Jesteś tutaj

Kwantowe monety

Wątpliwości Alberta E.

Mechanika kwantowa to chyba pierwsza tak skrajnie nieintuicyjna teoria fizyczna. Tak skrajnie, że jej regułom opierał się nawet sam Albert E. (nazwisko do wiadomości redakcji w celu uniknięcia procesu o zniesławienie). Ów Albert E. wspólnie z Borysem P. i Nathanem R. wytknęli stosunkowo świeżej wówczas (1935) teorii pewien paradoks. Pozwólcie, że przedstawimy ich wątpliwości na dwa sposoby: cząstkowy i monetowy.

 

Paradoks EPR (patrz inicjały) o monetach

Wyobraźcie sobie, że biorę dwie monety i rzucam je na stół tak, by wirowały. Po jakimś czasie jedna z nich upada reszką do góry. Wtedy ja tryumfalnie mówię: na drugiej będzie orzeł. I mam rację. Zawsze. Czy przygotowałem oszukane monety? Niekoniecznie. Jak więc to możliwe? W "klasycznym", codziennym życiu, w którym przedmioty są bardzo duże w porównaniu z atomami - to niespecjalnie możliwe. A z drugiej strony, kiedy spojrzymy na świat przez baaaardzo powiększającą lupę, to okaże się, że tak właśnie zbudowana jest przyroda - z "oszukujących" monet.

 

Paradoks EPR o cząstkach

Istnieją cząstki, takie jak elektron, które charakteryzuje wielkość o nazwie spin. Możemy sobie go wyobrażać jako wektor. Do pewnego stopnia możemy tę wielkość zmierzyć badając np. jej rzut (rzut wektora) na oś z. Okaże się wtedy (np. dla elektronu), że rzut spinu może przyjmować tylko dwie wartości, nazwijmy je -1 i +1.

Mechanika kwantowa opiera się na pojęciu stanu kwantowego, który charakteryzuje się prawdopodobieństwami, np. że rzut spinu wynosi -1 czy tam +1. Albert E. z kolegami mówią, że możemy przecież skonstruować taki stan, w którym z prawdopodobieństwem 1/2 spin jednej cząstki wyniesie -1, a drugiej +1 i z prawdopodobieństwem 1/2 sytuacja będzie dokładnie odwrotna: spin pierwszej cząstki wyniesie +1, a drugiej -1. Wysyłamy teraz dwie cząstki w przeciwne strony wszechświata. Mogą polecieć wręcz nieskończenie daleko od siebie! Jednak jeśli zmierzymy spin jednej z nich, i wyjdzie np. +1, to automatycznie wiemy, że spin drugiej, jeśli go zmierzyć, wyjdzie -1. Dlaczego? Bo taki był nasz stan kwantowy: 50% szans na konfigurację +1,-1 i 50% szans na konfigurację -1,+1. Nie daliśmy żadnych szans konfiguracji +1,+1 czy -1,-1, więc skoro jedna cząstka ma spin +1, to druga MUSI mieć -1. I odwrotnie: jeśli pierwsza ma -1, druga MUSI mieć +1.

Albert E. stwierdził, że to nielogiczne. Że przecież ta druga cząstka jakoś musiała "dowiedzieć się" o wyniku badania spinu na pierwszej cząstce, skoro umiemy ze 100% skutecznością przewidzieć wynik. Musiał zajść jakiś przepływ informacji. I to natychmiastowy! Możemy przecież zmierzyć drugą cząstkę błyskawicznie zaraz po pierwszej! A skoro informacja przebiegła nieskończoną drogę nieskończenie szybko, to jest szybsza od światła! O nie nie nie, na to Albert E. się nie zgodzi (i to niezależnie od tego czy ktoś dobrze włożył wtyczkę do kontaktu w jakimś włoskim eksperymencie, czy nie)!

 

Nie tym razem

Tym razem jednak Albert E. nie miał racji. Jednak wskazując na "paradoks" EPR uwypuklił kluczową własność mechaniki kwantowej. Własność, która sprawia, że jedna cząsteczka jest w jakiś sposób "związana" z drugą. Nie ma tu mowy o żadnym oddziaływaniu, o żadnych siłach między cząstkami - przecież mówiliśmy, że mogą one odlecieć nieskończenie daleko od siebie: jeśli nawet mogą ze sobą oddziaływać, to zajście takiego oddziaływania trwałoby nieskończenie długo! Charakterystyki tych cząstek są "po prostu", w tak naprawdę słabo rozumiany i - trzeba przyznać - zupełnie nielogiczny sposób, ze sobą splątane. Dlatego też, to zjawisko zyskało sobie miano kwantowego splątania. Co mamy na poparcie tej tezy? Hmm... tyle, że TO działa. TO, czyli np. komputer czy telefon, na którym odczytujesz niniejszą wiadomość, a do którego konstrukcji niezbędna była wiedza z mechaniki kwantowej. A także dziesiątki eksperymentów potwierdzających tę poplątaną tezę. W końcu gwiazda naukowych mediów - komputer kwantowy - którego konstrukcja powoli i ślamazarnie, ale ciągle idzie do przodu!

  • Obrazek użytkownika w.ganczarek
    O autorze:

    Wojtek Ganczarek

    Redaktor fiztaszków teoretycznych i kwantowych
    Fiztaszkowiec teoretyczny. Lubi się splątać: kwantowo lub w sieci złożonej. Jest specjalistą ds. gatunku videofiztaszkus. Jeśli akurat nie pisze fiztaszka, to pisze o podróżach: fizyk-w-podrozy.blogspot.com .

Komentarze

Obrazek użytkownika Wolak

Czy taka zależność dotyczy każdych dwóch cząstek we wszechświecie czy dwóch cząstek tworzących początkowo jakiś układ (jeśli tak to jakich), a później oderwanych od siebie?

Obrazek użytkownika wojtk

Tak jak to starałem się podkreślić w tekście dotyczy to cząstek, które wspólnie tworzą stan, zwany stanem splątanym. Jaki powinien być to układ? W tekście podałem przykład związany ze spinami. Żeby być nieco bardziej formalnym: stan który wskazałem, z dokładnością do normalizacji, zapisuje się jako |01>+|10>. Jest to przykład stanu splątanego. Takich stanów jest dużo więcej, właściwie w naturze stany niesplątane tworzą zbiór miary zero. Niemniej: istnieją. Natomiast w dalszym ciągu kluczowe jest, by cząstki, o których mowa, tworzyły jakiś wspólny stan kwantowy, co w ogólności nie musi być prawdziwe. Czyli: nie, nie dotyczy to dowolnie wybranych dwóch cząstek we wszechświecie.

Dodaj komentarz