Aspe oplevelse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. marts 2021; checks kræver 19 redigeringer .

Aspes eksperiment var det første eksperiment i kvantemekanik til at demonstrere krænkelsen af Bells uligheder . Hans ubestridelige resultat tillod yderligere afprøvning af principperne om kvantesammenfiltring og lokalitet . Det blev også et eksperimentelt svar på EPJ-paradokset , foreslået for omkring halvtreds år siden af Albert Einstein , Boris Podolsky og Nathan Rosen .

Eksperimentet blev udført af den franske fysiker Alain Aspe ved École d'Supérieure OPTIQUE mellem 1980 og 1982. Det videnskabelige samfund erkendte straks vigtigheden af oplevelsen, han var på forsiden af det populærvidenskabelige magasin Scientific American . Selvom Aspes metodologi præsenterer en potentiel fejl, smuthul , anses hans resultat for at være afgørende og har ført til adskillige andre eksperimenter, der har bekræftet Aspes oprindelige erfaring [1] .

Aspes eksperimenter (1980-1982)

I 1975, da der stadig ikke var noget afgørende eksperiment til at teste krænkelser af Bells uligheder og gyldigheden af kvantesammenfiltring, foreslog Alain Aspe et ret stringent eksperiment i et papir: et foreslået eksperiment for at teste kvantemekanikkens uadskillelighed . [2] [3]

Alain Aspe , for overtalelses skyld, detaljerede sit eksperiment på denne måde:

Kilden til sammenfiltrede partikler bør være ideel i forhold til at reducere eksperimentets varighed og sikre, at krænkelsen af Bells uligheder er så tydelig som muligt.
Det skal ikke kun vise korrelationerne i måleresultaterne, men også demonstrere, at disse korrelationer faktisk er resultatet af en kvanteeffekt (og derfor en øjeblikkelig effekt) og ikke en klassisk subluminal effekt.
Det eksperimentelle design bør matche så tæt som muligt John Bells for at demonstrere hans uligheder, så matchet mellem målte og forudsagte resultater er så tæt som muligt.

John Bells "ideelle" skema

Illustrationen ovenfor viser kredsløbsdiagrammet, hvor John Bell demonstrerede sin ulighed: kilden til sammenfiltrede fotoner S udsender samtidigt to fotoner og , hvis polarisering er forberedt således, at tilstandsvektoren for begge fotoner: $\nu 1$ $\nu 2$

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

Denne formel betyder simpelthen, at fotonerne er i en tilstand af superposition : de er begge lodret, vandret eller lineært polariserede med lige stor sandsynlighed.

Disse to fotoner måles derefter ved hjælp af to polarisatorer P1 og P2, hver med justerbar målevinkel: α og β. Måleresultatet for hver polarisator kan være (+) eller (-) afhængigt af, om den målte polarisation er parallel eller vinkelret på polarisatorens målevinkel.

Et bemærkelsesværdigt punkt er, at polarisatorerne præsenteret for dette ideelle eksperiment giver et målbart resultat i både (-) og (+) situationer. Ikke alle rigtige polarisatorer er i stand til at gøre dette: nogle registrerer for eksempel (+) situationen, men kan ikke detektere noget i (-) situationen (fotonen forlader aldrig polarisatoren). I de første forsøg blev den sidstnævnte type polarisator brugt. Alain Aspes polarisatorer er meget bedre i stand til at detektere begge tilfælde og er derfor meget tættere på et ideelt eksperiment.

Givet enheden og den indledende polarisationstilstand givet til fotoner, er kvantemekanikken i stand til at forudsige sandsynligheden for at måle (+, +), (-, -), (+, -) og (-, +) på polarisatorer (P1, P2) orienteret til vinklerne (α, β):

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

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

Den maksimale krænkelse af Bells uligheder forudsiges for | α-β | = 22,5°

Oplevelsesresultater

Bells uligheder etablerer en teoretisk kurve for antallet af korrelationer (++ eller --) mellem to detektorer i forhold til detektorernes vinkel . Formen på kurven karakteriserer krænkelser af Bells uligheder. Målinger svarende til kurvens form kvantitativt og kvalitativt etablerede en krænkelse af Bells uligheder. $(\alpha -\beta )$

Aspes eksperimenter bekræftede utvetydigt krænkelsen, som forudsagt af den københavnske fortolkning af kvantemekanik, og underminerede derved Einsteins lokale realisme inden for kvantemekanik og skjulte lokale variable scenarier . Ud over bekræftelse blev overtrædelsen bekræftet på den nøjagtige måde, som kvantemekanikken forudsagde , med statistisk overensstemmelse med op til 40 standardafvigelser .

I betragtning af den tekniske kvalitet af oplevelsen, den omhyggelige undgåelse af eksperimentelle artefakter og den kvasi-perfekte statistiske overensstemmelse, overbeviste denne oplevelse det videnskabelige samfund som helhed om, at kvantemekanikken havde krænket Bells uligheder, og at kvantefysikken derfor er ikke-lokal .

Erfaringsgrænser

Efter at have modtaget resultaterne forsøgte nogle fysikere at finde fejl i Aspes erfaring og finde muligheder for forbedringer for at imødegå kritikken.

Nogle mulige teoretiske indvendinger mod forsøgsopstillingen:

det kvasi-periodiske aspekt af shuntoscillationerne hindrer erfaringens gyldighed, fordi det kan forårsage korrelationer gennem kvasi-synkronisering, der er et resultat af to retninger;
korrelationer (+, +), (-, -) osv. blev beregnet i realtid på detektionstidspunktet. Derfor var to (+) og (-) kanaler af hver polarisator forbundet med fysiske kredsløb. Der var mulighed for inducerede korrelationer.

Et ideelt eksperiment, som ville negere enhver tænkelig mulighed for inducerede korrelationer, ville:

brug rent tilfældig rangering;
registrere resultater (+) eller (-) på hver side af enheden uden nogen fysisk forbindelse mellem de to sider. Korrelationer beregnes efter eksperimentet ved at sammenligne de registrerede resultater fra begge parter.

Oplevelsesforholdene lider også af [1] detektionssmuthul .

Konklusion

I øjeblikket (i 2018) er overtrædelsen af Bells uligheder inden for kvantemekanik klart fastslået . Bells ulighedskrænkelse bruges også til nogle kvantekryptografiprotokoller , hvor tilstedeværelsen af en spion opdages ved at stoppe Bells ulighedskrænkelser.

Som en konsekvens skal kvante -ikke-lokalitet og sammenfiltring anerkendes .

Udfordrer Aspes erfaring den relativistiske kausalitet?

Spørgsmålet rejses af den udbredte forestilling om, at "et kvanteobjekt er en tilstand, der øjeblikkeligt afhænger af tilstanden af et andet objekt, som det er viklet sammen med." Denne introduktion af "ikke-lokal indflydelse" bruges ofte i populærvidenskabelige tidsskrifter, og også (med vilje) af nogle videnskabsmænd, der holder sig til realisme , herunder Alain Aspe selv og Bernard d'Espagnate . [fire]

Der er tre muligheder:

For det første bør forsøgsledere kun bruge beregninger med resultater, der stemmer overens med eksperimentet, uden at ty til en forklaring udledt af vores "makroskopiske" logik. Denne tilgang, afledt af København-fortolkningen , er den mest accepterede blandt fysikere. Det er baseret på, at ingen forklaring på EPJ- fænomener fører til tests eller målbare forudsigelser. Som en konsekvens mener de fleste fysikere, at forklaringer på denne erfaring ligger uden for videnskabens rammer (se Karl Poppers falsifikationskriterium ). De fleste af forklaringerne mangler reelt teoretisk formalisering. Derfor anvendes en empirisk tilgang, og den sigter mod at undgå at gå ud over det videnskabelige felt. I deres arbejde "The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory" anser fysikerne David Bohm og Basil Haley indvendinger mod princippet om ikke-lokalitet for at være grundløse [5] . Som svar på dem, der ser accepten af ikke-lokalitet som en hindring for videnskabelig isolation og observation af et bestemt objekt, hævder Bohm og Haley, at i den makroskopiske verden er denne videnskab mulig, fordi lokalitet ikke er afgørende : fortolkningen giver mulighed for samme grad af system adskillelighed, der kræves for "rigtigt videnskabeligt arbejde". At sammenligne speciel relativitet med ikke-lokalitet (se EPR-paradokset ) er vanskeligere, men Bohm påpeger ligesom John Stuart Bell [6] , at signalering ikke spiller en rolle i begrebet ikke-lokalitet.

Bohm og Haley ser ligesom Bell andre faktorer ud over de videnskabelige i afvisningen af ikke-lokalitet:

John Bell: Foredrag på CERN (1990).	Haley og Bohm: Om indvendinger mod begrebet ikke-lokalitet. (1993)
Alene ideen om uhyggelig handling på afstand afviser fysikere. Hvis jeg havde en time, ville jeg bombardere dig med citater fra Newton, Einstein, Bohr og alle de fantastiske mennesker. Jeg vil fortælle dig, hvor utænkeligt det er at kunne ændre en fjern situation ved at gøre noget her. Jeg tror, at kvantemekanikkens grundlæggere ikke rigtig havde brug for Einsteins argumenter om behovet for at udelukke handling på afstand, fordi de ledte andre steder hen. Ideen om determinisme eller handling på afstand var så modbydelig for dem, at de vendte sig væk. Nå, det er en tradition, og vi er nødt til at lære nogle gange i livet for at lære nye traditioner. Og det kan være, at vi ikke så meget skal acceptere handlinger på afstand, men også acceptere utilstrækkeligheden af "manglende handling på afstand." [6]	[Indvendingerne mod ikke-lokalitet] synes at svare mere eller mindre til de fordomme, der hersker i moderne videnskab. […] I de tidligste stadier af videnskabens udvikling var der et langt argument for at give slip på, hvad der godt kunne opfattes som primitiv overtro og magiske forestillinger. Ikke-lokalitet var klart nøglebegrebet. Der kan være en dybtliggende frygt for, at ideen om ikke-lokalitet genåbner de sluser, der beskytter os mod, hvad der opfattes som irrationelle tanker, der ligger under overfladen af nutidig kultur. Selv hvis det var det, ville det ikke være et gyldigt argument mod ikke-lokalitet [5]

Den anden mulighed er, at sammenfiltring har "forenet" de to objekter, der er til stede i interaktionen: de to objekter forbliver "én" på trods af deres rumlige afstand (" Bernard d'Espagnats ikke-lokalitet "). Denne afstandtagen kan endda være tidsmæssig: den er dybest set rumlig-tidsmæssig. I øjeblikket er der ingen forklaring på, hvad der anses for at være resultatet af et eksperiment, og ikke en forklaring eller fortolkning af dette resultat. Denne tilgang, som har til formål at forklare fakta om et eksperiment, er den rationalistiske tilgang .
Den tredje mulighed er at ændre vores opfattelse af kausalitet og acceptere princippet om retrograd kausalitet (kausal flow fra fremtiden til fortiden), som dog ikke kan sammenlignes med de klassiske filosoffers "teleologiske" " ultimative årsag ". . Ingen kan orientere begivenheder efter formål: bagudgående kausalitets natur er identisk med kausalitet, som vi forstår den (de klassiske filosoffers "effektive kausalitet"), bortset fra at den flyder baglæns i forhold til tiden og kan "føje sig til" "klassisk" kausalitet. Denne fortolkning kræver, at tidens irreversible natur kun er sand på en makroskopisk skala ( termodynamikkens anden lov ). Mange fysikere er imod denne idé, såsom fysikeren og filosoffen Etienne Klein, der påpeger, at tidsaksen , siger han, er indskrevet i partikelfysikkens symmetri. Denne fortolkning har en vis succes blandt dem, der udvikler esoteriske fortolkninger af eksperimentet og bruger det til parapsykologiske fænomener (diskutabelt i det videnskabelige samfund, især præcognition . Olivier Costa de Beauregard er berømt for at forsvare sådanne teser. [7] ) Men denne fortolkning klart modsiger resultaterne af eksperimentet, fordi de oftest blev udført: verdenslinjen, der forbinder begivenhederne "dimension P1" og "dimension P2" i rum-tid er en krumning af rummet . Faktisk, for at modbevise en mulig alternativ fortolkning af korrelationerne observeret i disse eksperimenter, var forsøgslederne nødt til at vise, at relativistisk "kausalitet" i det mindste delvist var ude af stand til at forklare disse resultater inkluderet i scenarierne, såsom: fotonen informerer foton ved hjælp af nogle af en relativistisk proces om dens kvantetilstand efter den første måling...". Det er imidlertid helt klart, at forsøgspersonernes forholdsregler for at fjerne alle relativistiske "årsags"-forklaringer samtidig eliminerer, ifølge den fremherskende mening, enhver " retro-causal" forklaring. Endelig, for tilhængerne af det førende begreb, er dette begreb en formodet fortolkning, og det gælder ikke rigtigt for eksisterende eksperimenter, efter deres mening fører det til fortolkninger på forkant med videnskaben, eller endda pseudovidenskab , og involverer kvantemekanik i en kontrovers, som den ikke hører til. $\nu 1$ $\nu 2$

Ingen fysiker mener, at resultaterne af EPR-eksperimentet i almindelighed og Aspe-eksperimentet i særdeleshed - i fuld overensstemmelse med den københavnske fortolkning af kvantemekanikken - på nogen måde udfordrer relativitetsprincippet, ifølge hvilket der ikke er nogen form for energi (stof eller kraft), og derfor kan ingen nyttig information rejse hurtigere end lysets hastighed og udfordrer som et resultat ikke det afledte princip om relativistisk kausalitet. Det er let at bevise, at kvantesammenfiltring ikke kan bruges til øjeblikkeligt at overføre information fra et punkt i rum-tid til et andet. Resultaterne målt på den første partikel er tilfældige; tilstandsændringerne på den anden partikel forårsaget af disse målinger - så øjeblikkelige som de kan være ifølge den københavnske fortolkning af kvantemekanikken og resultaterne af Aspe-eksperimentet - fører til målinger om den anden partikel, der tilsyneladende er lige så tilfældige: nej nyttige oplysninger kan opnås fra målingen, og indtil resultaterne sammenlignes, forbliver korrelationerne uopdagelige. Denne form for eksperiment demonstrerer det uundgåelige behov for et "klassisk" signal i relativistisk forstand for at formidle den information, der er nødvendig for at opdage disse korrelationer. Uden dette signal kan intet transmitteres. Det bestemmer hastigheden af informationsoverførsel, hvilket bekræfter det grundlæggende relativitetsprincip. Som følge heraf er princippet om relativistisk kausalitet fuldt ud foreneligt med resultaterne af EPJ-eksperimenter.

Se også

Teori om skjulte parametre
Superdeterminisme

Noter

↑ 1 2 Bailly. L'intrication quantique confirmée par une expérience de Bell sans faille (fransk) ? . Pour la science (29. oktober 2015). Hentet 2. september 2016. Arkiveret fra originalen 24. september 2018. (ubestemt)
↑ Nikseresht, Iraj. La physique quantique: oprindelse, fortolkninger og kritik (fransk) . - Paris: Ellipses, 2005. - S. 235. - ISBN 978-2-7298-2366-5 .
↑ Alan; Aspekt. Foreslået eksperiment for at teste kvantemekanikkens uadskillelighed (engelsk) // Physical Review D : journal. - 1976. - 15. oktober ( bind 14 , nr. 8 ). - P. 1944-1951 . - doi : 10.1103/PhysRevD.14.1944 .
↑ Se for eksempel Corrélations, Causalité, Réalité Arkiveret 25. november 2018 på Wayback Machine (på fransk).
↑ 1 2 Hiley, BJ; Bohm, David. Det udelte univers: en ontologisk fortolkning af kvanteteori . - New York: Routledge , 1993. - S. 157-158. - ISBN 978-0-415-06588-7 .
↑ 1 2 John Bell Inequality Video Arkiveret 14. november 2019 på Wayback Machine . 22. januar 1990.
↑ D'Einstein à la telepathie . Hentet 23. februar 2011. Arkiveret fra originalen 23. februar 2011. (ubestemt)