Bóg nie gra w kości: Jak Einstein przegrał główny spór w historii fizyki, ale okazał się prorokiem

Opublikowany przez

Bóg nie gra w kości: jak Einstein przegrał główny spór w historii fizyki, ale okazał się prorokiem

[To tekst o filozofii fizyki. Za trudny dla laików. Sprawa JEST ZA TRUDNA DLA zwykłych fizyków. Ale usiłujemy zrozumieć choć małą część Zamysłu Boga.

Zdołałem poprawić jedynie część błędów tłumacza.. . Mirosław Dakowski. ]

Gruzji Łazariew tolk.ws/@uralets

Refleksje na temat różnych pomysłów zebranych z książek, nauki i filmów

Opublikowano 18 maja

Alberta Einsteina. Dla całego świata jest symbolem geniuszu, autorem teorii względności i formuły E=mc2. Jednak niewiele osób wie, że Einstein był najbardziej zaciekłym krytykiem mechaniki kwantowej. Tak, osoba, która otrzymała Nagrodę Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego (zjawiska kwantowego przecież !@) do końca życia, nie chciała uwierzyć, że Wszechświat został zbudowany na czystym prawdopodobieństwie.

„Bóg nie gra w kości” – to zdanie, wrzucone w spór z Nielsem Bohrem, stało się symbolem największego konfliktu intelektualnego XX wieku. W tym artykule przeanalizujemy historię eksperymentalną, która rozpoczęła się od doświadczenia psychicznego Einsteina w 1935 roku, a zakończyła na dowód najdziwniejszej cechy rzeczywistości: nielokalności.

Jak Einstein „złamał” prędkość światła jeszcze przed kłótnią

Aby zrozumieć horror Einsteina nad mechaniką kwantową, musimy pamiętać, jak „uszeregował” grawitację Newtona.

Newton wierzył w zasięgu ręki. Gdyby Słońce nagle zniknęło, wzdłuż Newton, Ziemia natychmiast wykoleiłaby się z orbity. Einstein był oburzony. Wyobraź sobie poruszającego obserwatora: dla niego efekt (odejście ziemi) może pojawić się przed przyczyną (zniknięcie Słońca). To paradoks.

Decyzja Einsteina jest ogólną teorią względności. Grawitacja nie jest siłą natychmiastową, ale krzywizną czasoprzestrzeni. Zmiany rozchodzą się jako fale z prędkością końcową (prędkość światła). Taka jest zasada lokalmności: powód zawsze poprzedza dochodzenie dla wszystkich obserwatorów. Prędkość światła jest absolutną granicą.

Po skorygowaniu grawitacji Einstein zajął się fizyką kwantową. I odkrył, że ona… naruszyła tę świętą zasadę.

Eksperyment myślowy, który przyciągnął Bohra (1927)

Słynna fotografia Kongresu Solvevsky z 1927 roku zgromadziła wszystkich ojców założycieli mechaniki kwantowej. Einstein powiedział, że teoria jest niepełna. Jego argumentacja była prosta i elegancka.

  1. Problem. Mechanika kwantowa opisuje cząstkę z funkcją falową. Prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w punkcie to kwadrat amplitudy fali w tym punkcie.
  2. Załamanie. Kiedy przeprowadzamy pomiar i znajdujemy elektron w jednym miejscu, funkcja fali natychmiast zmienia się w zero we wszystkich innych miejscach we wszechświecie. W przeciwnym razie istniałaby szansa na znalezienie tego samego elektronu wszędzie.
  3. Wniosek Einsteina. Jest to natychmiastowa zmiana funkcji falowej w dowolnej odległości – „zasięg duchowy”. Łamie zasadę względności zakazującą przekazywania informacji szybciej niż światło.

Niels Bohr, lider interpretacji w Kopenhadze, był zdezorientowany. Jego credo brzmiało: „Zadanie fizyki polega na przewidywaniu wyników pomiarów, a nie fantazjowanie o tym, co elektron robi, gdy nie jest oglądany”. Upadek funkcji? Cóż, to tylko matematyka. Ale Bohr nie miał przekonującej odpowiedzi na Einsteina.

Uwaga: historycy uważają, że Bohr nie rozumiał istoty twierdzeń Einsteina. W późniejszym sporze o „foton z fotonami” Bohr namalował schemat eksperymentu Einsteina nieprawidłowo – bez lustra. Ale historia fizyki przypomniała sobie to „zwycięstwo” Bohra.

Paradoks EPR: Ostatnia próba Einsteina (1935)

Do 1935 roku Einstein postanowił wykończyć „nielokalną” mechanikę kwantową. Wraz z Podolskym i Rosenem wymyślił eksperyment myślowy, który później został nazwany paradoksem EPR.

Istota eksperymentu:

  1. Weź foton z zerowym spinem i przekształć go w dwie cząstki: elektron i pozytron. Zgodnie z prawem zachowania, ich parametry są zawsze ściśle przeciwne.
  2. Разносим эти частицы на огромное расстояние (например, на разные концы Галактики). [widzisz, co autom. tłumacz wyczynia?? md]
  3. Mechanika kwantowa stwierdza: dopóki nie zostanie zdefiniowany spin każdej cząstki (superpozycja). Tylko wtedy, gdy mierzymy spin elektronu i dostajemy, powiedzmy, „w górę”, funkcja fali pozytonu natychmiast zapada się w stan „spadku”.
  4. Problem: Wynik pomiaru elektronu powinien osiągnąć pozyton szybciej niż światło. Jak inaczej pozytron „nauczy się” czego chcesz?

Co zaoferował Einstein? Najbardziej logicznym wyjściem jest teoria ukrytych parametrów. Wyobraź sobie, że po urodzeniu każda cząstka otrzymuje „kopertę” z planem: „Jeśli jesteś elektronem, twój spin jest w górę, jeśli pozytron jest w dół”. Jest to lokalnie (plan jest ustawiony z wyprzedzeniem, blisko) i nie wymaga superlekkiej komunikacji. Einstein podsumował: mechanika kwantowa jest nielokalna i błędna, zostanie zastąpiona lokalną teorią ukrytych parametrów.

Społeczność fizyczna jest podzielona. Schrödinger (autor kota) wspierał Einsteina. Bohr napisał niesprzyjającą odpowiedź, której nikt nie zrozumiał, ale wszyscy uważali, że „obalił” EPR.

W rezultacie zatriumfowano stanowisko „Zamknij się i licz”: mechanika kwantowa działa – jaka jest różnica, czy jest lokalna, czy nie? Spór został uznany za czysto filozoficzny [ja w swej pracy zawsze tak zakładałem, by zdążyć mieć prawdziwe wyniki, a nie ich „różne interpretacje”. MD] , a Einstein został uznany za starzejącego się ekscentryka.

John Bell: Człowiek, który zamienił filozofię w eksperyment (1964)

Przez następne 30 lat na półkach kurzył się paradoks EPR. Podczas gdy w 1964 roku fizyk John Bell zadał sobie pytanie: „A co, jeśli się nie zamkniesz i nie sprawdzisz?”

Bell zrozumiał coś genialnego. Okazał się teoretycznie: jeśli natura jest lokalna (istnieją ukryte parametry, które ustawiają wynik z wyprzedzeniem), to korelacje między wymiarami dwóch zawiłych cząstek nie mogą przekroczyć pewnej sztywnej granicy. Jeśli natura jest nielokalna (jak w mechanice kwantowej), korelacje będą silniejsze.

Uproszczona logika Bella:
Wyobraźmy sobie, że mierzymy spiny dwóch splecionych cząstek pod różnymi kątami (0°, 120°, 240°).

  • Przewidywanie mechaniki kwantowej (nielokalne): Prawdopodobieństwo rozbieżności spinu pod różnymi kątami = 25%.
  • Przewidywanie lokalnej teorii ukrytych parametrów: Bez względu na to, co cząstki „zgadzają się z góry”, prawdopodobieństwo rozbieżności wyniesie co najmniej 33%.

Jest różnica między 25% a 33%. Można to zmierzyć w laboratorium.

Aspe Experiment (1982) i jego szokujący wynik

W latach 1980-tych Alain Aspe przeprowadził decydujący eksperyment. Użył splątanych fotonów i obrotowych polaryzatorów, jak w twierdzeniu Bella.

Wynik: 25%. Mechanicy kwantowi mają rację.

Co to znaczy?

  1. Lokalne teorie ukrytych parametrów, dla których Einstein miał nadzieję, są niemożliwe.
  2. Natura jest naprawdę nielokalna. Pomiar jednej mylącej cząstki natychmiast wpływa na inną, gdziekolwiek jest, bez przesyłania sygnału w zwykłym znaczeniu.

Einstein miał rację w swoim oświadczeniu o problemie, ale mylił się w rozwiązywaniu. Problem był prawdziwy, ale świat jest jeszcze dziwniejszy, niż się spodziewał.

Najważniejsze błędne przekonanie (i to, co robią nielokalne koty)

Wynik Bella jest często pokręcony. Mówią: „Teoria ukrytych parametrów została obalona”. To nie do końca. Sam Bell był oburzony tym uproszczeniem.

Twierdzenie Bella nie obala wszystkich teorii ukrytych parametrów. To tylko odpiera lokalne teorie. I istnieją nielokalne teorie ukrytych parametrów, na przykład mechanik Bohm (teoria „fali pilota”). Działają, ale kosztem uznania, że wszechświat jest natychmiast połączony [jako całośc md].

Ponadto istnieje interpretacja wielookrągła (Everteta). Oferuje błyskotliwe obejście: załamanie funkcji fali nie występuje. Zamiast tego rzeczywistość w każdym momencie jest podzielona na gałęzie, w których obie opcje pomiaru są zaimplementowane. W tym przypadku nie ma „wpływu” szybciej niż światło – następuje po prostu rozszczepienie uwikłanych obserwatorów.

Najbardziej niesamowite jest to, że chociaż nielokalność jest prawdziwa, nie można jej wykorzystać do komunikacji superluminalnej. Dlaczego? Ponieważ wyniki pomiarów każdej cząstki są nadal losowe. Tak, twoja przyjaciółka w innej galaktyce zobaczy odwrotny obrót, ale nie może się dowiedzieć, czy już zmierzyłeś swoją cząstkę, czy nie. Informacje nie mogą być przekazywane. Tak więc mechanika kwantowa i względność zawierają chwiejny rozejm: nie naruszają nawzajem swoich praw, ale są sprzeczne z ich duchem.

Dlaczego jednak Einstein był jeszcze świetny

Pragmatyczni naukowcy często przedstawiają Einsteina jako przegranego, który nie rozumiał „oczywistego”. To nieprawda.

To dzięki jego uporowi i niechęci do „zamknięcia i liczenia” odkryto dwie najbardziej fundamentalne właściwości naszej rzeczywistości:

  1. Splątanie kwantowe (termin i istota – z paradoksów EPR).
  2. Nielokalność (sprawdzona przez eksperymenty, do których doprowadził spór Einsteina z Bohrem)).

John Bell, który zmarł w 1990 roku, nie otrzymując Nagrody Nobla (choć był nominowany), podsumował: „Myślę, że będę musiał rozwodzić się nad płatami. Nie znam żadnego lokalnego wyjaśnienia zgodnego z mechaniką kwantową”.

„Bóg” Einsteina tak naprawdę nie gra w kości. Ale, jak się okazało, ten „Bóg” nie jest przeciwko magii na odległość, która działa szybciej niż światło, ale jednocześnie nie pozwala na przekazywanie nawet jednej odrobiny informacji. To jest prawdziwa rzeczywistość kwantowa: przerażająca, logicznie niezrozumiała, ale eksperymentalnie potwierdzona.