Einšteina “Spoki darbība no attāluma” paradokss, kas vecāks par domām

Einšteina frāze spokainā darbība no attāluma ir kļuvusi par sinonīmu vienai no slavenākajām epizodēm fizikas vēsturē — viņa cīņai ar Boru pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados par kvantu mehānikas pilnīgumu.

Einšteina ieroči šajā cīņā bija domu eksperimenti, kurus viņš izstrādāja, lai uzsvērtu, viņaprāt, jaunās teorijas nepilnības.

Slavenākais no tiem ir EPR paradokss, kas tika paziņots 1935. gadā un nosaukts tā izgudrotāju Einšteina, Borisa Podoļska un Neitana Rozena vārdā.

Tas ietver daļiņu pāri, ko saista dīvainā kvantu īpašība – sapīšanās (vārds radās daudz vēlāk). Sapīšanās notiek, ja divas daļiņas ir tik cieši saistītas, ka tām ir viena un tā pati eksistence. Kvantu mehānikas valodā tos raksturo tā pati matemātiskā sakarība, kas pazīstama kā viļņu funkcija.

Sapīšanās rodas dabiski, ja, piemēram, divas daļiņas tiek izveidotas vienā un tajā pašā punktā un telpā.

Sapinušās daļiņas var plaši atdalīties telpā. Bet pat tādā gadījumā matemātika nozīmē, ka viena mērījuma rezultāts nekavējoties ietekmē otru neatkarīgi no attāluma starp tiem.

Einšteins un kolēģi norādīja, ka saskaņā ar īpašo relativitātes teoriju tas nav iespējams, un tāpēc kvantu mehānikai jābūt nepareizai vai vismaz nepilnīgai. Einšteins to slaveni sauca par spokainu darbību no attāluma.

EPR paradokss satrieca Boru un tika atrisināts tikai 1964. gadā, ilgi pēc Einšteina nāves. CERN fiziķis Džons Bells to atrisināja, domājot par sapīšanos kā pilnīgi jauna veida parādību, ko viņš nosauca par nelokālu.

Pamatdoma šeit ir domāt par informācijas nodošanu. Sapīšanās ļauj vienai daļiņai acumirklī ietekmēt citu, bet ne tādā veidā, kas ļautu klasiskajai informācijai pārvietoties ātrāk nekā gaisma. Tas atrisināja paradoksu ar īpašu relativitāti, bet atstāja lielu daļu noslēpuma neskartu. Mūsdienās laboratorijās visā pasaulē intensīvi tiek pievērsta uzmanība sapīšanās ziņkārīgajam raksturam.

Bet tas neatspoguļo visu stāstu, saka Hrvoje Nikoli no Rudžera Boskoviča institūta Horvātijā. Šodien viņš atklāj, ka, lai gan vēsturē šis paradokss pirmo reizi tika reģistrēts 1935. gadā, Einšteins neapzināti uzdūrās tam daudz agrāk, 1930. gadā.

Šajā laikā viņš strādāja pie cita paradoksa, ko viņš prezentēja 6. Solvay konferencē Briselē 1930. gadā. Šī problēma bija vērsta uz Heizenberga nenoteiktības attiecību starp enerģiju un laiku, kas nosaka, ka nevar izmērīt abus ar augstu precizitāti.

Lai to apstrīdētu, Einšteins nāca klajā ar šādu domu eksperimentu. Iedomājieties kastīti, kuru var ātri atvērt un aizvērt un kurā ir fotonu ansamblis. Kad kaste ir atvērta, tā izstaro vienu fotonu.

Emisijas laiku var izmērīt ar patvaļīgu precizitāti – tas ir tikai laiks, cik ilgi kaste bija atvērta. Saskaņā ar kvantu mehāniku, tas ierobežo izšķirtspēju, ar kādu var izmērīt fotona enerģiju.

Taču Einšteins norādīja, ka arī to var izmērīt ar patvaļīgu precizitāti, nevis izmērot fotonu, bet gan mērot kastes enerģijas izmaiņas, kad fotons tiek izstarots, kam jābūt vienādam ar fotona enerģiju. Tāpēc viņš teica, ka kvantu mehānika ir pretrunīga.

Lielais Einšteina sāncensis Bors par to ilgi un smagi prātoja, bet galu galā nāca klajā ar šādu argumentu. Viņš teica, ka atbildi sniedz paša Einšteina vispārējās relativitātes teorija.

Tā kā laika mērīšana notiek gravitācijas laukā, laika nobīdei, kurā kaste ir atvērta, ir jābūt atkarīgam arī no kastes stāvokļa.

Pozīcijas nenoteiktība ir papildu faktors, ko Einšteins nebija ņēmis vērā, un tas, pēc Bora domām, atrisināja paradoksu. Einšteins tika nosūtīts iesaiņošanai.

Protams, tā nav ļoti apmierinoša atbilde mūsdienu acīm. Pirmkārt, tas nozīmē, ka kvantu mehānikai ir nepieciešama vispārējā relativitātes teorija, lai tā būtu konsekventa; ideja, ko mūsdienu fiziķi pilnībā noraidītu.

Nikoli saka, ka šī problēma nekad nav tikusi apmierinoši analizēta no mūsdienu perspektīvas. Līdz šim brīdim.

Viņš saka, ka pareizā izšķirtspēja ir domāt par sistēmas kopējo enerģiju, kas ir kastes enerģija un fotona enerģija. Kopējā enerģija ir nemainīga, un to regulē viena matemātiska vienība pat pēc fotona izstarošanas.

Tātad kastei un fotonam jābūt sapītiem.

Tas nekavējoties rada problēmu, ko Einšteins vēlāk skāra EPR paradoksā. Mērījums uz kastes nekavējoties ietekmē fotonu un otrādi — spokainu darbību no attāluma.

Šī iemesla dēļ fotonu paradokss ir līdzvērtīgs EPR paradoksam, saka Nikoli. Ja Einšteins to būtu pamanījis, viņš būtu varējis apturēt Boru.

Tā ir interesanta vēsturiska zemsvītras piezīme. Tiek uzskatīts, ka Bora triumfs pār Einšteinu šajā gadījumā bija viņa lielākais.

Bet tagad ir viegli saprast, ka lietas varēja būt ievērojami savādākas, ja Einšteins būtu pārformulējis savu argumentu sapīšanās ziņā.

Tā vēsture ir kalta!

Atsauce: arxiv.org/abs/1203.1139 : EPR pirms EPR: pārskatīts 1930. gada Einšteina-Bora domu eksperiments

paslēpties