Πώς ο Αϊνστάιν αμφισβήτησε την κβαντική μηχανική και έχασε

08:13 12/2/2023 - Πηγή: Huffington Post Greece

Η κβαντομηχανική είναι δύσκολο να εξηγηθεί. Παρόλο που κατατάσσεται ως η πιο ακριβής επιστημονική θεωρία που αναπτύχθηκε ποτέ, είναι μια θεωρία με χίλιους γρίφους, παράδοξα και αινίγματα.

Μέσα από την κβαντική μαθαίνουμε ότι τα γεγονότα μπορούν να συμβούν χωρίς αιτία, ότι τα αντικείμενα μπορούν να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα, ότι η παρατήρηση του Σύμπαντος μπορεί να το διαταράξει αμετάκλητα και ότι τα συστήματα με στοιχεία που βρίσκονται σε όλο τον γαλαξία μπορούν να λειτουργήσουν ως ένα στιγμιαίο σύνολο .

Η κβαντομηχανική δεν είναι μια θεωρία που προέκυψε από τη φαντασία ενός

φυσικού. Οι περισσότεροι φυσικοί την αποδέχτηκαν κάτω από την πίεση των πειραματικών δεδομένων, μια και ερχόταν σε σύγκρουση με τις καθιερωμένες τους αντιλήψεις. Μερικοί μάλιστα, όπως ο Αϊνστάιν, συνέχισαν να την αμφισβητούν μέχρι το τέλος της ζωής τους.

Αϊνστάιν εναντίον κβαντικής μηχανικής

Ο Αϊνστάιν βοήθησε πραγματικά στη δημιουργία της κβαντικής θεωρίας με την περιγραφή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, στο οποίο σωματίδια φωτός μπορούν να οδηγήσουν ηλεκτρικά ρεύματα. (Χάρη στο έργο του Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ, το φως θεωρούνταν εκείνη την εποχή αποκλειστικά ως ένα φαινόμενο κυμάτων.)

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1920, ωστόσο, είχε απογοητευτεί με τον τρόπο που αναπτύχθηκε η θεωρία μέσω φυσικών όπως ο Νιλς Μπορ και ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ. Υπήρχε υπερβολική απροσδιοριστία στην κβαντική φυσική και ο Αϊνστάιν πίστευε ότι η  η κβαντική θεωρία στηρίζεται σε πιθανότητες όπως έλεγε «Ο θεός δεν παίζει ζάρια με το σύμπαν».

Πρέπει να λείπει κάτι από τη θεωρία, σκέφτηκε ο Αϊνστάιν. Κάτω από τη μαθηματική δομή, πρέπει να υπάρχει κάποιο σύνολο κρυφών μεταβλητών.

Εάν αυτές οι μεταβλητές ήταν γνωστές, θα αποκαθιστούσαν τις διαισθήσεις της κοινής λογικής που έκαναν την κλασική φυσική του Νεύτωνα τόσο διαυγή. Αυτές οι διαισθήσεις μας λένε ότι τα αντικείμενα έχουν σαφείς ιδιότητες είτε έχουν παρατηρηθεί είτε όχι - κάτι που η κβαντική θεωρία θέτει σε αμφιβολία.

Για να αποδείξει γιατί θα έπρεπε να υπάρχουν τέτοιες κρυφές μεταβλητές, ο Αϊνστάιν έγραψε μια εργασία το 1935 με τους Μπόρις Ποντόλσκι και Νάθαν Ρόζεν και συνέγραψαν ένα περίφημο άρθρο για τις «διαπλεγμένες ή εναγκαλισμένες καταστάσεις», συστήματα δηλαδή τα οποία σύμφωνα με την κβαντομηχανική πρέπει να τα μεταχειριζόμαστε ως ενιαίο σύνολο, όσο μακριά και αν βρίσκονται τα τμήματα που τα αποτελούν.

Ο Αϊνστάιν απέρριπτε την ιδέα της κβαντικής διεμπλοκής, για την οποία χρησιμοποιούσε τον αφοριστικό χαρακτηρισμό «στοιχειωμένη δράση από απόσταση»Το συμπέρασμα αυτό τους οδήγησε τότε στην παραδοχή ότι η κβαντομηχανική δεν μπορούσε να αποτελεί μια πλήρη θεωρία. Συμπέραναν ότι χρειάζονται και άλλες πρόσθετες φυσικές ποσότητες (οι λεγόμενες κρυμμένες μεταβλητές) για να περιγραφεί η φυσική πραγματικότητα.

Ο Αϊνστάιν απέρριπτε την ιδέα της κβαντικής διεμπλοκής, για την οποία χρησιμοποιούσε τον αφοριστικό χαρακτηρισμό «στοιχειωμένη δράση από απόσταση» (spooky action at a distance).

Η κβαντική υπέρθεση είναι ένα θεμελιώδες φαινόμενο της κβαντομηχανικής. Κατά την υπέρθεση, δύο κβαντικές καταστάσεις προστίθενται μεταξύ τους με τρόπο που τους επιτρέπει να συνυπάρχουν ταυτόχρονα. Με αυτό τον τρόπο, κάθε κβαντική κατάσταση μπορεί να περιγραφεί ως το άθροισμα πολλαπλών διακριτών βασικών καταστάσεων.

Παραδείγματα υπέρθεσης μπορούν να αποτελούν οι ενεργειακές καταστάσεις ενός ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου. Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται στη θεμελιώδη ή στην διεγερμένη κατάσταση. Εκτός από αυτές τις δύο βασικές καταστάσεις, κάθε κανονικοποιημένος γραμμικός συνδυασμός της θεμελιώδους και διεγερμένης κατάστασης αποτελεί έγκυρη κβαντική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για κβαντική υπέρθεση των καταστάσεων.

Οι κβαντικές καταστάσεις υπό υπέρθεση αποτελούν λύσεις της εξίσωσης του Σρέντιγκερ. Καθώς η εξίσωση Σρέντιγκερ είναι μία γραμμική διαφορική εξίσωση, το άθροισμα πολλαπλών λύσεων της εξίσωσης αποτελεί επίσης λύση της εξίσωσης.

Αυτό σημαίνει ότι το σωματίδιο δεν έχει ακόμη μια καθορισμένη τιμή για την ιδιότητα που πρόκειται να μετρηθεί.

Η υπέρθεση είναι η πηγή του περίφημου παραδόξου της γάτας του Σρέντινγκερ, στην οποίο μια γάτα σε ένα κουτί είναι και νεκρή και ζωντανή μέχρι να ανοίξει κάποιος το κουτί για να την κοιτάξει.

Η γάτα του Σρέντινγκερ είναι ένα νοητικό πείραμα, που χαρακτηρίζεται και ως παράδοξο, επινοήθηκε από τον Αυστριακό φυσικό Έρβιν Σρέντινγκερ το 1935. Αναπαριστά αυτό που είδε ως το πρόβλημα στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης για την κβαντομηχανική στην εφαρμογή της σε καθημερινά αντικείμενα.

Το σενάριο παρουσιάζει μια γάτα, η οποία μπορεί να είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή, με την κατάστασή της να συνδέεται με προηγούμενο τυχαίο γεγονός. Το νοητικό πείραμα συναντάται συνήθως σε θεωρητικές συζητήσεις για τις ερμηνείες της κβαντομηχανικής. Κατά την ανάπτυξη αυτού του πειράματος ο Σρέντινγκερ επινόησε τον όρο κβαντική διεμπλοκή.

Ο Αϊνστάιν, ο Ποντόλσκι και ο Ρόζεν (με το παρατσούκλι EPR) σκόπευαν να διερευνήσουν τις συνέπειες της υπέρθεσης και της μέτρησης.

Το επιχείρημά τους λειτούργησε κάπως έτσι: Πάρτε δύο κβαντικά σωματίδια. Αφήστε τα να αλληλεπιδράσουν έτσι ώστε οι ιδιότητές τους να συνδεθούν. Στη συνέχεια, χωρίστε τα σε κάποια απόσταση.

Με τη μέτρηση μιας ιδιότητας του πρώτου σωματιδίου, η αρχική σύνδεση υποδηλώνει ότι η αντίστοιχη κατάσταση του δεύτερου σταθεροποιείται αμέσως. Εφόσον το φως δεν έχει ακόμη ταξιδέψει μεταξύ των σωματιδίων, πρέπει να σημαίνει ότι το δεύτερο σωματίδιο έχει ήδη την ιδιότητα που θα είχε βρει μια μέτρηση.

Η ιδιότητα του δεύτερου σωματιδίου, που καθορίζεται από τη μέτρηση ενός πρώτου σωματιδίου μακριά, υπολογίζεται ως «στοιχείο της πραγματικότητας» για το «παράδοξο EPR».

Ήταν το 1964, όταν ο Ιρλανδός φυσικός Τζόν Μπέλ επανεξέτασε το «παράδοξο EPR».  Ο Μπελ είναι περισσότερο διάσημος για τη διατύπωση του Θεωρήματος Μπελ στα μέσα της δεκαετίας του 1960.

Το έργο του Μπελ επέκτεινε το παράδοξο EPR ώστε να εξάγει αυτό που είναι γνωστό ως η ανισότητα Μπελ. Αυτό συνεπάγεται ότι ορισμένοι τύποι φυσικών θεωριών είναι αδύνατον να ισχύουν για όλες τις προβλέψεις της κβαντομηχανικής, εγείροντας φιλοσοφικά ερωτήματα σχετικά με τα όρια του τι είναι δυνατόν με τέτοιες θεωρίες. Φωτογραφήθηκε το 1989, στο Μεγάλο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων, στο CERN της Ελβετίας.

Το 1964, μετά την άδεια ενός έτους από το CERN, που ξόδεψε στο Stanford University, the University of Wisconsin–Madison and Brandeis University, έγραψε ένα χαρτί με τίτλο «On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox». Σε αυτή τη δουλειά, έδειξε ότι η μεταφορά ανάλυση EPR  επιτρέπει σε κάποιον να αντλήσει το περίφημο θεώρημα του Μπελ.

Η προκύπτουσα ανισότητα, που προέρχεται από ορισμένες παραδοχές, παραβιάζεται από την κβαντική θεωρία. Υπάρχει κάποια διαφωνία σχετικά με την ανισότητα του Μπελ - σε συνδυασμό με την ανάλυση - can be said to imply.

Ο Μπελ έκρινε ότι δεν είναι μόνο τοπικές κρυμμένες μεταβλητές, αλλά οποιεσδήποτε τοπικές θεωρητικές εξηγήσεις πρέπει να έρχονται σε αντίθεση με τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας: «Είναι γνωστό ότι με το παράδειγμα του Bohm από EPR συσχετίσεις, με τη συμμετοχή σωματίδια με spin, υπάρχει μια αμείωτη nonlocality.»

 Σύμφωνα με μια εναλλακτική ερμηνεία, όχι όλες οι τοπικές θεωρίες σε γενικές γραμμές, αλλά μόνο τοπικές κρυμμένες μεταβλητές θεωρίες (ή «τοπική ρεαλιστής» θεωρίες) έχουν αποδειχθεί, ότι είναι ασυμβίβαστη με τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας.

 Με πληροφορίες από το Free Think.

Related...Πού βρίσκεται ο εγκέφαλος του Αϊνστάιν (και πώς βρέθηκε εκεί)E = mc²: Ο Αλμπερτ Αϊνστάιν εξηγεί σε σπάνιο βίντεο την εξίσωση που άλλαξε τον κόσμοΕπιβεβαιώθηκε για άλλη μια φορά πως η γενική θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι σωστή