Aspe erfarenhet

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 mars 2021; kontroller kräver 19 redigeringar .

Aspes experiment var det första experimentet inom kvantmekanik för att demonstrera kränkningen av Bells ojämlikheter . Hans obestridliga resultat möjliggjorde ytterligare testning av principerna för kvantförsnärjning och lokalitet . Det blev också ett experimentellt svar på EPR-paradoxen , som föreslogs för ungefär femtio år sedan av Albert Einstein , Boris Podolsky och Nathan Rosen .

Experimentet utfördes av den franske fysikern Alain Aspe vid École d'Supérieure OPTIQUE mellan 1980 och 1982. Det vetenskapliga samfundet insåg omedelbart vikten av upplevelsen, han var på omslaget till den populärvetenskapliga tidskriften Scientific American . Även om Aspes metod presenterar ett potentiellt fel, kryphål , anses hans resultat vara avgörande och har lett till många andra experiment som har bekräftat Aspes ursprungliga erfarenhet [1] .

Aspes experiment (1980-1982)

1975, eftersom det fortfarande inte fanns något avgörande experiment för att testa kränkningar av Bells ojämlikheter och giltigheten av kvantintrassling, föreslog Alain Aspe ett ganska rigoröst experiment i ett papper: ett föreslaget experiment för att testa kvantmekanikens oskiljbarhet . [2] [3]

Alain Aspe , för sin övertygelse, detaljerade sitt experiment på detta sätt:

Källan till intrasslade partiklar bör vara idealisk när det gäller att minska experimentets varaktighet och säkerställa att kränkningen av Bells ojämlikheter är så tydlig som möjligt.
Den ska inte bara visa korrelationerna i mätresultaten, utan också visa att dessa korrelationer verkligen är resultatet av en kvanteffekt (och därför en momentan effekt) och inte en klassisk subluminal effekt.
Den experimentella designen bör så nära som möjligt matcha John Bells för att visa hans ojämlikheter så att matchningen mellan uppmätta och förutspådda resultat är så nära som möjligt.

John Bells "ideala" schema

Illustrationen ovan visar kretsdiagrammet där John Bell demonstrerade sin ojämlikhet: källan till intrasslade fotoner S avger samtidigt två fotoner och , vars polarisering är förberedd så att tillståndsvektorn för båda fotoner: $\nu 1$ $\nu 2$

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

Denna formel betyder helt enkelt att fotonerna är i ett tillstånd av superposition : de är båda vertikalt, horisontellt eller linjärt polariserade med lika sannolikhet.

Dessa två fotoner mäts sedan med två polarisatorer P1 och P2, var och en med justerbar mätvinkel: α och β. Mätresultatet för varje polarisator kan vara (+) eller (-) beroende på om den uppmätta polarisationen är parallell eller vinkelrät mot polarisatorns mätvinkel.

En anmärkningsvärd punkt är att polarisatorerna som presenteras för detta ideala experiment ger ett mätbart resultat i både (-) och (+) situationer. Alla riktiga polarisatorer klarar inte av detta: vissa upptäcker till exempel (+) situationen, men kan inte detektera något i (-) situationen (fotonen lämnar aldrig polarisatorn). I de första experimenten användes den senare typen av polarisator. Alain Aspes polarisatorer klarar mycket bättre av att upptäcka båda fallen och är därför mycket närmare ett idealiskt experiment.

Med tanke på enheten och det initiala polarisationstillståndet som ges till fotoner, kan kvantmekaniken förutsäga sannolikheterna för att mäta (+, +), (-, -), (+, -) och (-, +) på polarisatorer (P1, P2) orienterad mot vinklarna (α, β):

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

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

Den maximala överträdelsen av Bells ojämlikheter förutsägs för | α-β | = 22,5°

Erfarenhetsresultat

Bells ojämlikheter upprättar en teoretisk kurva för antalet korrelationer (++ eller --) mellan två detektorer med avseende på detektorernas vinkel . Formen på kurvan kännetecknar kränkningar av Bells ojämlikheter. Mätningar som motsvarar kurvans form fastställde kvantitativt och kvalitativt ett brott mot Bells ojämlikheter. $(\alpha -\beta )$

Aspes experiment bekräftade otvetydigt kränkningen, som förutspåtts av Köpenhamnstolkningen av kvantmekanik, och undergrävde därigenom Einsteins lokala realism inom kvantmekanik och dolda lokala variabelscenarier . Förutom bekräftelse bekräftades överträdelsen på exakt det sätt som förutspåtts av kvantmekaniken , med statistisk överensstämmelse upp till 40 standardavvikelser .

Med tanke på den tekniska kvaliteten på upplevelsen, det noggranna undvikandet av experimentella artefakter och den kvasi-perfekta statistiska överenskommelsen, övertygade denna erfarenhet det vetenskapliga samfundet i stort om att kvantmekaniken hade brutit mot Bells ojämlikheter och därför att kvantfysiken är icke-lokal .

Erfarenhetsgränser

Efter att ha fått resultaten försökte några fysiker hitta brister i Aspes erfarenhet och hitta möjligheter till förbättringar för att motverka kritiken.

Några möjliga teoretiska invändningar mot experimentupplägget:

den kvasi-periodiska aspekten av shuntoscillationerna hindrar upplevelsens giltighet eftersom den kan orsaka korrelationer genom kvasisynkronisering som är ett resultat av två riktningar;
korrelationer (+, +), (-, -), etc. beräknades i realtid vid tidpunkten för detektion. Därför var två (+) och (-) kanaler för varje polarisator sammankopplade med fysiska kretsar. Det fanns möjlighet till inducerade korrelationer.

Ett idealiskt experiment, som skulle förneka alla tänkbara möjligheter till inducerade korrelationer, skulle:

använd rent slumpmässig shuntning;
registrera resultat (+) eller (-) på varje sida av enheten utan någon fysisk koppling mellan de två sidorna. Korrelationer beräknas efter experimentet genom att jämföra de registrerade resultaten från båda parter.

Erfarenhetsförhållandena lider också av [1] upptäcktskryphål .

Slutsats

För närvarande (2018) är kränkningen av Bells ojämlikheter i kvantmekanik tydligt etablerad . Bells ojämlikhetskränkning används också för vissa kvantkryptografiprotokoll , där närvaron av en spion upptäcks genom att stoppa Bells ojämlikhetskränkningar.

Som en konsekvens måste kvant -icke-lokalitet och intrassling erkännas .

Utmanar Aspes erfarenhet det relativistiska orsakssambandet?

Frågan väcks av den utbredda uppfattningen att "ett kvantobjekt är ett tillstånd som omedelbart beror på tillståndet hos ett annat objekt som det är intrasslat med." Denna introduktion av "icke-lokalt inflytande" används ofta i populärvetenskapliga tidskrifter, och även (avsiktligt) av vissa vetenskapsmän som ansluter sig till realism , inklusive Alain Aspe själv och Bernard d'Espagnate . [fyra]

Det finns tre alternativ:

För det första bör försöksledare endast använda beräkningar med resultat som överensstämmer med experiment, utan att tillgripa en förklaring som härrör från vår "makroskopiska" logik. Detta tillvägagångssätt, härlett från Köpenhamnstolkningen , är det mest accepterade bland fysiker. Den bygger på att ingen förklaring av EPR- fenomen leder till tester eller mätbara förutsägelser. Som en konsekvens tror de flesta fysiker att förklaringar till denna erfarenhet ligger utanför vetenskapens räckvidd (se Karl Poppers falsifikationskriterium ). De flesta av förklaringarna saknar egentligen teoretisk formalisering. Därför används ett empiriskt förhållningssätt, och det syftar till att undvika att gå utanför det vetenskapliga området. I sitt arbete "The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory" anser fysikerna David Bohm och Basil Haley att invändningar mot principen om icke-lokalitet är grundlösa [5] . Som svar på dem som ser acceptansen av icke-lokalitet som ett hinder för vetenskaplig isolering och observation av ett visst objekt, hävdar Bohm och Haley att i den makroskopiska världen är denna vetenskap möjlig eftersom lokalitet inte är väsentlig : tolkningen tillåter samma grad av system separerbarhet som krävs för "riktigt vetenskapligt arbete. Att jämföra speciell relativitet med icke-lokalitet (se EPR-paradoxen ) är svårare, men Bohm påpekar liksom John Stuart Bell [6] att signalering inte spelar någon roll i begreppet icke-lokalitet.

Bohm och Haley, liksom Bell, ser andra faktorer utöver vetenskapliga när det gäller att avvisa icke-lokalitet:

John Bell: Föreläsning på CERN (1990).	Haley och Bohm: Om invändningar mot begreppet icke-lokalitet. (1993)
Bara tanken på läskig handling på avstånd avvisar fysiker. Om jag hade en timme skulle jag bombardera dig med citat från Newton, Einstein, Bohr och alla dessa fantastiska människor. Jag skulle berätta hur otänkbart det är att kunna förändra en avlägsen situation genom att göra något här. Jag tror att kvantmekanikens grundare inte riktigt behövde Einsteins argument om behovet av att utesluta åtgärder på distans, eftersom de letade någon annanstans. Tanken på determinism eller handling på avstånd var så äcklig för dem att de vände sig bort. Tja, det är en tradition, och vi måste lära oss ibland i livet för att lära oss nya traditioner. Och det kan vara så att vi inte så mycket måste acceptera handlingar på distans, utan också acceptera otillräckligheten av "brist på agerande på distans". [6]	[Invändningarna mot icke-lokalitet] verkar mer eller mindre överensstämma med de fördomar som råder inom modern vetenskap. […] I de tidigaste stadierna av vetenskapens utveckling fanns det ett långt argument för att släppa det som mycket väl kunde uppfattas som primitiv vidskepelse och magiska föreställningar. Icke-lokalitet var helt klart nyckelbegreppet. Det kan finnas en djupt rotad rädsla för tanken på att icke-lokalitet åter öppnar dammluckorna som skyddar oss från vad som uppfattas som irrationella tankar som ligger under ytan av den samtida kulturen. Även om det vore så skulle det inte vara ett giltigt argument mot icke-lokalitet [5]

Den andra möjligheten är att intrassling har "förenat" de två objekten som finns i interaktionen: de två objekten förblir "ett" trots sitt rumsliga avstånd (" Bernard d'Espagnats icke-lokalitet "). Denna distansering kan till och med vara tidsmässig: den är i grunden rumslig och tidsmässig. För närvarande finns det ingen förklaring till vad som anses vara resultatet av ett experiment, och inte en förklaring eller tolkning av detta resultat. Detta tillvägagångssätt, som syftar till att förklara fakta i ett experiment, är det rationalistiska tillvägagångssättet .
Det tredje alternativet är att ändra vår uppfattning om kausalitet och acceptera principen om retrograd kausalitet (kausalflöde från framtiden till det förflutna), som dock inte kan jämföras med de klassiska filosofernas "teleologiska" " yttersta orsak " . Ingen kan orientera händelser efter syfte: bakåtkausalitetens natur är identisk med kausaliteten som vi förstår den (de klassiska filosofernas "effektiva kausalitet"), förutom att den flyter bakåt i förhållande till tiden och kan "lägga till" sig själv till "klassisk" kausalitet. Denna tolkning kräver att tidens irreversibla natur endast är sann på en makroskopisk skala ( termodynamikens andra lag ). Många fysiker motsätter sig denna idé, till exempel fysikern och filosofen Etienne Klein, som påpekar att tidsaxeln , säger han, är inskriven i partikelfysikens symmetri. Denna tolkning har viss framgång bland dem som utvecklar esoteriska tolkningar av experimentet, och använder det för parapsykologiska fenomen (diskutabelt i det vetenskapliga samfundet, särskilt precognition . Olivier Costa de Beauregard är känd för att försvara sådana teser. [7] ) Men denna tolkning är tydligt . motsäger resultaten av experimentet, eftersom de oftast utfördes: världslinjen som förbinder händelserna "dimension P1" och "dimension P2" i rum-tid är en krökning av rymden . I själva verket, för att motbevisa en möjlig alternativ tolkning av korrelationerna som observerades i dessa experiment, var försöksledarna tvungna att visa att relativistisk "kausalitet" åtminstone delvis inte kunde förklara dessa resultat som ingår i scenarierna, såsom: fotonen informerar foton med hjälp av något av en relativistisk process om dess kvanttillstånd efter den första mätningen...". Det är dock helt klart att försöksledarens försiktighetsåtgärder för att ta bort alla relativistiska "orsaksförklaringar" samtidigt eliminerar, enligt den rådande åsikten, alla " retro-causal" förklaring. Slutligen, för anhängarna av det ledande begreppet, är detta begrepp en gissningstolkning och gäller inte riktigt existerande experiment, enligt deras åsikt leder det till tolkningar i framkanten av vetenskapen, eller till och med pseudovetenskap , och involverar kvantmekanik i en kontrovers som den inte tillhör. $\nu 1$ $\nu 2$

Ingen fysiker tror att resultaten av EPR-experimentet i allmänhet och Aspe-experimentet i synnerhet - helt i enlighet med Köpenhamnstolkningen av kvantmekaniken - på något sätt utmanar relativitetsprincipen, enligt vilken det inte finns någon form av energi (materia). eller kraft), och därför kan ingen användbar information färdas snabbare än ljusets hastighet och som ett resultat utmanar den inte den härledda principen om relativistisk kausalitet. Det är lätt att bevisa att kvantintrassling inte kan användas för att omedelbart överföra information från en punkt i rum-tid till en annan. Resultaten uppmätta på den första partikeln är slumpmässiga; tillståndsförändringarna på den andra partikeln orsakade av dessa mätningar – så omedelbara som de kan vara enligt Köpenhamnstolkningen av kvantmekaniken och resultaten av Aspe-experimentet – leder till mätningar om den andra partikeln som tydligen är lika slumpmässiga: nej användbar information kan erhållas från mätningen, och tills resultaten jämförs förblir korrelationerna oupptäckbara. Denna typ av experiment visar det oundvikliga behovet av en "klassisk" signal i relativistisk mening för att förmedla den information som behövs för att upptäcka dessa korrelationer. Utan denna signal kan ingenting sändas. Det bestämmer hastigheten för informationsöverföring, vilket bekräftar den grundläggande relativitetsprincipen. Som ett resultat är principen om relativistisk kausalitet helt förenlig med resultaten av EPR-experiment.

Se även

Teori om dolda parametrar
Superdeterminism

Anteckningar

↑ 1 2 Bailly. L'intrication quantique confirmée par une expérience de Bell sans faille (franska) ? . Pour la science (29 oktober 2015). Hämtad 2 september 2016. Arkiverad från originalet 24 september 2018. (obestämd)
↑ Nikseresht, Iraj. La physique quantique: ursprung, tolkningar och kritik (franska) . - Paris: Ellipses, 2005. - S. 235. - ISBN 978-2-7298-2366-5 .
↑ Alan; Aspekt. Föreslaget experiment för att testa kvantmekanikens icke-separerbarhet (engelska) // Physical Review D : journal. - 1976. - 15 oktober ( vol. 14 , nr 8 ). - P. 1944-1951 . - doi : 10.1103/PhysRevD.14.1944 .
↑ Se till exempel Corrélations, Causalité, Réalité Arkiverad 25 november 2018 på Wayback Machine (på franska).
↑ 1 2 Hiley, BJ; Bohm, David. Det odelade universum: en ontologisk tolkning av kvantteorin . - New York: Routledge , 1993. - S. 157-158. - ISBN 978-0-415-06588-7 .
↑ 1 2 John Bell Inequality Video Arkiverad 14 november 2019 på Wayback Machine . 22 januari 1990.
↑ D'Einstein à la telepathie . Hämtad 23 februari 2011. Arkiverad från originalet 23 februari 2011. (obestämd)

Länkar

Videokonferens om kvantoptik (17 minuter), Alain Aspe , forskningschef vid Institute of Optics i Orsay (på franska).
Center for Quantum Philosophy Arkiverad 28 oktober 2019 på Wayback Machine