Zufallsvariablen die Ungleichung immer wahr sein wird:

$$

wobei K die Korrelation ohne Modul ist (und negativ sein kann).



Nur für diese Experimente wird die Ungleichung für einige Winkel (nahe 0 ° und 90 °) verletzt, was bedeutet, dass sie nicht durch zufällige versteckte Parameter erklärt werden können.

Schlussfolgerungen

Während an der Schnittstelle zwischen klassischer und Quantenmechanik, verliert klassische trocken. Und es lässt uns sogar denken, dass wir etwas über die Lokalität der Natur nicht wissen, wenn es sogar lokal ist ...