Afbeelding: Kent Schimke/Flickr
De vergelijkingen van de natuurkunde zijn dingen die wij mensen gemaakt om het Heelal begrijpen, en het kan moeilijk zijn te ontwarren ze van het Universum aangeboren eigenschappen. Het blijkt dat een van de vreemdste dingen die wetenschappers komen met wat Albert Einstein spottend de naam “spooky action at a distance,” is meer dan alleen wiskunde: Het is een feit van de werkelijkheid.
Dat concept is ook bekend als verstrikking, en het is wat laat deeltjes die ooit gewerkt voor het delen van een verbinding, ongeacht de afstand tussen hen. Een team van fysici in het Verenigd Koninkrijk gebruikt dichte wiskunde om te komen tot hun Einstein-tot slot, het nemen van een belangrijke stap in de richting van waaruit of quantum mechanics’ gekte is gewoon de wiskunde te praten, of dat spreekt van de aangeboren fysieke eisen. Hun wiskundige bewijs van de belangrijkste veronderstelling is dat de nieuwe theorie moet worden achterwaarts compatibel met de fysica die je leert op de middelbare school.
“Het is een soort van een verrassende resultaat van Einstein’ s perspectief: Er kan geen beschrijving van de natuur, zonder verstrikt te raken,” Jonathan Richens van het Imperial College in Londen vertelde Gizmodo. “De meeste natuurkundigen geloven dat er een rijkere en diepere theorie van de natuur buiten de kwantumtheorie. Deze theorie is om verstrikt te raken.”
Kwantummechanica is de theorie verklaren van het gedrag van de kleinste eenheden van de natuur, zoals fotonen en elektronen. Deeltjes gedragen zich als golven (en vice versa), en voor het observeren van hen, wetenschappers verklaren de deeltjes eigenschappen met behulp van de waarschijnlijkheid. In plaats van te zeggen “deze bal is blauw,” ze kan alleen maar zeggen “hier zijn de kansen dit bal is blauw of groen.” Maar wanneer twee van deze ballen communiceren, kunnen zij verward raken, wat betekent dat je moet beschrijven zowel de ballen’ eigenschappen op hetzelfde moment. Het meten van één van de ballen’ kleuren impliceert direct wat de kleur van de andere bal, ongeacht hoe ver de ballen zijn.
Wetenschappers kunnen observeren verstrengeling. Chinese wetenschappers deze bijzondere inter-deeltje verbinding tussen licht-deeltjes op een grondstation en een satelliet-100 kilometer te lopen, bijvoorbeeld. Ze waargenomen correlaties tussen de lichte deeltjes in de ruimte en op Aarde, die niet zou kunnen bestaan op basis van de wetten van de klassieke natuurkunde alleen. Einstein gehaat verstrengeling, omdat het impliceert dat de een of andere manier, fotonen beïnvloeden elkaar direct, zonder daadwerkelijk bij elkaar in de buurt.
Richens’ team van nieuw papier, dat gisteren is gepubliceerd in Physical Review Letters, niet observeren verstrengeling. In plaats daarvan, “de belangrijkste bijdrage van dit werk is om een overtuigende argument dat de verstrengeling—een van de meest interessante en onlogische aspecten van de quantum theorie—is een onontkoombaar onderdeel van een fysische theorie meer ‘fundamentele’ dan de klassieke natuurkunde,” Ciarán Lee, een onderzoeker aan het University College in Londen niet betrokken in dit artikel vertelde Gizmodo. “Door het “fundamentele” ik bedoel hier dat een dergelijke fysische theorie bevat de klassieke fysica in een bepaalde grens.” Een theorie die is achterwaarts compatibel met de klassieke natuurkunde, die de weg van de Xbox 360 zijn achterwaarts compatibel met Xboxes, vereist verstrengeling.
Het team van de esoterische bewijs vergt veel van een zeer hoog niveau in wiskunde, maar Richens gaf een vereenvoudigd voorbeeld van het gebruik van de klassieke en quantum bits of qubits. U kunt correleren de twee normale bits (dingen die alleen kan nemen de waarden van nul en een) met een eenvoudige bediening: Als de eerste bit gelijk is aan nul, de tweede bit van de tegengestelde waarde. Als de eerste bit gelijk is aan één, laat het tweede stuk alleen.
Maar wat als u deze bewerking toegepast op quantum bits? In plaats van alleen maar een nul of een één als een gewone bit, een qubit wordt geleverd met een waarschijnlijkheid van nul of één, totdat je het meet. Richens uitgelegd dat als de bovengenoemde handeling waren aan het werk op een paar van de qubits, dan verstrengeling zijn lelijke kop opsteekt in het bewijs. Hun papier vond dat ‘spookachtige actie op afstand’ is onvermijdelijk.
Het papier valt in een onderdeel van een grotere beweging te verklaren de innateness van de quantum mechanica, en te leiden op basis van eenvoudige veronderstellingen over het universum, legde Markus Müller, de Leider van de Groep aan het Institute for Quantum Optics and Quantum Information in Oostenrijk, niet in het onderzoek betrokken. Lee probeert te vinden of er zijn theorieën dat zijn achterwaarts compatibel met quantum fysica de manier quantum is achterwaarts compatibel met de klassieke natuurkunde. Einstein ‘ s relativiteitstheorie, bijvoorbeeld, is een andere, meer geavanceerde theorie dat vereenvoudigt te leerboek natuurkunde, en waarvan de machine valt uit enkele uitgangspunten van het heelal, bijvoorbeeld, dat de snelheid van het licht een constante is. “We proberen om hetzelfde te doen hier,” zei Müller.
Het is belangrijk op te merken dat, hoewel dit een wiskundig bewijs, het is slechts zo sterk als de aannames en definities de auteurs zijn in het werk, legde Lee. Hij vond één van de veronderstellingen mogelijk discutabel, maar nog steeds goed gemotiveerd.
En er is nog een lange weg te gaan. De natuurkundigen alleen gebleken dat een (zij het gekke) stuk van de quantum mechanica, en niet de hele theorie. Zei Richens: “Als we afleiden van het geheel van de quantum-theorie, dat zou een enorm zijn.”
[PRL]