Bilde: Kent Schimke/Flickr
Likningene i fysikk er ting som vi mennesker er skapt for å forstå Universet, og det kan være vanskelig å kommer seg løs dem fra Universets iboende egenskaper. Det viser seg at en av de merkeligste ting forskere har kommet opp med, hva Albert Einstein derisively kalt “spooky action på avstand,” er mer enn bare matematikk: Det er et faktum av virkeligheten.
At konseptet er også kjent som forviklinger, og det er det som gjør at partikler som har en gang samhandlet å dele en forbindelse uavhengig av avstanden mellom dem. Et team av fysikere i Storbritannia brukte noen tett matematikk for å komme til deres Einstein-angering konklusjon, å ta et viktig skritt mot å bevise om quantum mechanics’ weirdness er bare de matte snakke, eller om det taler til medfødte fysiske krav. Deres matematiske bevis viktigste forutsetningen er at eventuelle nye fysikk teori skal være bakoverkompatibel med fysikk som du lærte på videregående skole.
“Det er litt av et overraskende resultat fra Einsteins perspektiv: kan Det ikke være noen beskrivelse av naturen uten forviklinger,” Jonathan Richens fra Imperial College, London fortalte Gizmodo. “De fleste fysikere mener at det er et rikere og dypere teori om naturen utenfor kvante-teori. Denne teorien har å ha forviklinger.”
Kvantemekanikk er den teorien som forklarer virkemåten til de minste enheter i naturen, som fotoner og elektroner. Partikler oppfører seg som bølger (og vice versa), og før observere dem, forskere kan bare forklare partikler’ egenskaper ved hjelp av sannsynligheter. Heller enn å si “denne ballen er blå,” kan de bare si “her er sjansen denne ballen er blå eller grønn.” Men når to av disse ballene kommuniserer, kan de bli fanget, som betyr at du må beskrive både baller’ egenskaper på samme tid. Måler en av ballene ” farger direkte innebærer hva fargen på den andre ballen vil være, uansett hvor langt unna kulene.
Forskere kan observere forviklinger. Kinesiske forskere har satt opp denne spesielle inter-partikkel-tilkobling mellom lys partikler på bakken-stasjon og en satellitt-100 kilometer unna, for eksempel. De observerte sammenhenger mellom de lyse partikler i verdensrommet og på Jorden som ikke eksisterer basert på lovene i klassisk fysikk alene. Einstein forhatte forviklinger siden det innebærer at noe, fotoner påvirker hverandre umiddelbart uten egentlig å være i nærheten av hverandre.
Richens’ team ‘ s nye papiret, som ble publisert i går i Physical Review Letters, ikke observere forviklinger. I stedet, “den viktigste bidrag i dette arbeidet er å gi en overbevisende argumentet om at forviklinger—en av de mest interessante og counterintuitive aspekter av kvante-teori—er en uunngåelig funksjonen av noen fysiske teorien mer “grunnleggende” enn klassisk fysikk,” Ciarán Lee, en forsker ved University College London ikke er involvert i dette papiret fortalte Gizmodo. “Med “grunnleggende” her mener jeg at en slik fysisk teori inneholder klassisk fysikk i noen grense.” Enhver teori som er bakover-kompatibel med klassisk fysikk, måten Xbox 360s er bakover-kompatibel med Xboxes, krever forviklinger.
Teamet esoteriske bevis krever massevis av svært høy-nivå matematikk, men Richens ga et forenklet eksempel ved hjelp av klassisk og quantum datamaskinen biter, eller qubits. Du kan sammenlikne to vanlige datamaskin biter (ting som bare kan anta verdiene til null og én) med en enkel operasjon: Hvis den første biten er lik null, må den andre litt motsatt verdi. Hvis den første biten tilsvarer ett, la de andre litt alene.
Men hva om du har brukt denne operasjonen for å quantum biter? Heller enn bare å være en null eller ett som en vanlig bit, en qubit kommer med en sannsynlighet for å være enten null eller én til du måle det. Richens forklarte at hvis ovenstående operasjon var å jobbe på et par av qubits, så forviklinger steiler sitt stygge hode i proof. Deres papir fant at “spooky action på avstand” er uunngåelig.
Papiret faller inn i en del av en større bevegelse for å forklare innateness av kvantemekanikk, og å utlede den er basert på enkle forutsetninger om universet, forklarte Markus Müller, gruppeleder ved Institutt for Quantum Optics og Quantum Informasjon i Østerrike ikke er involvert i studien. Lee er å prøve å finne om det er teorier som er bakover-kompatibel med kvantefysikken måten quantum er bakover-kompatibel med klassisk fysikk. Einsteins relativitetsteori, for eksempel, er en annen mer avansert teori som forenkler å lærebok i fysikk, og som har maskiner faller ut av noen grunnleggende forutsetninger i universet, for eksempel, at lysets hastighet er konstant. “Vi prøver å gjøre det samme her,” sa Müller.
Det er viktig å merke seg at selv om dette er et matematisk bevis, det er bare så sterk som den forutsetninger og definisjoner forfatterne inkluderer er i arbeid, forklarte Lee. Han fant en av de forutsetninger som potensielt kan diskuteres, men fortsatt godt motivert.
Og det er en lang vei igjen. Den fysikere bare viste en (riktignok sprø) stykke av quantum mechanics, ikke hele teorien. Sa Richens: “Hvis vi utlede hele kvante-teori, som ville være en stor.”
[PRL]