Billede: Kent Schimke/Flickr
Ligninger i fysik er ting, som vi mennesker er skabt til at forstå Universet, og det kan være svært at adskille dem fra Universet medfødte egenskaber. Det viser sig, at en af de mærkeligste ting, forskerne kommet op med, hvad Albert Einstein derisively kaldet “spooky action på afstand,” er mere end bare matematik: Det er et faktum af virkeligheden.
Dette begreb er også kendt som entanglement, og det er, hvad giver de partikler, der én gang har interageret at dele en forbindelse, uanset afstanden mellem dem. Et team af fysikere i det Forenede Kongerige, der anvendes nogle tætte matematik til at komme til deres Einstein-ophidser konklusion, tager et vigtigt skridt i retning af at bevise, om kvantemekanik’ skøre er netop den matematik, der taler, eller om det taler til medfødte fysiske krav. Deres matematiske bevis ‘ s vigtigste forudsætning er, at enhver ny fysik teori bør være bagud kompatibel med den fysik, du har lært i gymnasiet.
“Det er lidt af et overraskende resultat fra Einstein’ s perspektiv: Der kan ikke være nogen beskrivelse af naturen uden sammenfiltring,” Jonathan Richens fra Imperial College, London fortalte Gizmodo. “De fleste fysikere mener, at der er en rigere og dybere teori om naturen uden for kvante-teori. Denne teori er at have indvikling.”
Kvantemekanikken er den teori, der forklarer adfærd af de mindste enheder i naturen, som fotoner og elektroner. Partikler opfører sig som bølger (og vice versa), og før observere dem, forskerne kan kun forklare partikler egenskaberne ved hjælp af sandsynligheder. Snarere end at sige “denne bold er blå,” kan de kun sige “her er chancerne denne bold er blå eller grønne.” Men når to af disse bolde interagere, de kan blive viklet ind, hvilket betyder at du skal beskrive både bolde’ egenskaber på samme tid. Måling af en af de bolde,’ farver direkte indebærer, hvad farve af de andre bolden vil være, uanset hvor langt væk de bolde.
Forskerne kan observere indvikling. Kinesiske forskere har oprettet denne særlige inter-partikel forbindelsen mellem lys partikler på en jordstation og satellit-100 kilometer væk, for eksempel. De observerede sammenhænge mellem lys partikler i rummet og på Jorden, som ikke kunne eksistere, der er baseret på lovene i klassisk fysik alene. Einstein hadede entanglement, da det indebærer, at en eller anden måde, fotoner, der påvirker hinanden med det samme uden rent faktisk at være i nærheden af hinanden.
Richens’ team ‘ s nye papir, der blev offentliggjort i går i Physical Review Letters, som ikke overholder indvikling. I stedet for, “det væsentligste bidrag til dette arbejde er at give et overbevisende argument for, at entanglement—en af de mest interessante og ulogisk aspekter af quantum teori—er en uundgåelig del af enhver fysisk teori mere “grundlæggende” end den klassiske fysik,” Ciarán Lee, en forsker ved University College London, som ikke er involveret i dette papir fortalte Gizmodo. “Ved om “grundlæggende” her mener jeg, at sådan en fysisk teori indeholder klassiske fysik i en vis begrænsning.” Enhver teori, der er bagud-kompatibel med klassisk fysik, den måde, Xbox 360’erne er bagud-kompatibel med Xboxes, kræver indvikling.
Holdet er esoterisk bevis kræver masser af meget højt niveau i matematik, men Richens gav et forenklet eksempel ved hjælp af klassiske og kvante-computer bits, eller qubits. Du kan korrelere to almindelig computer bits (ting, der kun kan antage værdier fra nul og en) med en simpel operation: Hvis den første bit er lig med nul, skal den anden smule den modsatte værdi. Hvis den første bit er lig med en, forlader den anden smule alene.
Men hvad nu, hvis du har anvendt denne funktion til at kvante-bits? Snarere end blot at være et nul eller en, som en almindelig bit, et øjebliksbillede kommer med en sandsynlighed for at være enten nul eller en, indtil du måle det. Richens forklarede, at hvis ovenstående operation var at arbejde på et par af qubits, så indvikling stikker sit grimme hoved i beviset. Deres papir fandt, at “spooky action på afstand” er uundgåelig.
Det papir, der falder ind i en del af en større bevægelse til at forklare innateness af kvantemekanikken, og til at udlede det er baseret på simple antagelser om universet, forklarer Markus Müller, som er gruppeleder ved Instituttet for kvanteoptik og kvanteinformation i Østrig ikke involveret i undersøgelsen. Lee forsøger at finde ud af, om der er teorier, der er bagud-kompatibel med kvantefysik den måde quantum er bagud-kompatibel med klassisk fysik. Einstein ‘ s relativitetsteori, for eksempel, er en anden mere avanceret teori, der forenkler at lærebog i fysik, og hvis maskinen falder ud af nogle grundlæggende antagelser om universet, for eksempel, at lysets hastighed er en konstant. “Vi forsøger at gøre det samme her,” sagde Müller.
Det er vigtigt at bemærke, at mens denne er et matematisk bevis, det er kun så stærke som de antagelser og definitioner forfatterne omfatter i arbejde, forklarede Lee. Han fandt en af de antagelser, der potentielt kan diskuteres, men stadig godt motiverede.
Og der er en lang vej forude. Fysikerne kun viste sig at være en (omend skøre) stykke af kvantemekanikken, ikke den hele teori. Sagde Richens: “Hvis vi får hele quantum teori, det ville være en kæmpe.”
[PRL]