Eksperyment Aspektu - Aspect's experiment

Eksperyment Aspecta był pierwszym eksperymentem mechaniki kwantowej, który zademonstrował naruszenie nierówności Bella . Jego niepodważalny wynik pozwolił na dalszą walidację zasad splątania kwantowego i lokalności . Oferował również odpowiedź eksperymentalny do Alberta Einsteina , Boris Podolski i Nathan Rosen „s paradoksu , który został zaproponowany około pięćdziesiąt lat wcześniej.

Eksperyment był prowadzony przez francuskiego fizyka Alaina Aspecta z École supérieure d'optique w Orsay w latach 1980-1982. Jego znaczenie zostało natychmiast dostrzeżone przez społeczność naukową i znalazło się na okładce popularnego czasopisma naukowego Scientific American . Chociaż metodologia zastosowana przez Aspect przedstawia potencjalną wadę, lukę detekcyjną , jego wynik jest uważany za decydujący i doprowadził do wielu innych eksperymentów, które potwierdziły oryginalny eksperyment Aspecta.

Kontekst naukowy i historyczny

Eksperyment musi być umieszczony w jego historycznym i naukowym kontekście, aby mógł zostać w pełni zrozumiany.

Splątanie, paradoks EPR i nierówności Bella

Splątanie kwantowe

Splątanie kwantowe to zjawisko, o którym po raz pierwszy wysunął teorię Erwin Schrödinger w 1935 roku.

Mechanika kwantowa dyktuje, że gdy dwa oddzielne układy kwantowe (na przykład dwie cząstki) weszły w interakcję lub jeśli mają wspólne pochodzenie, nie można ich uznać za dwa niezależne układy. Formalizm mechaniki kwantowej postuluje, że jeśli pierwszy układ ma stan, a drugi stan, to powstały układ splątany może być reprezentowany przez iloczyn tensorowy obu stanów: . Fizyczna odległość między dwoma systemami nie odgrywa żadnej roli w stanie splątanym (ponieważ nie występuje zmienna położenia). Splątany stan kwantowy pozostaje identyczny — wszystko inne jest równe — niezależnie od odległości między obydwoma systemami. ${\displaystyle |\psi \rangle}$${\displaystyle |\phi \rangle}$${\ Displaystyle | \ psi \ rangle | \ phi \ rangle }$

W konsekwencji każdy pomiar obsługiwany na splątanym układzie ma zastosowanie do obu tworzących go elementów: wyniki pomiarów obu układów są skorelowane .

Paradoks EPR

Wynik eksperymentu mógł zszokować Alberta Einsteina (zmarł w 1955 roku na długo przed przeprowadzeniem eksperymentu), który miał lokalne, realistyczne spojrzenie na fizykę. Jego poglądy doprowadziły go do wniosku, że jeśli akt pomiaru wpływa na oba systemy, to istnieje wpływ zdolny do rozprzestrzeniania się z jednego systemu na drugi z prędkością nieograniczoną prędkością światła . Formalizm mechaniki kwantowej przewiduje, że wpływ pomiaru składników splątanego układu ma natychmiastowy wpływ na oba składniki, bez względu na odległość.

Później, w 1935, Albert Einstein , Boris Podolsky i Nathan Rosen (EPR) wyobrazili sobie eksperyment myślowy, który, jeśli pozwoli się na istnienie stanów splątanych, doprowadził do paradoksu: albo jakiś wpływ przemieszcza się szybciej niż światło (nieprzyczynowość), albo fizyka kwantowa jest niekompletna. Żaden z dwóch warunków alternatywy nie był wówczas dopuszczalny, stąd paradoks.

Ten paradoks miał wielkie znaczenie historyczne, ale nie wywarł bezpośredniego wpływu. Tylko Niels Bohr poważnie rozważył podniesiony zarzut i próbował na nie odpowiedzieć. Ale jego odpowiedź była jakościowa, a paradoks pozostał nierozwiązany. Rzeczywistość splątania pozostała kwestią opinii, pozbawioną jakiegokolwiek bezpośredniego eksperymentalnego wsparcia. W rzeczywistości eksperyment EPR nie był wtedy praktycznie wykonalny.

Dwie główne przeszkody sprzeciwiały się jego przedsięwzięciu. Z jednej strony środki techniczne były niewystarczające; z drugiej strony (i głównie) wydawało się, że nie ma skutecznego sposobu bezpośredniego pomiaru uzyskanych danych za pomocą kryteriów ilościowych.

Jednoczesność obu systemów, niezależnie od tego, jakie znaczenie jest im przypisywane, można było zaobserwować jedynie porównując dwa odległe pomiary, w ramach ograniczeń prędkości światła. Oddziaływanie jednoczesności nie może być przyczynowe , ani nie może przekazywać informacji (co sprowadza się do tego samego). Ta właściwość jest zatem zgodna z teorią względności , zgodnie z którą żadna informacja nie może podróżować szybciej niż prędkość światła.

Nierówności dzwonowe

W 1964 roku irlandzki fizyk John Stewart Bell opublikował artykuł przedstawiający ilościowe i mierzalne efekty eksperymentów EPR. To są słynne nierówności Bella . Nierówności te są relacjami ilościowymi, które muszą być zweryfikowane poprzez pomiar korelacji między systemami, które w pełni przestrzegają relatywistycznej przyczynowości . Każde naruszenie tych nierówności pozwoliłoby na natychmiastowe, zdalne oddziaływanie.

Nierówności te umożliwiły fizykom usunięcie jednej z dwóch przeszkód uniemożliwiających eksperymenty EPR. Jednak w 1964 r. dostępne środki techniczne były nadal niewystarczające do rzeczywistego przeprowadzenia eksperymentu.

Pierwsze testy nierówności Bella

Eksperymenty EPR stały się możliwe do wyobrażenia w 1969 roku, kiedy artykuł wykazał ich techniczną wykonalność.

Po tym artykule uniwersytety Harvardu i Berkeley opracowały protokół eksperymentalny i przeprowadził eksperymenty w 1972 roku. Wyniki były sprzeczne: Harvard zaobserwował zgodność z nierównościami Bella (a zatem sprzeczność z przewidywaniami fizyki kwantowej), podczas gdy wyniki Berkeley były sprzeczne Nierówności Bella (a zatem zweryfikowana fizyka kwantowa).

Eksperymenty te w szczególności ucierpiały z powodu niewiarygodnego i nieproduktywnego źródła splątanych cząstek, co wymagało dni ciągłych eksperymentów. Jednak stałe kontrolowane warunki eksperymentalne są niezwykle trudne do utrzymania przez tak długi czas, zwłaszcza w przypadku eksperymentów tak czułych jak ten. Oba wyniki były zatem wątpliwe.

W 1976 r. ten sam eksperyment powtórzono w Houston przy użyciu lepszego i bardziej płodnego źródła splątanych fotonów, co pozwoliło na skrócenie czasu trwania eksperymentu do 80 minut. W zamian fotony nie były optymalnie spolaryzowane, co uniemożliwiało wyraźne pojawienie się nierówności Bella. Eksperyment ujawnił jednak naruszenie nierówności Bella, chociaż był zbyt słaby, aby stanowić ostateczną odpowiedź.

Dodatkowo, i głównie, eksperymenty te nie były wystarczająco szczegółowe, aby wykluczyć możliwość korelacji (co pociąga za sobą naruszenie nierówności Bella) z powodu jakiegoś klasycznego, wolniejszego niż światło wpływu lub sygnału propagującego się między dwiema cząstkami.

Ostatecznie schemat eksperymentalny zastosowany w tych eksperymentach był daleki od „idealnego” schematu, którego użył John Bell do wykazania swoich nierówności: nie było zatem pewności, że nierówności Bella mogą być zastosowane tak jak w takich eksperymentach.

Eksperymenty Aspecta (1980-1982)

W 1975 roku, ponieważ wciąż brakowało decydującego eksperymentu opartego na pogwałceniu nierówności Bella i weryfikacji prawdziwości splątania kwantowego, Alain Aspect zaproponował w artykule eksperyment na tyle drobiazgowy, że był niepodważalny: Proponowany eksperyment sprawdzający nierozdzielność mechaniki kwantowej ,.

Alain Aspect sprecyzował swój eksperyment tak, aby był jak najbardziej decydujący. Mianowicie:

• Jego źródło splątanych cząstek musi być doskonałe, aby skrócić czas trwania eksperymentu i zapewnić jak najbardziej wyraźne naruszenie nierówności Bella.
• Musi wykazywać korelacje w pomiarach, ale także wykazać, że te korelacje są rzeczywiście wynikiem efektu kwantowego (a w konsekwencji natychmiastowego wpływu), a nie klasycznego efektu wolniejszego niż światło między dwiema cząstkami.
• Schemat eksperymentalny musi jak najbardziej odpowiadać schematowi Johna Bella, aby wykazać jego nierówności, tak aby zgodność między wynikami zmierzonymi i przewidywanymi była jak najbardziej znacząca.

Przypomnienie o „idealnym” schemacie Johna Bella

Powyższa ilustracja przedstawia schemat, z którego John Bell zademonstrował swoje nierówności: źródło splątanych fotonów S emituje jednocześnie dwa oraz fotony, których polaryzacja jest tak przygotowana, że ​​wektor stanu obu fotonów jest następujący: ${\ Displaystyle \ nu 1}$${\ Displaystyle \ nu 2}$

${\ Displaystyle | \ psi (\ nu 1, \ nu 2) \ rangle = {1 \ nad {\ sqrt {2}}} \ lewo \ {\ lewo | \ uparrow \ uparrow \ prawo \ rangle + \ lewo | \rightarrow ,\rightarrow \right\rangle \right\}}$

Ten wzór oznacza po prostu, że fotony są w stanie superpozycji : oba mają biegunowość pionową, poziomą lub liniową z równym prawdopodobieństwem.

Te dwa fotony są następnie mierzone za pomocą dwóch polaryzatorów P1 i P2, każdy o konfigurowalnym kącie pomiaru: α i β. wynik pomiaru każdego polaryzatora może być (+) lub (−) w zależności od tego, czy mierzona polaryzacja jest równoległa czy prostopadła do kąta pomiaru polaryzatora.

Godnym uwagi aspektem jest to, że polaryzatory wyobrażone dla tego idealnego eksperymentu dają wymierny wynik zarówno w sytuacjach (−), jak i (+). Nie wszystkie prawdziwe polaryzatory są w stanie to zrobić: niektóre wykrywają na przykład sytuację (+), ale nie są w stanie wykryć niczego w sytuacji (−) (foton nigdy nie opuszcza polaryzatora). Pierwsze eksperymenty (opisane powyżej) wykorzystywały ten drugi rodzaj polaryzatora. Polaryzatory Alaina Aspecta są w stanie znacznie lepiej wykrywać oba scenariusze, a zatem są znacznie bliższe idealnemu eksperymentowi.

Biorąc pod uwagę aparat i stan początkowy polaryzacji nadany fotonom, mechanika kwantowa jest w stanie przewidzieć prawdopodobieństwa pomiaru (+,+), (−,−), (+,−) i (−,+) na polaryzatorach (P1,P2), zorientowane na kąty (α,β). Jako przypomnienie:

${\ Displaystyle P_ {++} (\ alfa \ beta) = P_ {--} (\ alfa \ beta) = {1 \ ponad 2} \ cos ^ {2} (\ alfa - \ beta)}$

${\ Displaystyle P_ {+-} (\ alfa \ beta) = P_ {-+} (\ alfa \ beta) = {1 \ ponad 2} \ grzech ^ {2} (\ alfa - \ beta)}$

Przewiduje się maksymalne naruszenie nierówności Bella dla |α−β| = 22,5°

Opis konfiguracji eksperymentalnej

Alain Aspect (z godną uwagi współpracą fizyków Philippe Grangier, Gérard Roger i Jean Dalibard ) przeprowadził kilka coraz bardziej złożonych eksperymentów w latach 1980-1982.

W tym miejscu opiszemy tylko jego najbardziej złożony eksperyment, który miał miejsce w 1982 roku i jest najbliższy początkowym specyfikacjom.

Źródło fotonu

Pierwsze eksperymenty testujące nierówności Bella miały źródła fotonów o niskiej intensywności i wymagały nieprzerwanego tygodnia. Jedno z pierwszych ulepszeń Alaina Aspecta polegało na użyciu bardziej wydajnego źródła fotonów o kilka rzędów wielkości. To źródło pozwoliło na wykrywanie 100 fotonów na sekundę, skracając w ten sposób czas trwania eksperymentu do 100 sekund .

Zastosowanym źródłem jest promieniująca kaskada wapniowa , wzbudzana laserem kryptonowym.

Polaryzatory z regulowaną zmienną orientacji i na odległym położeniu

Jednym z głównych punktów tego eksperymentu było upewnienie się, że korelacja między wykonanymi pomiarami P1 i P2 nie była wynikiem „klasycznych” efektów, zwłaszcza artefaktów eksperymentalnych.

Na przykład, gdy P1 i P2 są przygotowane ze stałymi kątami α i β, można przypuszczać, że ten stan generuje pasożytnicze korelacje poprzez pętle prądu lub masy lub inne efekty. W rzeczywistości oba polaryzatory należą do tego samego układu i mogą wpływać na siebie poprzez różne obwody urządzenia doświadczalnego i generować korelacje podczas pomiaru.

Można sobie wtedy wyobrazić, że stała orientacja polaryzatorów wpływa w taki czy inny sposób na stan, z jakim para fotonów jest emitowana. W takim przypadku korelacje między wynikami pomiarów można wyjaśnić zmiennymi ukrytymi w fotonach po ich emisji. Alain Aspects wspomniał o tych obserwacjach samemu Johnowi Bellowi.

Jednym ze sposobów wykluczenia tego rodzaju efektów jest określenie (α,β) orientacji polaryzatorów w ostatniej chwili — po emisji fotonów, a przed ich wykryciem — i trzymanie ich na tyle daleko od siebie, aby zapobiec jakikolwiek sygnał od dotarcia do któregoś z nich.

Metoda ta zapewnia, że ​​orientacja polaryzatorów podczas emisji nie ma wpływu na wynik (ponieważ orientacja jest jeszcze nieokreślona podczas emisji). Zapewnia również, że polaryzatory nie oddziałują na siebie, będąc zbyt daleko od siebie.

W konsekwencji eksperymentalna konfiguracja Aspecta ma polaryzatory P1 i P2 ustawione w odległości 6 metrów od źródła i 12 metrów od siebie. W takim układzie od emisji fotonów do ich wykrycia upływa zaledwie 20 nanosekund. W tym niezwykle krótkim czasie eksperymentator musi zdecydować o orientacji polaryzatorów, a następnie je zorientować.

Ponieważ fizycznie niemożliwe jest zmodyfikowanie orientacji polaryzatora w takim przedziale czasowym, zastosowano dwa polaryzatory — po jednym na każdą stronę — i wstępnie zorientowano je w różnych kierunkach. Bocznik wysokiej częstotliwości losowo zorientowany w kierunku jednego lub drugiego polaryzatora. Konfiguracja odpowiadała jednemu polaryzatorowi z losowo odchylanym kątem polaryzacji.

Ponieważ nie było również możliwe, aby emitowane fotony powodowały przechylanie, polaryzatory przetaczały się okresowo co 10 nanosekund (asynchronicznie z emisją fotonu), zapewniając w ten sposób, że urządzenie odsyłające przechyli się przynajmniej raz między emisją fotonu a jego wykryciem.

Polaryzatory dwukanałowe

Inną ważną cechą eksperymentu z 1982 roku było zastosowanie dwukanałowych polaryzatorów, które pozwoliły uzyskać wymierny wynik w sytuacjach (+) i (−). Polaryzatory używane do eksperymentu Aspecta mogły wykryć sytuację (+), ale nie sytuację (-). Te jednokanałowe polaryzatory miały dwie główne niedogodności:

• Sytuacja (−) była trudna do odróżnienia od błędu eksperymentalnego.
• Musiały być skrupulatnie skalibrowane.

Dwukanałowe polaryzatory Aspect użyte w jego eksperymencie uniknęły tych dwóch niedogodności i pozwoliły mu bezpośrednio wykorzystać wzory Bella do obliczenia nierówności.

Technicznie rzecz biorąc, polaryzatory, których użył, były kostkami polaryzacyjnymi, które transmitowały jedną polaryzację i odbijały drugą, naśladując urządzenie Sterna-Gerlacha .

Wyniki eksperymentu

Nierówności Bella wyznaczają teoretyczną krzywą liczby korelacji (++ lub −−) między dwoma detektorami w odniesieniu do względnego kąta detektorów . Kształt krzywej jest charakterystyczny dla naruszenia nierówności Bella. Dopasowanie miar do kształtu krzywej ustala ilościowo i jakościowo, że nierówności Bella zostały naruszone. ${\displaystyle (\alfa -\beta)}$

Eksperymenty Aspecta jednoznacznie potwierdziły naruszenie, zgodnie z przewidywaniami kopenhaskiej interpretacji fizyki kwantowej, podważając w ten sposób lokalne realistyczne spojrzenie Einsteina na mechanikę kwantową i lokalne scenariusze zmiennych ukrytych . Oprócz potwierdzenia, naruszenie zostało potwierdzone w sposób dokładnie przewidywany przez mechanikę kwantową , ze statystyczną zgodnością do 242 odchylenia standardowego .

Biorąc pod uwagę techniczną jakość eksperymentu, skrupulatne unikanie artefaktów eksperymentalnych i quasi-doskonałą zgodność statystyczną, eksperyment ten przekonał społeczność naukową, że fizyka kwantowa narusza nierówności Bella, a w konsekwencji, że fizyka kwantowa jest nielokalna .

Granice eksperymentu

Po wynikach, niektórzy fizycy legalnie próbowali znaleźć błędy w eksperymencie Aspecta i dowiedzieć się, jak go ulepszyć, aby oprzeć się krytyce.

Kilka teoretycznych zarzutów może być podniesiony przeciwko tej konfiguracji:

• quasi-okresowy aspekt oscylacji manewrowych utrudnia ważność eksperymentu, ponieważ może on indukować korelacje poprzez quasi-synchronizację wynikającą z dwóch skierowań;
• korelacje (+,+), (−,−) itd. były liczone w czasie rzeczywistym, w momencie wykrycia. Dwa kanały (+) i (−) każdego polaryzatora zostały zatem połączone fizycznymi obwodami. Po raz kolejny można wywołać korelacje.

Idealny eksperyment, który neguje jakąkolwiek wyobrażalną możliwość indukowanych korelacji, powinien:

• używaj czysto losowego manewrowania;
• zapisz wyniki (+) lub (-) po każdej stronie urządzenia, bez fizycznego połączenia między obiema stronami. Korelacje zostałyby obliczone po eksperymencie poprzez porównanie zarejestrowanych wyników obu stron.

W warunkach eksperymentu pojawiła się również luka detekcyjna .

Ostatnie eksperymenty

Wspomniane wyżej luki można było rozwiązać dopiero od 1998 r. W międzyczasie powtórzono eksperyment Aspecta i systematycznie potwierdzano naruszenie nierówności Bella, ze statystyczną pewnością do 100 odchylenia standardowego .

Przeprowadzono inne eksperymenty w celu przetestowania naruszeń nierówności Bella z innymi obserwablami niż polaryzacja, aby zbliżyć się do pierwotnego ducha paradoksu EPR , w którym Einstein wyobrażał sobie mierzenie dwóch połączonych zmiennych (takich jak położenie i wielkość ruchu) na parze EPR. Eksperyment wprowadził połączone zmienne (czas i energia), które po raz kolejny potwierdziły mechanikę kwantową.

W 1998 roku eksperyment genewski przetestował korelację między dwoma detektorami oddalonymi od siebie o 30 kilometrów przy użyciu szwajcarskiej światłowodowej sieci telekomunikacyjnej. Dystans dawał więcej czasu na dojazdy pod kątami polaryzatorów. Dzięki temu możliwe było całkowicie losowe manewrowanie. Dodatkowo dwa odległe polaryzatory były całkowicie niezależne. Pomiary były rejestrowane z każdej strony i porównywane po eksperymencie przez datowanie każdego pomiaru przy użyciu zegara atomowego. Naruszenie nierówności Bella zostało po raz kolejny zweryfikowane i surowe i praktycznie idealne. Jeśli eksperyment Aspecta sugerował, że hipotetyczny sygnał koordynacyjny podróżuje dwa razy szybciej niż c , to Genewa osiągnęła 10 milionów razy c .

W 2000 roku w Boulder przeprowadzono eksperyment dotyczący splątania uwięzionych jonów przy użyciu bardzo wydajnej metody detekcji opartej na korelacji. Wiarygodność detekcji okazała się wystarczająca, aby eksperyment naruszył nierówności Bella w całości, mimo że wszystkie wykryte korelacje ich nie naruszyły.

W 2001 roku zespół Antoine'a Suareza, w skład którego wchodził Nicolas Gisin, który brał udział w eksperymencie genewskim, odtworzył eksperyment za pomocą luster lub detektorów w ruchu, co pozwoliło im odwrócić kolejność zdarzeń w obrębie ram odniesienia, zgodnie ze szczególną teorią względności (to odwrócenie jest możliwe tylko w przypadku zdarzeń bez związku przyczynowego). Prędkości są tak dobrane, że gdy foton jest odbijany lub przechodzi przez półprzezroczyste zwierciadło, drugi foton już przeszedł lub został odbity z punktu widzenia układu odniesienia przymocowanego do zwierciadła. To konfiguracja „po”, w której fale dźwiękowe pełnią rolę półprzezroczystych luster.

Inna testowana konfiguracja pozwala, aby każdy foton był odbierany przez ruchomy detektor, tak że w układzie odniesienia tego detektora drugi foton nie został jeszcze wykryty, niezależnie od tego, czy przeszedł, czy został odbity, czy nie (konfiguracja „przed-przed”). Nierówności Bella są szczególnie naruszane w tym eksperymencie.

Wniosek

W dzisiejszych czasach (w 2018 r.) Fizyka kwantowa 'naruszenie nierówności Bella zostało wyraźnie ustalone. Naruszenie nierówności Bella jest również wykorzystywane w niektórych protokołach kryptografii kwantowej , w których obecność szpiega jest wykrywana, gdy nierówności Bella przestają być naruszane.

Należy zatem rozpoznać kwantową nielokalność i splątanie .

Czy eksperyment Aspecta kwestionuje relatywistyczną przyczynowość?

Pytanie rodzi rozpowszechniona koncepcja, że ​​„obiekt kwantowy przedstawia stan, który natychmiast zależy od stanu innego obiektu, z którym został uwikłany”. Ten wstęp o „nielokalnym wpływie” jest często używany w czasopismach popularnonaukowych, ale także (celowo) przez niektórych naukowców wyznających realizm , takich jak sam Alain Aspect czy Bernard d'Espagnat .

Istnieją trzy możliwości:

• Po pierwsze, eksperymentatorzy powinni używać tylko obliczeń, których wyniki są zgodne z eksperymentem, bez odwoływania się do wyjaśnienia wyprowadzonego z naszej „makroskopowej” logiki. To podejście, zapożyczone z interpretacji kopenhaskiej , jest najbardziej rozpoznawalne wśród fizyków. Opiera się na fakcie, że żadne wyjaśnienie zjawisk EPR nie prowadzi do weryfikacji lub mierzalnych prognoz. W konsekwencji większość fizyków uważa, że ​​wyjaśnienia tego eksperymentu wykraczają poza dziedzinę nauki (patrz kryterium falsyfikacji Karla Poppera ). Większości wyjaśnień rzeczywiście brakuje formalizacji teoretycznej, a tych, które nie omijają mierzalnych weryfikacji. W grę wchodzi zatem podejście empiryczne , które ma na celu uniknięcie wszelkich przesunięć poza dziedzinę naukową. W swojej pracy The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory fizycy David Bohm i Basil Hiley uważają, że obiekcje wobec zasady nielokalności są bezpodstawne. Odpowiadając tym, którzy uznają nielokalność za przeszkodę w naukowej izolacji i obserwacji dowolnego obiektu, Bohm i Hiley argumentują, że w świecie makroskopowym ta nauka jest możliwa, ponieważ skutki nielokalności nie są znaczące : interpretacja pozwala na dokładnie taki sam stopień rozdzielności systemu, jaki jest wymagany od „rzeczywistej pracy naukowej”. Pogodzenie szczególnej teorii względności z nielokalnością (patrz paradoks EPR ) jest sprawą bardziej złożoną, ale Bohm, podobnie jak John Stewart Bell , wskazuje, że transmisja sygnałów nie jest tym, co gra w pojęciu nielokalności. .

Bohm i Hiley, podobnie jak Bell, widzą czynniki inne niż naukowe w odrzuceniu nielokalności:

John Bell: Wykład w CERN (1990).

Hiley i Bohm: O zarzutach wobec pojęcia nielokalności. (1993)

[Sama] idea upiornego działania na odległość jest odpychająca dla fizyków. Gdybym miał godzinę, zalałbym cię cytatami Newtona, Einsteina, Bohra i wszystkich innych wspaniałych mężczyzn. Powiem wam, jak nie do pomyślenia jest możliwość modyfikowania odległej sytuacji, robiąc coś tutaj. Myślę, że ojcowie założyciele mechaniki kwantowej nie potrzebowali tak naprawdę argumentów Einsteina o konieczności wykluczenia działania na odległość, ponieważ szukali gdzie indziej. Idea determinizmu lub działania na odległość była dla nich tak odpychająca, że ​​odwrócili wzrok. Cóż, to tradycja i musimy czasem w życiu nauczyć się nowych tradycji. I może się tak zdarzyć, że musimy nie tyle zaakceptować działanie na odległość, ile zaakceptować niewystarczalność „braku działania na odległość”.

[Zarzuty wobec nielokalności] wydają się być mniej więcej rzędu uprzedzeń, które rozwinęły się wraz z nowoczesną nauką. [...] W najwcześniejszych stadiach rozwoju nauki istniał długi argument za odrzuceniem tego, co równie dobrze można było postrzegać jako prymitywne przesądy i pojęcia magiczne. Nielokalność była wyraźnie kluczowym pojęciem. Głęboko zakorzeniony może być lęk przed ideą nielokalności, która ponownie otworzy wrota chroniące nas przed irracjonalnymi myślami, które kryją się pod powierzchnią współczesnej kultury. Nawet gdyby tak było, nie byłby to ważny argument przeciwko nielokalizacji

• Druga możliwość jest taka, że splątanie „zjednoczone” dwa obiekty przekazane do interakcji: dwa obiekty pozostają „jeden” mimo odległości przestrzennej ( „Bernard d'Espagnat za nielokalności ”). To dystansowanie może w rzeczywistości być nawet czasowe: jest zasadniczo czasoprzestrzenne. Jak dotąd nie istnieje żadne wyjaśnienie dla tego, co jest uważane za wynik eksperymentu, a nie wyjaśnienie lub interpretacja tego wyniku. To podejście, które ma na celu wyjaśnienie faktów eksperymentu, jest podejściem racjonalistów .
• Trzecia polega na zmianie naszej koncepcji przyczynowości i przyjęciu zasady przyczynowości wstecznej (przepływu przyczynowego od przyszłości do przeszłości), która jednak nie może być utożsamiana z „teleologiczną” „ przyczyną celową” klasycznych filozofów . Nie ma nikogo, kto by orientował zdarzenia zgodnie z celem: natura wstecznej przyczynowości jest identyczna z przyczynowością, jaką sobie pojmujemy („przyczynowość sprawcza” filozofów klasycznych), z wyjątkiem tego, że cofa się w stosunku do czasu i może się „dodawać” do „klasycznej” przyczynowości. Ta interpretacja wymaga, aby nieodwracalność czasu była prawdziwa tylko w skali makroskopowej ( druga zasada termodynamiki ). Tej idei sprzeciwia się wielu fizyków, na przykład fizyk i filozof Étienne Klein, który wskazuje, że strzałka czasu jest jego zdaniem wpisana w symetrie fizyki cząstek elementarnych. Ta interpretacja odniosła pewien sukces wśród tych, którzy opracowują ezoteryczne interpretacje eksperymentu i wykorzystują je do tworzenia zjawisk parapsychologicznych (kontrowersyjnych w środowisku naukowym, zwłaszcza prekognicji . Olivier Costa de Beauregard słynie z obrony takich tez). sprzeczne wyniki eksperymentu jako były najczęściej prowadzone: the linia świat łączący pomiar „P1” i „P2” pomiarowych zdarzenia o czasoprzestrzeni jest krzywizna przestrzeni . W rzeczywistości, aby obalić możliwą alternatywną interpretację korelacji zaobserwowanych w tych eksperymentach, eksperymentatorzy musieli wykazać, że relatywistyczna „przyczynowość” przynajmniej częściowo nie była w stanie wyjaśnić tych wyników, wliczając w to scenariusze takie jak: foton informuje, przez jakikolwiek relatywistyczny proces, foton o jego stanie kwantowym po pierwszym pomiarze... ”. Jest jednak całkowicie jasne, że środki ostrożności eksperymentatorów, aby usunąć wszystkie relatywistyczne wyjaśnienia „przyczynowe”, usuwają jednocześnie, zgodnie z panującym poglądem, wszelkie wyjaśnienia „wstecz-przyczynowe”. Wreszcie, dla zwolenników koncepcji wiodącej, ten rodzaj koncepcji jest interpretacją domniemaną i nie odnosi się tak naprawdę do istniejących eksperymentów. Ich zdaniem prowadzi to do interpretacji z pogranicza nauki, a nawet pseudonauki , i angażuje fizykę kwantową w debatę, do której nie należy.${\ Displaystyle \ nu 1}$${\ Displaystyle \ nu 2}$

Żaden fizyk nie wierzy, że wyniki eksperymentu EPR w ogóle, a eksperymentu Aspecta w szczególności — w doskonałej zgodności z kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej — podważają w jakikolwiek sposób zasadę względności, zgodnie z którą żadna forma energii (materia lub siła ), a zatem żadna użyteczna informacja nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła, ani w konsekwencji nie podważa pochodnej zasady przyczynowości relatywistycznej. Można łatwo udowodnić, że splątanie kwantowe nie może być wykorzystane do natychmiastowego przesyłania informacji z jednego punktu czasoprzestrzeni do drugiego. Wyniki zmierzone na pierwszej cząstce są losowe; zmiany stanu drugiej cząstki wywołane przez te pomiary – tak natychmiastowe, jak mogą być zgodnie z kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej i wynikami eksperymentu Aspecta – prowadzą do wyników pomiarów w stosunku do drugiej cząstki, które wydają się równie losowe: brak użytecznych informacji można uzyskać oddzielnie podczas pomiaru, a korelacje pozostają niewykrywalne, o ile wyniki obu serii nie są porównywane. Ten rodzaj eksperymentu demonstruje nieuniknioną potrzebę „klasycznego” sygnału w sensie relatywistycznym, aby przekazać informację niezbędną do wykrycia tych korelacji. Bez tego sygnału nic nie może być przesyłane. Określa prędkość przekazywania informacji, co potwierdza podstawową zasadę względności. W rezultacie zasada relatywistycznej przyczynowości jest doskonale zgodna z wynikami eksperymentów EPR.

Zobacz też

• Superdeterminizm

Uwagi i referencje

Bibliografia

• Bernard d'Espagnat, Traité de physique et de philosophie , Fayard ISBN  2-213-61190-4 (w języku francuskim). Patrz rozdział 3. Nieodzielność i twierdzenie Bella.
• Bernard d'Espagnat, À la recherche du réel , Bordas ISBN  2-266-04529-6 (w języku francuskim).
• Bernard d'Espagnat, Étienne Klein, Regards sur la matière ISBN  2-213-03039-1 (w języku francuskim). Zobacz rozdział VIII. Nierozłączność skorelowanych par.

Zewnętrzne linki

• Wideokonferencja na temat optyki kwantowej (17 min) prowadzona przez Alaina Aspecta , kierownika badań w Institut d'Optique w Orsay (w języku francuskim).
• Centrum Filozofii Kwantowej