Einsteins 'Uhyggelige handling på afstand'-paradoks ældre end troede

Einsteins uhyggelige handling på afstand er blevet synonymt med en af ​​de mest berømte episoder i fysikkens historie - hans kamp med Bohr i 1930'erne om kvantemekanikkens fuldstændighed.

Einsteins våben i denne kamp var tankeeksperimenter, som han designede for at fremhæve, hvad han mente var den nye teoris utilstrækkeligheder.

Den mest berømte af disse er EPR-paradokset, annonceret i 1935 og opkaldt efter dets opfindere Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen.

Det involverer et par partikler forbundet af den mærkelige kvanteegenskab ved sammenfiltring (et ord opfundet meget senere). Sammenfiltring opstår, når to partikler er så dybt forbundet, at de deler den samme eksistens. På kvantemekanikkens sprog er de beskrevet af den samme matematiske relation kendt som en bølgefunktion.

Sammenfiltring opstår naturligt, når to partikler for eksempel skabes på samme punkt og øjeblikkeligt i rummet.

Sammenfiltrede partikler kan blive vidt adskilt i rummet. Men alligevel indebærer matematikken, at en måling på den ene umiddelbart påvirker den anden, uanset afstanden mellem dem.

Einstein og co påpegede, at ifølge den særlige relativitetsteori var dette umuligt, og derfor må kvantemekanikken være forkert eller i det mindste ufuldstændig. Einstein kaldte det berømt uhyggelig handling på afstand.

EPR-paradokset ramte Bohr og blev først løst i 1964, længe efter Einsteins død. CERN-fysiker John Bell løste det ved at tænke på sammenfiltring som et helt nyt fænomen, som han kaldte ikke-lokalt.

Den grundlæggende idé her er at tænke på overførsel af information. Sammenfiltring tillader en partikel øjeblikkeligt at påvirke en anden, men ikke på en måde, der tillader klassisk information at rejse hurtigere end lys. Dette løste paradokset med speciel relativitet, men efterlod meget af mysteriet intakt. I disse dage er den nysgerrige karakter af sammenfiltring genstand for intens fokus i laboratorier rundt om i verden.

Men det fortæller ikke hele historien, siger Hrvoje Nikoli ved Rudjer Boskovic Instituttet i Kroatien. I dag afslører han, at selvom historien først registrerer dette paradoks i 1935, snublede Einstein ubevidst over det meget tidligere, i 1930.

På dette tidspunkt arbejdede han på et andet paradoks, som han præsenterede på den 6. Solvay-konference i Bruxelles i 1930. Dette problem fokuserede på Heisenberg-usikkerhedsforholdet mellem energi og tid, som siger, at man ikke kan måle begge dele med høj nøjagtighed.

For at udfordre dette kom Einstein med følgende tankeeksperiment. Forestil dig en kasse, der kan åbnes og lukkes hurtigt, og som indeholder et ensemble af fotoner. Når den er åben, udsender boksen en enkelt foton.

Tidspunktet for emission kan måles med vilkårlig præcision - det er kun den tid, hvori kassen var åben. Ifølge kvantemekanikken begrænser dette opløsningen, som du kan måle fotonens energi med.

Men Einstein påpegede, at også dette kan måles med vilkårlig præcision, ikke ved at måle fotonen, men ved at måle boksens energiændring, når fotonen udsendes, hvilket skal være lig med fotonens energi. Derfor er kvantemekanikken inkonsekvent, sagde han.

Einsteins store rival, Bohr, puslede længe og hårdt over dette, men kom til sidst med følgende argument. Han sagde, at Einsteins egen teori om almen relativitet gav svaret.

Da målingen af ​​tid foregår i et gravitationsfelt, må tidsforløbet, hvor boksen er åben, også afhænge af boksens position.

Usikkerheden i position er en yderligere faktor, som Einstein ikke havde taget højde for, og dette løste ifølge Bohr paradokset. Einstein blev sendt til pakning.

Dette er naturligvis ikke et særlig tilfredsstillende svar for det moderne øje. Det indebærer for det første, at kvantemekanik kræver, at generel relativitetsteori er konsistent, en idé som moderne fysikere helt vil afvise.

Nikoli siger, at dette problem aldrig er blevet analyseret tilfredsstillende fra et moderne perspektiv. Indtil nu.

Han siger, at den rigtige opløsning er at tænke på systemets samlede energi, som er boksens energi og fotonens energi. Den samlede energi er konstant og styret af en enkelt matematisk enhed, selv efter at fotonen er udsendt.

Så boksen og fotonen skal være viklet ind.

Dette rejser straks det problem, som Einstein senere ramte på i EPJ-paradokset. En måling på boksen påvirker øjeblikkeligt fotonen og omvendt - uhyggelig handling på afstand.

Af denne grund svarer fotonparadokset til EPR-paradokset, siger Nikoli. Havde Einstein bemærket det, kunne han have stoppet Bohr i hans spor.

Det er en interessant historisk fodnote. Bohrs triumf over Einstein ved denne lejlighed menes almindeligvis at have været hans største.

Men nu er det let at se, at tingene kunne have været væsentligt anderledes, hvis Einstein havde omformuleret sit argument i forhold til sammenfiltring.

Således er historien smedet!

Ref: arxiv.org/abs/1203.1139 : EPJ før EPJ: Et gensyn med Einstein-Bohr tankeeksperiment fra 1930

skjule