W latach 30. ubiegłego stulecia troje fizyków rzuciło rękawicę jednej z najpotężniejszych teorii naukowych. Jak na ironię, paradoks opracowany przez nich dla wykazania  niedorzeczności mechaniki kwantowej, stał się przyczynkiem do rozważań nad jednym z jej najdonioślejszych efektów – stanu splątania kwantowego.

Mecha­nice kwan­to­wej należy się duży szacunek. Jednak jakiś wewnętrzny głos mówi mi, że nie jest to praw­dziwe złoto. Teoria ta wiele nam daje, ale prawie wcale nie zbliża nas do poznania sekretu Stwórcy. Przy­naj­mniej jeżeli o mnie chodzi, jestem prze­ko­nany, że On nie gra w kości.

Albert Einstein

Einstein w krainie kwantów

Powyższy cytat zdradza powszech­nie znaną prawdę o stosunku twórcy teorii względ­no­ści do mecha­niki kwan­to­wej. Einstein, jak przy­stało na miesz­kańca Berna, pragnął świata dzia­ła­ją­cego niczym szwaj­car­ski zegarek: pewnego, dokład­nego i ele­ganc­kiego. Tym­cza­sem zasada nie­ozna­czo­no­ści i super­po­zy­cja zamknię­tego w pudełku kota wpro­wa­dzały, do fizyki element nie­pew­no­ści. Kosmiczny bilard, w którym każda bila podlega jasnym regułom i pomiarom, został bru­tal­nie zastą­piony przez opartą na praw­do­po­do­bień­stwie ruletkę. 

Albert Einstein nie odrzucał cał­ko­wi­cie pomysłów Erwina Schrödin­gera, Wernera Heisen­berga i Nielsa Bohra – uważał je za przy­datne, ciekawe, ale poprawne co najwyżej do pewnego stopnia. Już jako uznany uczony długo nie dawał za wygraną, obie­ra­jąc za cel wyka­za­nie nie­peł­no­ści teorii kwan­to­wej. W 1935 roku wraz z pocho­dzą­cym z Rosji Borysem Podol­skim oraz dłu­go­let­nim asy­sten­tem Nathanem Rosenem (owocem ich współ­pracy był m.in. most Ein­ste­ina-Rosena) opu­bli­ko­wali w cza­so­pi­śmie Physical Reviev artykuł pod tytułem “Czy opis rze­czy­wi­sto­ści fizycz­nej przez mecha­nikę kwantową można uważać za pełny?”. Słynna ofensywa trójki fizyków opierała się na para­dok­sie, który jak sądzili, pogrze­bie pro­ba­bi­li­styczne ujęcie mikro­świata.  

Panowie EPR

Einstein, Podolski i Rosen wzięli na warsztat tzw. stan splą­ta­nia kwan­to­wego. Zjawisko to można zaob­ser­wo­wać np. w przy­padku pary fotonów, po prze­pusz­cze­niu wiązki światła przez spe­cjalny, roz­dzie­la­jący kryształ. Nie wdając się w szcze­góły tech­niczne, otrzy­mane w ten sposób kwanty światła można porównać – zależnie od sytuacji – do bliź­nia­ków jed­no­ja­jo­wych, bądź połówek prze­cię­tego jabłka. Kiedy więc zbadamy pierwszy foton i stwier­dzimy, dajmy na to pola­ry­za­cję pionową, to z góry możemy założyć, że jego bra­ci­szek posiada pola­ry­za­cję poziomą – bo cały układ powinien wyjść na “zero”. Równie dobrze mogli­by­śmy posiadać pudło z dwoma róż­no­ko­lo­ro­wymi piłkami. Kiedy wylo­su­jemy czarną, możemy opa­ko­wa­nie wysłać nawet na Marsa a i tak będziemy wiedzieć, że w środku pozo­stała biała.

Einstein, Podolsky i Rosen, czyli autorzy eksperymentu myślowego EPR

To logiczne podej­ście i nie powinno wzbudzać naszego sprze­ciwu. Przy­naj­mniej dopóki nie włączymy w to wszystko, tak jak panowie EPR, reguł mecha­niki kwan­to­wej. A niestety tych, w stosunku do fotonów nie sposób pominąć.

Nasi boha­te­ro­wie pisząc wie­ko­pomny artykuł, pewnie mieli przed oczami sym­bo­liczny grób mecha­niki kwan­to­wej. No bo jak to? Znamy cechę danej cząstki nie doko­nu­jąc bez­po­śred­niego pomiaru? Aby pojąć powagę tego kryzysu musimy sobie przy­po­mnieć, iż w świecie kwantów wszyst­kim rządzi rachunek praw­do­po­do­bień­stwa i dopiero akt obser­wa­cji redukuje falę do kon­kret­nego stanu. Mówiąc prościej: to czy kot Schrödin­gera jest żywy czy martwy, okaże się nie wcze­śniej niż po otwarciu pudełka. Paradoks EPR miał temu porząd­kowi zaprze­czać.

Wyobraźmy sobie, że w wyniku eks­pe­ry­mentu wysyłamy świa­tło­wo­dem dwa sko­re­lo­wane fotony do dwóch reje­stra­to­rów, roz­sta­wio­nych w prze­ciw­nych kie­run­kach. Pod­cho­dząc do pierw­szego aparatu, widzimy że zapaliła się czerwona lampka sym­bo­li­zu­jąca pola­ry­za­cję pionową. Po dotarciu do drugiej maszyny dostrze­żemy świa­tełko nie­bie­skie. Możemy powta­rzać doświad­cze­nie do znu­dze­nia, ale wyniki będą podobne: po jednej stronie zapala się dioda czerwona, do po drugiej nie­bie­ska lub na odwrót. Zawsze badając jedną cząstkę, auto­ma­tycz­nie i od razu nabywamy wiedzę o stanie splą­ta­nej z nią połówki! 

Mechanika kwantowa vs realizm lokalny

“Tu cię mam!” – mógł pomyśleć Einstein. Zgodnie z mecha­niką kwantową, foton określi swój stan dopiero gdy go pod­gląd­niemy. Wcze­śniej istnieje równie duża szansa na to, że odczy­tamy pola­ry­za­cję pionową lub poziomą; czy wypadnie orzeł czy reszka. Nie może istnieć sytuacja, w której stan jakiejś cząstki jest pewny mimo zamknię­tego pudełka. Einstein, Podolski i Rosen przyjęli w swojej pracy jako pewnik tzw. realizm lokalny, wpro­wa­dza­jący dwie szalenie istotne hipotezy. Po pierwsze, pola­ry­za­cja fotonu naj­wy­raź­niej jest okre­ślona już na starcie; a po drugie, nawet jeśli obie cząstki wyszyły z tego samego źródła, to już na siebie nie oddzia­łują i powinny stanowić odrębne układy. Teraz naj­waż­niej­sze. Idąc tym tropem, fizycy wzięli pod uwagę dwie moż­li­wo­ści wyja­śnia­jące wynik powyż­szego eks­pe­ry­mentu. Pierwsza stwier­dza, że tak naprawdę doświad­cze­nie świadczy o ist­nie­niu jakiejś nie­wi­dzial­nej nici, czy też rodzaju oddzia­ły­wa­nia między splą­ta­nymi cząst­kami. Rzecz w tym, iż brakuje prze­sła­nek aby stwier­dzić jego ist­nie­nie; a biorąc pod uwagę natych­mia­stowe efekty stanu splą­ta­nia kwan­to­wego, oddzia­ły­wa­nie to musia­łoby… działać z pręd­ko­ścią nad­świetlną! Natu­ral­nie Einstein trak­to­wał ten pomysł z poli­to­wa­niem i prze­śmiew­czo ochrzcił go upiornym oddzia­ły­wa­niem na odle­głość.

Drugą opcją było wpro­wa­dze­nie postu­la­tów realizmu lokal­nego, a tym samym uznanie mecha­niki kwan­to­wej za teorię po prostu nie­do­koń­czoną. Samo splą­ta­nie nale­ża­łoby więc trak­to­wać jako wynik dzia­ła­nia ukrytych zmien­nych, to jest nie­zna­nych jeszcze cech rze­czy­wi­sto­ści, które wpły­wa­łaby na wyniki wszel­kich doświad­czeń w mikro­skali: od eks­pe­ry­mentu z dwoma szcze­li­nami do EPR. Badacze chcieli aby taki parametr decy­do­wał o tym jaki stan posiada cząstka, bez względu na nasze obser­wa­cje. Foton “wie­działby” jaki stan przy­bie­rze na mecie już w chwili opusz­cze­nia swojego źródła.

Paradoks EPR został obmy­ślony po to aby wbić klin między dwie naj­więk­sze teorie fizyki XX wieku i wykazać fał­szy­wość jednej z nich. Albo Einstein popełnił gafę swojego życia obwiesz­cza­jąc postulat o nie­prze­kra­czal­no­ści pręd­ko­ści światła, albo zwo­len­nicy mecha­niki kwan­to­wej hoł­do­wali praw­do­po­do­bień­stwu, bo nie dostrze­gali istoty problemu. Okazało się, że istnieje trzecia droga.

Splątanie a skarpetki prof. Bertlmanna

Naj­do­nio­ślej­szą odpo­wiedź na zarzuty EPR, wysto­so­wał w roku 1964 John Bell w tekście: “O para­dok­sie Ein­ste­ina, Podol­skiego i Rosena”. W artykule Bell odwołał się do kon­cep­cji swojego kolegi Davida Bohma. Mate­ma­tyk twier­dził, że cząstki poru­szają się po tra­jek­to­riach, moż­li­wych do bardzo dokład­nego okre­śle­nia. Jeżeli jeste­ście uważni, pewnie zapy­ta­cie czy nie sprze­ci­wia się to zasadzie nie­ozna­czo­no­ści. Otóż nie do końca. Bohm nie twier­dził, że jesteśmy w stanie wyzna­czyć z dowolną dokład­no­ścią pędu i poło­że­nia cząstki (Heisen­berg ode­tchnął z ulgą), ale… istnieje coś na kształt ukrytej zmiennej powo­du­ją­cej, nazwijmy to, efekt praw­do­po­do­bień­stwa. W przy­padku stanów splą­ta­nych cecha ta byłaby jakby dzielona przez jego elementy. Spa­ro­wane fotony “drgają” w losowy sposób, zgodnie z wszel­kimi kwan­to­wymi pra­wi­dłami, ale zawsze pozo­stają ze sobą sko­or­dy­no­wane. John Bell dla zobra­zo­wa­nia całej idei użył humo­ry­stycz­nej anegdoty o prof. Berlt­man­nie, który podobno był znany eks­tra­wa­gan­cji i noszenia nie­do­pa­so­wa­nych kolorem skar­pe­tek. Bell naszki­co­wał prosty rysunek, na którym widać tylko jedną stopę wie­deń­skiego uczonego – jeżeli ubrał nań skar­petkę różową to można było iść o zakład, że druga jest nie­ró­żowa. Dalej Irland­czyk przyjął, że gdyby zmniej­szyć prof. Berlt­manna do roz­mia­rów sub­a­to­mo­wych to jego kwantowe skar­petki pozo­sta­wa­łyby w super­po­zy­cji, dopóki profesor nie podwinie choćby jednej nogawki. Kiedy studenci ujrzą róż, auto­ma­tycz­nie redukują falę praw­do­po­do­bień­stwa dla obu skarpet. Wracając do fotonów: to jaką pola­ry­za­cję zare­je­stru­jemy okazuje się dopiero w momencie badania, ale pomiar wpływa na cały układ. Naj­dziw­niej­sze jest jednak to, że wła­ści­wo­ści cząstek są od siebie zależne bez względu na odle­głość, choć­by­śmy mówili o miliar­dach lat świetl­nych.

Reinhold Bertlmann i jego splątane skarpetki
Reinhold Ber­tl­mann i jego kwantowe skar­petki (rys. Od splą­ta­nia cząstek do kwan­to­wej tele­por­ta­cji).

Kpina Ein­ste­ina okazała się faktem. Teoria względ­no­ści miała się dobrze, a mecha­nice kwan­to­wej przybyło kolejne dzi­waczne zjawisko. Gdzie w takim razie leżał haczyk? W przy­ję­tym w para­dok­sie EPR reali­zmie lokalnym.

Bell wyko­rzy­stu­jąc prace Bohma cał­ko­wi­cie odrzucił tezę, jakoby dana własność cząstki była skład­ni­kiem rze­czy­wi­sto­ści przed doko­na­niem pomiaru. Brzmi futu­ry­stycz­nie, ale na dobrą sprawę autor jedynie potwier­dził usta­le­nia sławnej inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej: kot Schrödin­gera pozo­staje żywy i martwy jed­no­cze­śnie aż do otwarcia pudełka. Prof. Berlt­mann założył “nie­okre­ślone” skarpety, na pewno różne, ale nie­okre­ślone aż do poka­za­nia ich światu. To nie­pod­wa­żalna cecha rze­czy­wi­sto­ści mikro­świata – realność powstaje w chwili pomiaru. Irland­czyk uznał również za bzdurę lokal­ność układów kwan­to­wych. Oznacza to tyle, że cząstki splątane łączy jakaś głęboka więź, funk­cjo­nu­jąca jak gdyby ponad prze­strze­nią. Układ pozo­staje jed­no­ścią, nie zważa na odle­głość – jest nie­lo­kalny.

John Bell napisał na ten temat znacznie więcej, tworząc zręby nowo­cze­snych badań nad stanem splą­ta­nym oraz dokła­da­jąc cegiełkę do wyja­śnie­nia zwa­rio­wa­nego świata kwantów. Ale o nie­rów­no­ściach Bella, potwier­dze­niu jego tez oraz prak­tycz­nych zasto­so­wa­niach tego wszyst­kiego, kiedy indziej.

Literatura uzupełniająca:
A. Zeilinger, Od splątania cząstek do kwantowej teleportacji, przeł. B. Bieniok, E. Łokas, Warszawa 2013;
M. Kaku, Wizje, czyli jak nauka zmieni świat w XXI wieku, przeł. K. Pesz, Warszawa 2010;
J. Gribbin, Kwantowe Reguły, [w:] Współczesna Nauka Bez Tajemnic, pod red. R. Fifielda, przeł. J. Bieroń, E. Lipska, Poznań 2000;
Wykład M. Szopy: Paradoksy i zastosowania mechaniki kwantowej, z cyklu Mechanika Kwantowa dla Niefizyków.
  • Ano­ny­mous

    “Oznacza to tyle, że cząstki splątane łączy jakaś głęboka więź, funk­cjo­nu­jąca jak gdyby ponad prze­strze­nią.” — Mostem Ein­ste­ina-Rosena, jak na ironię. 🙂 http://arxiv.org/abs/1308.0289

  • http://www.blogger.com/profile/15974655362658103810 Armored Bard

    Pro­du­ku­jesz swoje wpisy z uporem i stylem godnym lepszej sprawy… W sensie — żal mnie dupę ściska, że docie­rają do tak małej i wąskiej grupy odbior­ców, Twoje publi­ka­cje, w mojej skromnej opinii, powinny dawać Ci coś więcej aniżeli poczucie satys­fak­cji : )

    Przy­bli­żasz “masom” bardzo ciekawe zjawiska fizyczne, pytanie brzmi, cytując Sheldona Coopera, po co? ; D

    Wniosek jaki się nasuwa (nie zagłę­bia­łem się w temat) mówi mi, że ludzkość wciąż nie wie czemu dwie “spa­ro­wane ” cząstki są ze sobą “sko­or­dy­no­wane”?

    “Bell wyko­rzy­stu­jąc prace Bohma cał­ko­wi­cie odrzucił tezę, jakoby dana własność cząstki była skład­ni­kiem rze­czy­wi­sto­ści przed doko­na­niem pomiaru. Brzmi futu­ry­stycz­nie, ale na dobrą sprawę autor jedynie potwier­dził usta­le­nia sławnej inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej: kot Schrödin­gera pozo­staje żywy i martwy jed­no­cze­śnie aż do otwarcia pudełka.”

    To wyja­śnie­nie moim zdaniem jest dość, hmm, “niepełne”. JAKAŚ własność cząstki jest skład­ni­kiem rze­czy­wi­sto­ści, tylko nie jesteśmy w stanie określić jaka przed doko­na­niem pomiaru. Kot zatem jest żywy LUB martwy, ale my nie wiemy, która z wła­sno­ści jest praw­dziwa póki nie otwo­rzymy pudełka ; )

    Pozdra­wiam,
    Iskier

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Ad. 1. Tak to już w inter­ne­tach (i życiu) jest, że naj­le­piej sprze­dają się głupoty, a rzeczy ważne gdzieś daleko z tyłu. Na dodatek fizyka wśród samych nauk ma opinię obrzy­dli­wie nudnej i nie­przy­stęp­nej.

      Ale trudno o “lepszą sprawę” niż zara­ża­nie ludzi pozy­tyw­nymi zain­te­re­so­wa­niami =).

      Ad. 2. Nie powie­dział­bym, że kot jest żywy lub martwy i nie wiemy która własność jest praw­dziwa. Trzeba raczej stwier­dzić, iż kot jest żywy I martwy na raz, a otwo­rze­nie pudełka redukuje ten stan. W miejsce super­po­zy­cji, która jest czymś nor­mal­nym w mikro­skali (choć dla nas to nie­in­tu­icyjne), wchodzi pewność.

      Zdanie napisane przez Ciebie jest właśnie bliskie reali­zmowi ser­wo­wa­nemu przez EPR: foton ma pola­ry­za­cję pionową lub poziomą już w chwili startu, ale my jej jeszcze nie znamy. Prace Bella i doświad­cze­nia, które są prze­pro­wa­dzane do dzisiaj, prze­chy­lają szalę w drugą stronę. Foton posiada dwa stany na raz tak długo aż go nie podej­rzymy.

    • Ano­ny­mous

      “The pro­ba­bi­lity that a cat is both dead and alive is zero.” ~ L. Motl.
      Nie odnosi się to tylko do futrza­ków, co nie. Gdyby ktoś się chciał nad nimi znęcać to już raczej kwestia eks­pre­so­wej deko­he­ren­cji.

    • Ano­ny­mous

      “Prace Bella i doświad­cze­nia, które są prze­pro­wa­dzane do dzisiaj, prze­chy­lają szalę w drugą stronę. ”

      ale co to za doswiad­cze­nia bo jakoś nie znajduje nic co by powo­do­wało tu jakąs dziwność .

      “Foton posiada dwa stany na raz tak długo aż go nie podej­rzymy.”

      no i ?jeden posiada 2 stany i drugi posiada 2 stany zsyn­cho­ni­zo­wane ze stanami pierw­szego tak że jak pierwszy ma stan A to drugi ma stan B i ciągle te stany ulegają zmianie ale synh­ro­nicz­nie . każdy jest więc jed­no­cze­śnie w stanie A i w stanie B . jak zatrzy­mu­jemy te koło­wroty jed­no­cze­śnie to zawsze nam wyjdzie . pytanie co jeśli zatrzy­mamy jeden z nich a drugi nie ? chyba wtedy jest juz po spla­ta­niu ?

    • Ano­ny­mous

      Skąd wła­ści­wie wiadomo, że cząstka jest w super­po­zy­cji ?
      Gdyby nawet wykonać doświad­cze­nie z kotem to jak spraw­dzić czy kot jest jed­no­cze­śnie żywy i martwy skoro otwarcie pudełka zre­du­kuje ten stan ?
      Czy ocze­ki­wa­nie, że jeśli cząstka(przyczyna) jest w super­po­zy­cji to skutek (życie kota) też w niej będzie, nie jest tak samo naiwne jak zało­że­nie, że jeśli zapalimy jed­no­cze­śnie zielone i czerwone światło to samo­chody będą jechały i stały jed­no­cze­śnie ?

  • http://www.blogger.com/profile/17742029282859680771 LucidMan

    To nie na moją głowę. Skąd kwant światła wie, że jest obser­wo­wany i właśnie teraz ma wyjść ze super­po­zy­cji, dlaczego sama nasza świa­do­mość obser­wo­wa­nego “przed­miotu” wpływa na niego samego?

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Odsyłam do tekstu “Kim jest obser­wa­tor?”, w którym kwestie te zostały szerzej omówione =).

  • Katerina

    Super tekst, a skar­petki Ber­tl­manna już na zawsze utkwią w mojej pamięci ;).

  • http://www.blogger.com/profile/08216024526625930473 Konrad Czajka

    Bardzo ciekawy wpis. Czekam na kolejne.
    “Od splą­ta­nia…” dostałem w pre­zen­cie wczoraj i zaraz zabieram się do czytania. W temacie mogę polecić “Jak nauczyć fizyki kwan­to­wej swojego psa”. O ile motyw rozmów z psem dość skiepsz­czony, to wyja­śnie­nia różnych kon­cep­tów fiz kwan­to­wej bardzo ciekawe (zwłasz­cza zwią­za­nych z funk­cjami falowymi).

  • Marek

    Ciekawa ta fizyka u Pana.

  • Ano­ny­mous
  • Ano­ny­mous

    Czytam, czytam i nie do końca rozumiem z tym splą­ta­niem. Odnosząc się do przy­kładu z dwoma różnymi piłkami, logicz­nym jest że jeśli wylo­su­jemy dajmy na to białą to na Marsie będzie czarna. Gdzie ta cała sensacja? Zakładam że czegoś nie pojmuję.

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Przecież odpo­wiedź znajduje się w całym tekście.
      Paradoks pojawia się wtedy, kiedy “zmniej­szysz” owe kulki do roz­mia­rów sub­a­to­mo­wych. Zasada nie­ozna­czo­no­ści nie powinna zezwalać na to, aby stan obiektu był wiadomy przed otwo­rze­niem pudełka — logiczny wniosek, o którym piszesz, byłby zdaniem EPR sprzeczny z mecha­niką kwantową.

  • docie­kliwy

    Czyli w takim raziem można powie­dzieć że zasada nie­ozna­czo­no­ści nie działa w tym przy­padku? I stąd całe łał! odnośnie splą­ta­nia? Gdzie w takim razie natych­mia­stowe dzia­ła­nie na odle­głość? Zapewne dalej nie pojmuję. Gdzieś czytałem przy­kłady odnośnie splą­ta­nia: zmie­nia­jąc spin jednej z cząstek zmienia się natych­miast drugiej nie zależnie od odle­gło­ści, albo mając dwa kasyna splątane jeśli w jednym wypadnie pewna liczba w ruletce natych­miast wiemy jaka wypadła w drugim — nie wiem tylko czy to dobre przy­kłady, po Twoim artykule zakładam że raczej nie. Anyway bardzo ciekawy blog — gra­tu­luję!

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Bardzo się cieszę, że tekst wzmacnia Twoją cie­ka­wość i docie­kli­wość. Naj­kró­cej mówiąc Einstein i spółka właśnie to starali się udo­wod­nić — mecha­nika kwantowa to bubel. Wszystko wskazuje jednak na to, że geniusz przyjął błędne zało­że­nia i “upiorne oddzia­ły­wa­nie na odle­głość” jest faktem. Przy czym samo oddzia­ły­wa­nie należy rozumieć w cudzy­sło­wie o czym pisałem tutaj: https://www.kwantowo.pl/2013/11/o‑splataniu-ktore-chciao-byc.html

  • Ano­ny­mous

    Mam pytanie: jeśli mie­li­by­śmy przy­kła­dowo dwa splątane fotony i jeden z nich “wrzu­ci­li­by­śmy” do czarnej dziury, co stanie się z drugim? Nadal będą podlegać “upior­nemu oddzia­ły­wa­niu na odle­głość”?

    Świetny blog, bardzo dobrze się czyta, pozdra­wiam 🙂

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Rewe­la­cyjne pytanie i już się kiedyś na nie natkną­łem. Oczy­wi­ście odpo­wiedź jest uza­leż­niona od kilku infor­ma­cji na dzień dzi­siej­szy nie­pew­nych. IMO logika pod­po­wiada, że jeszcze po prze­kro­cze­niu hory­zontu zdarzeń splą­ta­nie powinno “działać”. Choć i tu spo­tka­łem się z opinią, że układ może ulec deko­he­ren­cji. Gorzej nato­miast z zetknię­ciem się z samą oso­bli­wo­ścią. Na dobrą sprawę nie wiemy jaki wpływ miałyby warunki weń panujące na cząstkę. Debata na temat tzw. para­doksu infor­ma­cyj­nego będzie trwała jeszcze wiele dekad.

  • Ano­ny­mous

    Żeby ożywić temat splą­ta­nia kwan­to­wego spróbuję trochę prze­kor­nie — czyli w obronie Ein­ste­ina.

    Weźmy więc jeszcze raz pod lupę „paradoks” EPR:
    Nasza trojka fizyków — Albert Einstein, Borys Podolski i Nathan Rosen — zapro­po­no­wała nastę­pu­jący eks­pe­ry­ment myślowy.
    Kluczem para­doksu EPR (eks­pe­ry­mentu myślo­wego) miało być zjawisko splą­ta­nia kwan­to­wego, a eks­pe­ry­ment w skrócie miał prze­bie­gać tak:
    Roz­dzie­lamy dwie cząstki o łącznym spinie począt­ko­wym równym zero i uzy­sku­jemy dwie splątane cząstki o prze­ciw­nych spinach, a ich suma musi wynosić dalej zero (układ jest przecież wyizo­lo­wany). Jak­kol­wiek potem spin by się nie zmieniał dla każdej z cząstek — losowo, czy nie — to musi się to dziać syn­chro­nicz­nie, co wynika bez­po­śred­nio z sumy spinów =0.

    Einstein spo­dzie­wał się jednak zmierzyć różne składowe spinu (wbrew zasadzie nie­ozna­czo­no­ści) obu roz­dzie­lo­nych cząstek. Byłby to argument za wystę­po­wa­niem ukrytych zmien­nych i dowód na to, że stan cząstek jest okre­ślony.

    Moje reflek­sje związane z tym eks­pe­ry­men­tem myślowym są nastę­pu­jące:
    Czy A.Einsetin dobrze zakładał, że wystę­pują tam jakieś zmienne ukryte ?
    Moim zdaniem nie. Rozu­mo­wa­nie EPR było od samego początku nie­tra­fione i sprzeczne z ich zamiarem — nie mogło więc niczego ani potwier­dzić, ani zaprze­czyć.
    Dlaczego ?

    Oto wyja­śnie­nia:
    Skoro układ splątany ma spin =0, to roz­dzie­lone cząstki muszą być zsyn­chro­ni­zo­wane prze­ciw­nie i nigdy (z zało­że­nia) nie da się stwier­dzić (zmierzyć) innych spinów, jak tylko prze­ciwne, czyli zsyn­chro­ni­zo­wane z sobą w każdej chwili. Splątane cząstki w takim układzie tak właśnie muszą się zacho­wy­wać, bo suma ich spinów musi być zawsze równa 0.
    Widzimy więc, że w układzie nie mogło być żadnych ukrytych zmien­nych, które by wpływały na zacho­wa­nie się cząstek, a stan układu cząstek splą­ta­nych jest od początku okre­ślony.

    Trójka EPR była jednak pewna, że w naturze muszą istnieć nieznane nam procesy, których MK po prostu nie uwzględ­nia, zależne od ukrytych przed obser­wa­to­rem wła­sno­ściach natury, które już w momencie powsta­nia spla­ta­nia kwan­to­wego roz­strzy­gają o przy­szłym ich zacho­wa­niu.
    I tu się nie mylili – tym procesem jest „syn­chro­ni­za­cja”. A ta syn­chro­nicz­ność układu splą­ta­nego jest zde­ter­mi­no­wana już na samym początku splą­ta­nia. Taki układ rze­czy­wi­ście pozo­staje jed­no­ścią i nie zważa na odle­głość. Splą­ta­nie nie polega więc wcale na nie­skoń­cze­nie szybkim prze­ka­zie infor­ma­cji, lecz jest tylko prze­ja­wem syn­chro­nicz­no­ści układu.
    Nie ma w tym jednak żadnej natych­mia­sto­wej komu­ni­ka­cji między splą­ta­nymi cząst­kami i żadnej magii – to tylko złu­dze­nie, jakiego dozna­jemy w chwili pomiaru, wyni­ka­jące z tej „syn­chro­ni­za­cji”.

    Czy inter­pre­ta­cja kopen­ha­ska rze­czy­wi­ście „wykazała”, że nie było tam zmien­nych ukrytych ?
    Czy nie wła­ści­wiej byłoby powie­dzieć, że ich tam nie było (ukrytych zmien­nych), bo ich tam być po prostu nie mogło ?
    Czy cała moc inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej nie spro­wa­dza się do tego, że skoro sam Einstein nie potrafił udo­wod­nić, że jest błędna, no to z pew­no­ścią wersja ta jest praw­dziwa ?
    Czy A.Einstein nie miał więc racji, że nie ma tu żadnego upior­nego dzia­ła­nia na odle­głość ?
    Czy mecha­nika kwantowa w wersji przed­sta­wia­nej przez grono kopen­ha­skie kroczy właściwą ścieżką i nie pozo­sta­wia żadnych wąt­pli­wo­ści ?
    Pytania te pozo­sta­wiam do głę­bo­kiego prze­my­śle­nia.

    Pozdra­wiam gorąco
    anonim / trzeź­wy­Jó­zek

    • Adam

      Problem polega na tym, że gdy śro­do­wi­sko wpłynie na zacho­wa­nie jednej z cząstek w sposób inny niż tylko pomiarem to druga cząstka nadal zacho­wuje się asyn­chro­nicz­nie. Nie może to więc wynikać z faktu ich uprzed­niej syn­chro­ni­za­cji. Pro­ble­mem jest to, że roz­pa­tru­jemy tę kwestię tylko w wymia­rach czasu i prze­strzeni kom­plet­nie igno­ru­jąc prze­słanki o 7 pozo­sta­łych, których przecież naukowcy szukają na poziomie kwan­to­wym (tam podej­rze­wane jest ich ist­nie­nie, zgodnie z hipo­te­zami zawar­tymi w teorii strun).

      • trzeź­wy­Jó­zek

        A czym jest pomiar ?

        Czy pomiar nie jest spe­cy­ficz­nym
        oddzia­ły­wa­niem śro­do­wi­ska ?, i to takim, które pozwala określić jakąś wielkość?

        I dlaczego miałoby się dziać tak TYLKO na skutek pomiaru ?

        A jeśli nie mierzymy, a śro­do­wi­sko oddzia­łuje to skąd
        widomo, że cząstki są wtedy asyn­chro­niczne ?

        – przecież tego nie mierzymy, to skąd wiemy ?.

        A możesz podać jakieś przy­kłady zjawisk lub doświad­czeń,
        które wska­zy­wa­łyby na takie asyn­chro­niczne zacho­wa­nie drugiej z cząstek
        splą­ta­nych, gdy oddzia­ły­wa­nie śro­do­wi­ska nie jest pomiarem ?

        pozdra­wiam – trzeź­wy­Jó­zek

    • Goś

      dwóch splą­ta­nych cząstek nie uzyskuje się z roz­dzie­le­nia dwóch cząstek, tylko z prze­pusz­cze­nia jednej cząstki przez odpo­wiedni kryształ, który generuje dwie czątki

    • erd

      ” Nie powie­dział­bym, że kot jest żywy lub martwy i nie wiemy która własność jest praw­dziwa. Trzeba raczej stwier­dzić, iż kot jest żywy I martwy na raz, a otwo­rze­nie pudełka redukuje ten stan. ”

      Ale kot przed otwar­ciem jest: żywy ALBO martwy i to jest alter­na­tywa roz­łączna, chyba że w świecie fizyki kwan­to­wej (może nie powinno się jej ana­lo­go­wać do problemu kota Schro­edin­gera) — nie działa logika i zasada wyłą­czo­nego środka…

      • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        Kota traktuj tu jako figurę językową; w MK roz­pa­tru­jemy stan super­po­zy­cji cząstki ele­men­tar­nej. I jej stan z natury pozo­staje nie­okre­ślony do momentu kolapsu fali praw­do­po­do­bień­stwa.

    • Józef Gelbard

      Też Józek. Chyba w gruncie rzeczy chodzi o to, że Wszech­świat jest bytem samo­uzgod­nio­nym, jest nie­lo­kalny. Rozwija się wszędzie dokład­nie tak samo. Wyraża to zresztą zasada kosmo­lo­giczna. Szkoda, że rzadko się do niej powraca. Tak nawiasem mówiąc, próba opisu Wszech­świata za pomocą OTW — teorii dosko­na­łej, ale lokalnej, nie jest słuszna i stąd nawar­stwia­jące się problemy poznaw­cze i zasko­cze­nia obser­wa­cyjne. Sama gra­wi­ta­cja (ogólnie, a nie “teo­re­tycz­nie”) jest nie­lo­kalna i właśnie ona napędza Wszech­świat. Ale nie za pomocą geo­me­trii.

  • gza

    Może tylko jak dla mnie, ale te skar­petki to słaby przykład, doty­czący tylko “final­nego obser­wa­tora”. Przecież Ber­tl­mann zade­cy­do­wał o doborze i można powie­dzieć, że on z kolei znał “wynik” z góry 🙂
    》Ja także nie jestem wielkim znawcą tematu, a jedynie cie­kaw­ski czy­tel­ni­kiem. :D《

  • Pingback: Architekt nowej fizyki cz.3: tułaczka Einsteina | Kwantowo.pl - astronomia, fizyka, nauka!()

  • Filip Zawadzki

    Jeśli infor­ma­cja o stanie jednej cząstki kwan­to­wej zmienia/utrwala/obliguje stan jaki zoba­czymy u drugiej cząstki, a ta infor­ma­cja podró­żuje szybciej od światła to czy czasem nie “zaob­ser­wo­wa­li­śmy” ist­nie­nia piątego wymiaru?

  • Pingback: 7 przełamanych paradygmatów | Kwantowo.pl - astronomia, fizyka, nauka!()

  • Dae

    Dostępne laikom opisy eks­pe­ry­men­tów są bardzo ogól­ni­kowe. W związku z tym inte­re­suje mnie kilka rzeczy.

    1. Jeśli zaob­ser­wu­jemy spin jednego ze splą­ta­nych fotonów, to obser­wa­cję kolej­nego doko­ny­wano w tym, samym momencie czy z dowolnym opóź­nie­niem?

    2 Jeśli da się wpłynąć w sposób kon­tro­lo­wany na spin jednego ze splą­ta­nych fotonów, to powinno być rów­no­znaczne z doko­na­niem pomiaru, z tą różnicą, że zawsze otrzy­mamy, ten sam spin. Drugi w tym przy­padku powinien mieć zawsze spin prze­ciwny.

  • Pingback: Fale, cząstki i zabawy z dwoma dziurkami |()

  • Pingback: 7 najsławniejszych publikacji w dziejach nauki cz.2 |()

  • Pingback: Głupota na niedzielę: kwantowe dyrdymały Wirtualnej Polski |()

  • Pingback: Historia pewnego zdjęcia | Kwantowo.pl()

  • Pingback: Kosmiczna symfonia cz.2: Od kwantu do struny | Kwantowo.pl()

  • Tomasz Cybulski

    Drogi Autorze wiem, że to dawny tekst (ale ja powoli czytam 🙂 ) — jestem totalnie laikiem więc — pewnie niczego nie rozumiem lecz:
    skoro cząstki/fotony są splątane to nie ma żadnego oddzia­ły­wa­nia na odle­głość jest tylko stan wyj­ściowy. O oddzia­ły­wa­niu na odle­głość świad­czy­łoby dopiero gdybyśmy po spraw­dze­niu stanu spiny pierw­szego członu sko­re­lo­wa­nego układu dokonali w nim zmiany i w z syn­chro­ni­zo­wa­nym czasie (wyklu­cza­ją­cym dotarcie infor­ma­cji z pręd­ko­ścią światła spraw­dzili stan drugie odkry­wa­jąc zmianę (czyli stan prze­ciwny). Przy­kła­dowo spraw­dzamy pierwszy człon skorelowanej/splątanej pary — otrzy­mu­jemy spin A — drugi ma B na mocy defi­ni­cji splą­ta­nia. Zmie­niamy ten stan na B po czasie t=np. 1s przed czasem t1=t+ czas jaki potrze­bo­wa­łoby światło na dotarcie do drugiego członu splą­ta­nia cztli w czasie t2<t1 spraw­dzamy stan drugiego członu pary i otrzy­mu­jemy A. Wtedy mamy oddzia­ły­wa­nie z pręd­ko­ścią ponad świetlną.
    Oczy­wi­ście się mylę, nie znam się itp. ale zadziwia mnie dlaczego nie spraw­dzamy zmiany a pod­nie­camy się wiedzą o stanie — zde­fi­nio­wa­nym samym “faktem” splą­ta­nia.
    Czasem czytam o falowej naturze np. elek­tronu- proszę potwierdź, że kto­kol­wiek wystrze­lił poje­dyn­czy elektron i wyklu­czył jego oddzia­ły­wa­nie z mate­ria­łem z jakiego wykonana została prze­groda (np. mozli­wość wybicia dwóch elek­tro­nów z brzegu nacięcia w prze­gro­dzie oraz dla tego poje­dyn­czego elek­tronu uzyskał obraz świadc­żacy o przej­ściu przez dwie prze­grody i ude­rze­nie w prze­słonę w wielu miej­scach.

  • Mathell2

    Pytanie: czy badano spla­ta­nie kwantowe pod katem wie­lo­wy­mia­ro­wego wszechświata?Połączenie fotonow może odbywać w wyzszym wymiarze, bo same czą­steczki sa wie­lo­wy­mia­rowe? Stąd tez moze wynikać ich dziwna natura? Ni to fala ni to czą­steczka:) pozdra­wiam.

  • Teresa

    Inne pytanie: czy kie­dy­kol­wiek potwier­dzono jakim­kol­wiek eks­pe­ry­men­tem natych­mia­stowe dzia­ła­nie na odle­głość.

    • Don Wasyl

      Tak, takich eks­pe­ry­men­tów było już mnóstwo, np Aspect, czy Zel­lin­ger tego dokonali. Paradoks EPR jest eks­pe­ry­men­tal­nie udo­wod­nio­nym zja­wi­skiem.

  • Benjamin Max

    Co do wstępu z cytatem Ein­ste­ina: załóżmy, że chcemy prze­wi­dzieć, którą z 6 dróg podąży człowiek ukry­wa­jący przed nami swoje myśli. Nie jesteśmy w stanie prze­po­wia­dać w nie­skoń­czo­ność jego wyborów ze stu­pro­cen­tową dokład­no­ścią. Czy to znaczy, że ten człowiek rzuca kością? A przecież osoba ta jest częścią wszech­świata. Jakże więc Einstein chciał prze­wi­dzieć ruchu Stwórcy?

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Nie można odnosić się do cytatu z pomi­nię­ciem kon­tek­stu. Te kon­kretne słowa odnoszą się do mecha­niki kwan­to­wej. A czy Einstein wierzył w ist­nie­nie praw­dzi­wie wolnej woli, czy wyznawał pełny deter­mi­nizm w każdej dzie­dzi­nie — prawdę mówiąc nie wiem.

      • Benjamin Max

        Czy mamy wolność wyboru bez względu na warunki, czy kierują nami prawa deter­mi­nu­jące nasze postę­po­wa­nie — w obu wypad­kach nie znamy cudzych zamie­rzeń. Jeżeli za kon­struk­cję świata odpo­wiada rozumna siła, to jej wpływ na swoje dzieło jest nie­prze­wi­dy­walny. Jeżeli w roz­wa­ża­nia o mecha­nice kwan­to­wej włącza się rozum­nego (rozum­nego, bo hipo­te­tycz­nie nie rzu­ca­ją­cego kośćmi) Stwórcę, to trzeba też założyć, że ma On prawo ukrywać swoje zamie­rze­nia, choćby nawet jego ruchy były zde­ter­mi­no­wane przez dzia­ła­nie swojego własnego dzieła. Jedne elementy wpro­wa­dził w ruch auto­ma­tyczny, prze­wi­dy­walny, a innymi porusza tak, jak mu się podoba. Obser­wa­to­rowi, który nie widzi Jego dłoni, może się wydawać, że rządzi nimi losowość.

  • Tomek The Mes­sen­ger

    A ja się przy­chy­lam do Ein­ste­ina. Mecha­nika kwantowa to błędnie zin­ter­pre­to­wane doświad­cze­nie Younga. Roz­miesz­cze­nie prążków zależy też od mate­riału z którego wykonane są szcze­liny, ich ostrości krawędzi — jakiś zespół w Polsce robił prace na ten temat i można znaleźć artykuły w necie. Szkoda, że nie nagło­śnili tego bo Nobla by może dostali. Moim zdaniem jak się wysyła foton czy inną cząstkę przez szcze­linę to ten foton i ta cząstka nie dociera na ekran tylko w momencie przej­ścia przez szcze­linę jest tam jakieś oddzia­ły­wa­nie które powoduje, że inny foton, elektron jest wytrą­cany ze szcze­liny, a ten ze źródła absor­bo­wany. To by tłu­ma­czyło dlaczego ostrość, rozmiar, materiał szcze­liny ma zna­cze­nie jeśli chodzi o roz­miesz­cze­nie prążków. A jak się mierzy elektron foton przed dotar­ciem do szcze­liny czy ten wytrą­cony ze szcze­liny to wiadomo prążki znikają — pewnie akt pomiaru wpływa na wła­ści­wo­ści cząstki, spin. To tak jak piłka nożna. Ronaldo podkręci rogala i piłka po ukośnej tra­jek­to­rii zmierza. Ale jak uderzysz w locie piłki ją inną piłką to wła­sci­wo­ści tra­jek­to­rii się zmie­niają, może w ogóle nie dotrzeć do bramki. Rze­czy­wi­stość jest dużo bardziej prostsza niż się to wszyst­kim wydaje.

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      W takim razie pro­sił­bym o linki do tych “nie­na­gło­śnio­nych” badań, bo praw­do­po­dob­nie są naj­więk­szą rewo­lu­cją w fizyce od ponad wieku. Praw­do­po­dob­nie ozna­czają one również, że sto­so­wane i dobrze dzia­ła­jące równania fizyki kwan­to­wej, w rze­czy­wi­sto­ści zawie­rają błędne zało­że­nia.

      Póki co, na chwilę obecną kwestia inter­fe­ren­cji różnych cząstek (i nie tylko) była dowo­dzona na wiele sposobów, nie tylko poprzez multum wariacji doświad­cze­nia z dwiema szcze­li­nami. Warto zapoznać się cho­ciażby ze świe­żut­kim badaniem Wie­deń­skiego Centrum Nauki i Tech­no­lo­gii Kwan­to­wej, który dowiódł natury falowej czą­ste­czek orga­nicz­nych: https://arxiv.org/pdf/1910.14538.pdf?fbclid=IwAR36POXb-sinOfSE6TZ0YfjmhHXoPJLA2wywFA4l004N1rf5I49lyV2qXqk. A to przecież tylko wstęp do tego co wiemy o MK, a co przeczy prze­czu­ciu (bo tylko o prze­czu­ciu mówimy) Ein­ste­ina. Nie istnieje żadna prze­słanka dowo­dząca ist­nie­nia zmien­nych ukrytych.

      “Moim zdaniem jak się wysyła foton czy inną cząstkę przez szcze­linę to ten foton i ta cząstka nie dociera na ekran tylko w momencie przej­ścia przez szcze­linę jest tam jakieś oddzia­ły­wa­nie które powoduje, że inny foton, elektron jest wytrą­cany ze szcze­liny, a ten ze źródła absor­bo­wany”.

      Chwi­leczkę. Tylko dlaczego ta rzekoma inte­rak­cja z mate­ria­łem szcze­liny w nagły sposób znika, gdy zasło­nimy jedną ze szczelin? I jak, biorąc to wszystko w rachubę, zin­ter­pre­to­wać sumo­wa­nie po histo­riach Feynmana?

      “Rze­czy­wi­stość jest dużo bardziej prostsza niż się to wszyst­kim wydaje”.

      Problem polega na tym, że wyżej od mojego, Twojego, czy czy­je­go­kol­wiek arbi­tral­nego zdania stoi wynik eks­pe­ry­mentu; a jeszcze wyżej wyniki kilku nie­za­leż­nych i różnych doświad­czeń.

      • Józef Gelbard

        Pro­po­nuję zapo­zna­nie się z gra­wi­ta­cją dualną. Einstein miał rację twier­dząc, że mecha­nika kwantowa jest “nie­do­koń­czona”. Po prostu nie uwzględ­nia gra­wi­ta­cji, która wpraw­dzie w skali atomu jest nie­mie­rzal­nie słaba, ale po pierwsze jednak istnieje, a po drugie, w innej skali, głębiej, jest nie­zwy­kle silna. Za jej pomocą wyjaśnić można np. efekt tunelowy — bez mate­ma­tyki, na chlopski rozum i efek­tyw­nie. Można tez wyjaśnić istotę zakazu Pauliego i asymp­to­tyczną swobodę — też na chłopski rozum i efek­tyw­nie.

      • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        “bez mate­ma­tyki, na chlopski rozum i efek­tyw­nie”

        Tak, nauka oparta o chłopski rozum zazwy­czaj jest zde­cy­do­wa­nie naj­cie­kaw­sza i daje naj­lep­sze efekty. Oso­bi­ście wpro­wa­dził­bym chłopski rozum jako zasadę meto­do­lo­giczną, choćby zamiast fal­sy­fi­ka­cji.