Eksperyment Aspecta

Eksperyment Aspecta był pierwszym eksperymentem mechaniki kwantowej , który wykazał naruszenie nierówności Bella . Jego wynik z 1982 roku pozwolił na dalszą weryfikację splątania kwantowego i lokalności . Oferowała również eksperymentalną odpowiedź na paradoks Alberta Einsteina , Borysa Podolskiego i Nathana Rosena , który został zaproponowany około pięćdziesiąt lat wcześniej.

Eksperyment był prowadzony przez francuskiego fizyka Alaina Aspecta w École supérieure d'optique w Orsay w latach 1980-1982. Jego znaczenie zostało natychmiast docenione przez społeczność naukową. Chociaż metodologia przeprowadzona przez Aspecta ma potencjalną wadę, lukę w wykrywaniu , jego wynik jest uważany za decydujący i doprowadził do wielu innych eksperymentów (tzw. eksperymenty testowe Bella ), które potwierdziły oryginalny eksperyment Aspecta.

Za swoją pracę nad tym tematem Aspect otrzymał część Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2022 roku .

Kontekst naukowy i historyczny

Eksperyment musi być umieszczony w kontekście historycznym i naukowym, aby został w pełni zrozumiany.

Splątanie, paradoks EPR i nierówności Bella

Splątanie kwantowe

Splątanie kwantowe to zjawisko, które po raz pierwszy opisał Erwin Schrödinger w 1935 roku.

Mechanika kwantowa mówi, że kiedy dwa oddzielne systemy kwantowe (na przykład dwie cząstki) wchodzą w interakcję lub jeśli mają wspólne pochodzenie, nie można ich uważać za dwa niezależne systemy. Formalizm mechaniki kwantowej postuluje, że jeśli pierwszy system posiada ${\ Displaystyle | \ psi \ rangle}$ stan, a drugi za ${\ Displaystyle | \ phi \ rangle}$ , to początkowy system złożony może być reprezentowany przez iloczyn tensorowy obu stanów: ${\ Displaystyle | \ psi \ rangle | \ phi \ rangle}$ . Gdy dojdzie do interakcji i splątanie dwóch systemów, nowy złożony stan systemu, powiedzmy ${\ Displaystyle | \ Psi \ rangle}$ , nie może być już zapisywane jako iloczyn tensorowy dwóch oddzielnych, indywidualnych stanów. Charakterystyczną oznaką splątania jest to, że mamy globalne zrozumienie właściwości układu złożonego i wewnętrzny brak wiedzy o dwóch pierwotnych oddzielnych stanach. Fizyczna odległość między dwoma systemami nie odgrywa żadnej roli w stanie splątanym (ponieważ nie występuje żadna zmienna położenia). Splątany stan kwantowy pozostaje identyczny — wszystko inne jest równe — niezależnie od odległości między obydwoma systemami.

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

Paradoks EPR

Wynik eksperymentu mógł zaszokować Alberta Einsteina (zmarł w 1955 roku na długo przed przeprowadzeniem eksperymentu), który miał lokalny, realistyczny pogląd na fizykę. Jego światopogląd doprowadził go do wniosku, że jeśli akt pomiaru wpływa na oba układy, to istnieje wpływ zdolny do rozprzestrzeniania się z jednego układu do drugiego z prędkością nieograniczoną prędkością światła . Formalizm mechaniki kwantowej przewiduje, że wpływ pomiaru elementów splątanego układu ma natychmiastowy wpływ na oba elementy, niezależnie od odległości.

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

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

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

Równoczesność obu systemów, bez względu na to, jakie jest jej znaczenie, można było zaobserwować jedynie poprzez porównanie dwóch odległych pomiarów, w ramach ograniczeń prędkości światła. Wpływ równoczesności nie może być przyczynowy ani przekazywać informacji (co sprowadza się do tego samego). Właściwość ta 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 wymierne efekty eksperymentów EPR. To są słynne nierówności Bella . Te nierówności są relacjami ilościowymi, które należy zweryfikować, mierząc korelacje między systemami, które w pełni przestrzegają relatywistycznej przyczynowości . Jakiekolwiek naruszenie tych nierówności pozwoliłoby na natychmiastowe zdalne oddziaływanie.

Te nierówności pozwoliły fizykom usunąć jedną z dwóch przeszkód uniemożliwiających eksperymenty EPR. Jednak w 1964 roku dostępne środki techniczne były wciąż niewystarczające do faktycznego podjęcia eksperymentu.

Pierwsze testy nierówności Bella

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

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

Eksperymenty te w szczególności cierpiały 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 tak wrażliwych eksperymentów jak ten. Oba wyniki były więc wątpliwe.

W 1976 roku ten sam eksperyment powtórzono w Houston, używając lepszego i wydajniejszego źródła splątanych fotonów, co pozwoliło skrócić czas trwania eksperymentu do 80 minut. W zamian fotony nie były optymalnie spolaryzowane, co uniemożliwiło wyraźne pojawienie się nierówności Bella. Eksperyment ujawnił jednak naruszenie nierówności Bella, chociaż było ono zbyt słabe, aby stanowić ostateczną odpowiedź.

Ponadto, a przede wszystkim, eksperymenty te nie były wystarczająco szczegółowe, aby wykluczyć możliwość korelacji (które pociągają za sobą naruszenie nierówności Bella) z powodu jakiegoś klasycznego, wolniejszego od światła wpływu lub propagacji sygnału między dwiema cząstkami.

Ostatecznie schemat eksperymentalny zastosowany w tych eksperymentach był daleki od „idealnego” schematu, którego użył John Bell do zademonstrowania swoich nierówności: dlatego nie było pewności, że nierówności Bella można zastosować tak, jak w takich eksperymentach.

Eksperymenty aspektu (1980-1982)

W 1975 roku, ponieważ nadal brakowało decydującego eksperymentu opartego na pogwałceniu nierówności Bella i weryfikacji prawdziwości splątania kwantowego, Alain Aspect zaproponował w artykule eksperyment na tyle skrupulatny, aby był niepodważalny: Proponowany eksperyment do testowania nierozdzielności mechaniki kwantowej .

Alain Aspect określił 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 pokazywać korelacje w pomiarach, ale także wykazać, że te korelacje są rzeczywiście wynikiem efektu kwantowego (a co za tym idzie natychmiastowego wpływu), a nie klasycznego efektu wolniejszego od światła między dwiema cząstkami.
Schemat eksperymentalny musi jak najbardziej pasować do schematu Johna Bella, aby zademonstrować jego nierówności, tak aby zgodność między zmierzonymi i przewidywanymi wynikami była jak najbardziej znacząca.

Przypomnienie „idealnego” schematu Johna Bella

Powyższa ilustracja przedstawia główny schemat, na podstawie którego John Bell zademonstrował swoje nierówności: źródło splątanych fotonów S jednocześnie emituje dwa fotony, których polaryzacja jest przygotowana tak, że ${\ displaystyle \ nu 1}$ i ${\ displaystyle \ nu 2}$ wektor stanu obu fotonów to:

${\ Displaystyle | \ psi (\ nu 1, \ nu 2) \ rangle = {1 \ ponad {\ sqrt {2}}} \ lewo \ {\ lewo | \ górna część \ górna \ prawa \ rangle +\left|\rightarrow ,\rightarrow \right\rangel \right\}}$

Ta formuła oznacza po prostu, że fotony są w stanie superpozycji : oba są na polaryzacji pionowej, poziomej lub liniowej z równym prawdopodobieństwem.

Te dwa fotony są następnie mierzone za pomocą dwóch polaryzatorów P1 i P2, każdy z konfigurowalnym kątem pomiaru: α i β. wynik pomiaru każdego polaryzatora może być (+) lub (-) w zależności od tego, czy zmierzona 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 na przykład wykrywają 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 znacznie lepiej wykrywają oba scenariusze, a zatem są znacznie bliższe idealnemu eksperymentowi.

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

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

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

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

Opis układu eksperymentalnego

Alain Aspect (przy godnej uwagi współpracy fizyków Philippe'a Grangiera, Gérarda Rogera i Jeana Dalibarda ) przeprowadził kilka coraz bardziej złożonych eksperymentów w latach 1980-1982.

Tutaj zostanie opisany tylko jego najbardziej złożony eksperyment, który miał miejsce w 1982 roku i który jest najbliższy pierwotnym specyfikacjom.

Źródło fotonów

Pierwsze eksperymenty testujące nierówności Bella posiadały źródła fotonów o niskim natężeniu i wymagały nieprzerwanego tygodnia. Jedno z pierwszych ulepszeń Alaina Aspecta polegało na wykorzystaniu źródła fotonów o kilka rzędów wielkości wydajniejszego. To źródło pozwalało na wykrywanie z szybkością 100 fotonów na sekundę, skracając tym samym długość eksperymentu do 100 sekund .

Zastosowanym źródłem jest radiacyjna kaskada wapniowa , wzbudzana laserem kryptonowym.

Polaryzatory z regulowaną zmienną orientacją i w pozycji zdalnej

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

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 tej samej konfiguracji i mogą wpływać na siebie nawzajem poprzez różne obwody urządzenia eksperymentalnego i generować korelacje podczas pomiaru.

Można więc sobie wyobrazić, że stała orientacja polaryzatorów wpływa w taki czy inny sposób na stan emitowanej pary fotonów. W takim przypadku korelacje między wynikami pomiarów można wyjaśnić ukrytymi zmiennymi w fotonach, podczas ich emisji. Alain Aspects wspomniał o tych obserwacjach samemu Johnowi Bellowi. ^{[ potrzebne źródło ]}

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

Ta metoda zapewnia, że orientacja polaryzatorów podczas emisji nie ma wpływu na wynik (ponieważ orientacja jest jeszcze nieokreślona podczas emisji). Zapewnia to również, że polaryzatory nie wpływają na siebie nawzajem, będąc zbyt daleko od siebie.

W rezultacie zestaw eksperymentalny Aspect ma polaryzatory P1 i P2 ustawione w odległości 6 metrów od źródła i 12 metrów od siebie. Przy tej konfiguracji między emisją fotonów a ich wykryciem upływa tylko 20 nanosekund. W tym niezwykle krótkim czasie eksperymentator musi zdecydować o orientacji polaryzatorów, a następnie je zorientować.

Ponieważ zmiana orientacji polaryzatora w takim przedziale czasu jest fizycznie niemożliwa, zastosowano dwa polaryzatory — po jednym z każdej strony — i wstępnie zorientowano je w różnych kierunkach. Bocznikowanie o wysokiej częstotliwości losowo zorientowane w kierunku jednego lub drugiego polaryzatora. Konfiguracja odpowiadała jednemu polaryzatorowi z losowo nachylonym kątem polaryzacji.

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

Polaryzatory dwukanałowe

Inną ważną cechą eksperymentu z 1982 roku było użycie polaryzatorów dwukanałowych, co pozwoliło na uzyskanie wymiernego wyniku w sytuacjach (+) i (-). Polaryzatory używane do czasu eksperymentu Aspecta mogły wykryć sytuację (+), ale nie sytuację (-). Te jednokanałowe polaryzatory miały dwie główne niedogodności:

Sytuacja (-) była trudna do odróżnienia od błędu eksperymentu.
Trzeba było je skrupulatnie skalibrować.

Dwukanałowe polaryzatory Aspect użyte w jego eksperymencie pozwoliły uniknąć tych dwóch niedogodności i pozwoliły mu bezpośrednio użyć wzorów Bella do obliczenia nierówności.

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

Wyniki eksperymentu

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

Eksperymenty Aspecta jednoznacznie potwierdziły naruszenie, zgodnie z przewidywaniami kopenhaskiej interpretacji fizyki kwantowej, podważając w ten sposób lokalny realistyczny pogląd Einsteina na mechanikę kwantową i scenariusze lokalnych zmiennych ukrytych . Oprócz potwierdzenia, naruszenie zostało potwierdzone dokładnie w sposób przewidziany przez mechanikę kwantową , ze statystyczną zgodnością do 242 odchyleń standardowych .

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

Granice eksperymentu

Po wynikach niektórzy fizycy słusznie próbowali szukać błędów w eksperymencie Aspecta i dowiedzieć się, jak go ulepszyć, aby oprzeć się krytyce.

Można podnieść pewne teoretyczne zastrzeżenia wobec konfiguracji:

quasi-okresowość oscylacji bocznikujących utrudnia ważność eksperymentu, ponieważ może indukować korelacje poprzez quasi-synchronizację wynikającą z dwóch odniesień;
korelacje (+,+), (−,−) itd. zliczano w czasie rzeczywistym, w momencie wykrycia. Dwa kanały (+) i (-) każdego polaryzatora były zatem połączone obwodami fizycznymi. Po raz kolejny można wywołać korelacje.

Idealny eksperyment, który negowałby jakąkolwiek możliwą do wyobrażenia możliwość korelacji indukowanych, powinien:

używaj czysto losowego manewrowania;
zapisz wyniki (+) lub (-) po każdej stronie urządzenia, bez fizycznego połączenia między tymi dwiema stronami. Korelacje byłyby obliczane po eksperymencie, porównując zarejestrowane wyniki obu stron.

Warunki eksperymentu również ucierpiały z powodu luki w wykrywaniu .

Ostatnie eksperymenty

Wspomniane luki można było rozwiązać dopiero od 1998 roku. W międzyczasie powtórzono eksperyment Aspecta i systematycznie potwierdzano łamanie nierówności Bella, ze statystyczną pewnością do 100 odchyleń standardowych .

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

W 1998 roku w eksperymencie genewskim przetestowano korelację między dwoma detektorami oddalonymi od siebie o 30 kilometrów za pomocą szwajcarskiej światłowodowej sieci telekomunikacyjnej. Odległość dawała więcej czasu na przeliczenie kątów polaryzatorów. Dlatego możliwe było przeprowadzenie całkowicie losowego manewrowania. Dodatkowo dwa odległe polaryzatory były całkowicie niezależne. Pomiary rejestrowano z każdej strony i porównywano po eksperymencie, datując każdy pomiar za pomocą zegara atomowego. Łamanie nierówności Bella zostało ponownie zweryfikowane w ścisłych i praktycznie idealnych warunkach. Jeśli eksperyment Aspecta sugerował, że hipotetyczny sygnał koordynacyjny porusza się dwa razy szybciej niż c , Genewa osiągnęła 10 milionów razy c . ^{[ potrzebne źródło ]}

Boulder przeprowadzono eksperyment dotyczący splątania uwięzionych jonów przy użyciu bardzo wydajnej metody wykrywania 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 układach odniesienia, zgodnie ze szczególną teorią względności ( ta odwrócenie jest możliwe tylko dla zdarzeń bez związku przyczynowego). Prędkości są tak dobrane, że gdy foton odbija się lub przechodzi przez półprzeźroczyste zwierciadło, drugi foton już przeszedł lub został odbity z punktu widzenia układu odniesienia przymocowanego do zwierciadła. To konfiguracja „po-po”, w której fale dźwiękowe pełnią rolę półprzeźroczystych zwierciadeł.

Inna testowana konfiguracja pozwala na odbiór każdego fotonu przez poruszający się 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 w szczególności naruszone w tym eksperymencie.

Od 2015 roku wyraźnie stwierdzono naruszenie nierówności Bella przez fizykę kwantową . Należy zatem rozpoznać kwantową nielokalność i splątanie .

Przyczynowość relatywistyczna

Pytanie, czy eksperyment Aspecta podważa relatywistyczną przyczynowość, jest podnoszone przez szeroko rozpowszechnioną koncepcję, że „obiekt kwantowy przedstawia stan, który natychmiast zależy od stanu innego obiektu, z którym został splątany”. To wprowadzenie „nielokalnego wpływu” jest często używane w czasopismach popularnonaukowych, ale także (celowo) przez niektórych naukowców wyznających realizm , takich jak sam Alain Aspect czy Bernard d'Espagnat .

W takim razie istnieją trzy możliwości:

Po pierwsze, eksperymentatorzy powinni używać obliczeń tylko z wynikami zgodnymi z eksperymentem, bez odwoływania się do wyjaśnień wynikających 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 wymiernych prognoz. W rezultacie większość fizyków uważa, że wyjaśnienia tego eksperymentu wykraczają poza dziedzinę nauki (patrz kryterium falsyfikacji Karla Poppera ). Większości wyjaśnień rzeczywiście brakuje formalizacji teoretycznej, a te, które jej nie mają, nie sugerują wymiernych weryfikacji. W grę wchodzi zatem podejście empiryczne, które ma na celu uniknięcie jakiegokolwiek poślizgu poza polem naukowym [ ^{potrzebne źródło ]} . W swojej pracy The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory fizycy David Bohm i Basil Hiley uważają zarzuty wobec zasady nielokalności za bezpodstawne. W odpowiedzi tym, którzy uważają akceptację nielokalności za przeszkodę w naukowej izolacji i obserwacji dowolnego obiektu, Bohm i Hiley argumentują, że w świecie makroskopowym nauka ta jest możliwa, ponieważ skutki nielokalności nie są znaczący : interpretacja pozwala na dokładnie taki sam stopień rozdzielności systemu, jaki jest wymagany w przypadku „rzeczywistej pracy naukowej”. Powiązanie teorii szczególnej teorii względności z nielokalnością (patrz paradoks EPR ) jest bardziej złożoną sprawą, ale Bohm, podobnie jak John Stewart Bell , zwraca uwagę, że transmisja sygnałów nie jest tym, co wchodzi w grę w pojęciu nielokalności .

Bohm i Hiley, podobnie jak Bell, dostrzegają czynniki pozanaukowe w odrzuceniu nielokalności:

John Bell: Wykład w CERN (1990).	Hiley i Bohm: O zarzutach wobec koncepcji nielokalności. (1993)
[Sam] sam pomysł upiornego działania na odległość jest odrażający dla fizyków. Gdybym miał godzinę, zalałbym cię Newtonem, Einsteinem, Bohrem i wszystkimi cytatami innych wielkich ludzi. Powiedziałbym ci, jak nie do pomyślenia jest możliwość zmiany odległej sytuacji, robiąc coś tutaj. Myślę, że ojcowie założyciele mechaniki kwantowej tak naprawdę nie potrzebowali argumentów Einsteina o konieczności wykluczenia działania na odległość, bo szukali gdzie indziej. Idea determinizmu lub działania na odległość była dla nich tak odrażająca, że odwracali wzrok. Cóż, to tradycja, a czasami w życiu musimy nauczyć się poznawać nowe tradycje. I może się tak zdarzyć, że musimy nie tyle zaakceptować działanie na odległość, ile zaakceptować niewystarczalność „żadnego działania na odległość”.	[Zarzuty wobec nielokalizacji] wydają się być mniej więcej w rodzaju przesądu, który rozwinął się wraz ze współczesną nauką. [...] W najwcześniejszych stadiach rozwoju nauki długo dyskutowano o porzuceniu tego, co równie dobrze mogło być postrzegane jako prymitywne przesądy i pojęcia magiczne. Nielokalność była wyraźnie kluczowym pojęciem. Może pozostać głęboko zakorzeniony lęk przed ideą nielokalności, otwierającą ponownie śluzy chroniące nas przed tym, co postrzegane jest jako irracjonalne myślenie, kryjące się pod powierzchnią współczesnej kultury. Nawet gdyby tak było, nie byłby to ważny argument przeciwko nielokalności

nielokalność Bernarda d'Espagnata” ). To zdystansowanie może w rzeczywistości być nawet czasowe: jest zasadniczo czasoprzestrzenne. Jak dotąd nie istnieje wyjaśnienie tego, co jest uważane za wynik eksperymentu, a nie wyjaśnienie lub interpretacja tego wyniku. To podejście, którego celem jest wyjaśnienie faktów eksperymentalnych, jest podejściem racjonalistów .
Trzeci polega na zmianie naszej koncepcji przyczynowości i zaakceptowaniu zasady przyczynowości wstecznej ( przepływu przyczynowego z przyszłości do przeszłości), której nie można jednak utożsamiać z „teleologiczną” „ przyczyną ostateczną ” klasycznych filozofów . Nie ma nikogo, kto mógłby zorientować wydarzenia zgodnie z celem: natura wstecznej przyczynowości jest identyczna z przyczynowością, jaką pojmujemy („skuteczna przyczynowość” filozofów klasycznych), z wyjątkiem tego, że płynie wstecz w stosunku do czasu i może „dodawać” siebie do „klasycznej” przyczynowości. Ta interpretacja wymaga, aby nieodwracalna natura czasu była prawdziwa tylko w skali makroskopowej ( druga zasada termodynamiki ). Wielu fizyków sprzeciwia się tej idei, na przykład fizyk i filozof Étienne Klein , który wskazuje, że strzałka czasu jest według niego wpisana w symetrie fizyki cząstek elementarnych. Ta interpretacja odniosła pewien sukces wśród tych, którzy opracowują ezoteryczne interpretacje eksperymentu i wykorzystują je do tworzenia parapsychologicznych (kontrowersyjnych w środowisku naukowym, zwłaszcza prekognicji . Olivier Costa de Beauregard słynie z obrony takich tez). zaprzecza wynikom eksperymentu, ponieważ były one najczęściej przeprowadzane: linia świata łącząca zdarzenia „pomiaru P1” i „pomiaru P2” czasoprzestrzeni jest krzywizną 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, włączając w to takie scenariusze jak: foton informuje, jakimkolwiek procesem relatywistycznym, foton o swoim stanie kwantowym po pierwszym pomiarze… $nu 1}$ $displaystyle$ Jest jednak całkowicie jasne, że środki ostrożności eksperymentatorów mające na celu usunięcie wszystkich relatywistycznych wyjaśnień „przyczynowych” usuwają jednocześnie, zgodnie z dominującym poglądem, wszelkie wyjaśnienia „retro-przyczynowe”. Wreszcie, dla zwolenników wiodącej koncepcji, ten typ koncepcji jest domniemaną i tak naprawdę nie odnosi się do istniejących eksperymentów. Ich zdaniem prowadzi to do interpretacji na pograniczu nauki, a nawet pseudonauki i wciąga fizykę kwantową w debatę, do której nie należy.

Żaden fizyk nie uważa, aby wyniki eksperymentu EPR w ogóle, a eksperymentu Aspecta w szczególności — w całkowitej zgodzie z kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej — podważały w jakikolwiek sposób zasadę względności, zgodnie z którą żadna forma energii (materii ani siły ) ), a zatem żadna użyteczna informacja nie może podróżować z prędkością większą niż prędkość światła, ani w konsekwencji nie kwestionuje pochodnej relatywistycznej zasady przyczynowości. Można łatwo udowodnić, że splątania kwantowego nie można wykorzystać do natychmiastowego przesyłania informacji z jednego punktu czasoprzestrzeni do drugiego. Wyniki zmierzone na pierwszej cząstce są przypadkowe; zmiany stanu na drugiej cząstce wywołane przez te pomiary - tak natychmiastowe, jak mogą być, zgodnie z kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej i wynikami eksperymentu Aspecta - prowadzą do wyników pomiarów w odniesieniu do drugiej cząstki, które wydają się równie przypadkowe: brak użytecznych informacji można uzyskać oddzielnie podczas pomiaru, a korelacje pozostają niewykrywalne, dopóki wyniki dwóch serii nie są porównywane. Tego rodzaju eksperyment pokazuje nieuniknioną potrzebę „klasycznego” sygnału w sensie relatywistycznym w celu przesłania informacji niezbędnych do wykrycia tych korelacji. Bez tego sygnału nic nie może być transmitowane. Określa szybkość transmisji informacji, co potwierdza fundamentalną zasadę względności. W rezultacie relatywistyczna zasada przyczynowości jest doskonale zgodna z wynikami eksperymentów EPR.

Zobacz też

Superdeterminizm

przypisy

Bibliografia

Bernard d'Espagnat, Traité de physique et de philosophie , Fayard ISBN 2-213-61190-4 (w języku francuskim). Zobacz rozdział 3. Nierozdzielność 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). Patrz rozdział VIII. Nierozłączność par korelujących.

Linki zewnętrzne

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