Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс) — выявляемое в мысленном эксперименте нарушение предсказания квантовой механики о невозможности одновременного измерения некоммутирующих физических величин.

Содержание

Суть парадокса

Согласно соотношению неопределённостей, мы не можем измерить одновременно координату частицы и её импульс. Причина этого состоит в том, что производя измерение одной величины, мы вносим принципиально неустранимые возмущения в её движение и искажаем значение другой величины. Исходя из этого, можно предложить способ, которым соотношение неопределённостей можно обойти.

Допустим, две одинаковые частицы A и B образовались в результате распада третьей частицы C. В этом случае, по закону сохранения импульса, их суммарный импульс \mathbf p_A + \mathbf p_B должен быть равен исходному импульсу третьей частицы \mathbf p_C, то есть, импульсы двух частиц должны быть связаны. Это даёт нам возможность измерить импульс одной частицы и по закону сохранения импульса \mathbf p_A = \mathbf p_C - \mathbf p_B рассчитать импульс второй, не внося в её движение никаких возмущений. Поэтому, измерив координату второй частицы, мы сумеем получить для этой частицы значения двух неизмеримых одновременно величин, что по законам квантовой механики невозможно. Таким образом получается, что соотношение неопределённостей не является абсолютным, а законы квантовой механики являются неполными и должны быть в будущем уточнены.

Однако, такой вывод неверен. Оказывается, существует возможность, при которой законы квантовой механики останутся абсолютными. Для этого нужно предположить, что две провзаимодействовавшие частицы остаются каким-то образом связанными между собой. Тогда возмущение, вносимое измерением в состояние первой частицы, мгновенно возмущает и состояние второй, после чего искажается значение второй физической величины как у первой, так и у второй частицы. Связанные таким образом частицы называются в квантовой механике запутанными и описываются единой волновой функцией, на каком бы расстоянии они ни находились. Передаваемое возмущение называется редукцией волновой функции (редукцией фон Неймана).

Казалось бы, такое предположение противоречит теории относительности, запрещающей распространение сигналов быстрее скорости света. В данном же случае возмущение должно распространяться мгновенно, ибо частицы могут находиться на любом расстоянии друг от друга к моменту проведения измерения.

И всё-таки противоречия нет. По законам квантовой механики, возмущение, вносимое при измерении, случайно. В этом случае, мгновенная передача возмущения не есть передача сигнала, ибо не может нести информацию.

В самом деле, представим себе, что на двух планетах в разных концах Галактики есть две монетки, выпадающие всегда одинаково. Если запротоколировать результаты всех подбрасываний, а потом сравнить их, то они совпадут. Сами же выпадания случайны, на них никак нельзя повлиять. Нельзя, например, договориться, что орёл — это единица, а решка — это ноль, и передавать таким образом двоичный код. Ведь последовательность нулей и единиц будет случайной и на том и на другом «конце провода» и не будет нести никакого смысла.

Получается, что парадоксу есть объяснение, логически совместимое и с теорией относительности, и с квантовой механикой.

Можно подумать, что это объяснение слишком неправдоподобно. Это настолько странно, что Альберт Эйнштейн, создавший также странную теорию, никогда не поверил в существование такого «квантового Вуду». Но тщательные экспериментальные проверки неравенств Белла показали, что в нашем мире есть-таки нелокальные случайности.

Важно подчеркнуть одно уже упомянутое следствие этой логики: измерения над запутанными состояниями только тогда не будут нарушать теорию относительности и причинность, если они истинно случайны. Не должно быть никакой связи между обстоятельствами измерения и возмущением, ни малейшей закономерности, потому что в противном случае появилась бы возможность мгновенной передачи информации. Таким образом, квантовая механика и существование запутанных состояний доказывают существование индетерминизма в природе.

История вопроса

Впервые ЭПР-парадокс был сформулирован Альбертом Эйнштейном в 1928 году на 5-ом Сольвеевском конгрессе, в дискуссии с Нильсом Бором. Эйнштейн не признавал вероятностного характера квантовой механики и считал вероятностное описание микромира неполным. Название «Парадокс Эйнштейна—Подольского—Розена» парадокс получил после выхода совместной статьи Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?»

После 5-го Сольвеевского конгресса Нильс Бор опубликовал статью с тем же названием, в которой он высказал несколько тезисов за вероятностное описание квантовой механики, и даже ее связь с Эйнштейновской Общей теории относительности. Так зародился спор Бора-Эйнштейна. В 1964 годы разрешение спора было найдено английским ученым А. Беллом, однако в то время не было точных приборов для проверки его теории .Экспериментальные проверки неравенств Белла удалось провести только в 90-х гг. XX века, причем, как это ни удивительно, прав оказался Бор.

См. также

Ссылки

Действительность и мир квантов — глава из книги П. Дэвиса «Суперсила»

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home