En quasarImage: NASA
Hvis du leser nok science news, vet du at det er en lang liste av eksperimenter som prøver å “bevise Einstein feil.” Ingen har ennå ikke motsagt hans kjennetegn relativitetsteorien. Men den siste forsøk på å forfalske hans uttalelser rundt “spooky action på avstand” har gått virkelig cosmic.
Forskere har lenge utført tester som viser at quantum begrepet “forviklinger” tvinger oss til å godta noe som ikke gjør mye logiske sans. Men for å komme seg rundt smutthull i tidligere versjoner av testen, som er gjennomført fullt her på Jorden, forskere i det siste har hektet sine eksperimenter opp til teleskoper observere kosmos.
“Vi har outsourcet tilfeldigheten til de fjerneste delene av universet, titalls milliarder av lysår unna,” David Kaiser, en av studiens forfattere er fra MIT, fortalte Gizmodo.
La oss starte på begynnelsen: kvantemekanikken beskriver universets minste partikler som har en begrenset sett av medfødte egenskaper, som for det meste er et mysterium for oss mennesker før vi måle dem. Math av kvantemekanikk introduserer ideen om at to partikler kan bli “fanget”, så deres felles egenskaper må være beskrevet med de samme matematiske maskiner. Men her er problemet: Hvis du skille disse partiklene motsatte ender av universet og måle dem, de vil opprettholde denne uhyggelige tilkobling, kan du fremdeles finne egenskapene til en partikkel ved å måle den andre.
Einstein, sammen med Boris Podolsky og Nathan Rosen, trodde at en av to ting kan føre til at denne “skumle action på avstand,” som Einstein beskrev det. Enten partikler eller annen måte kommunisere raskere enn lysets hastighet, noe som Einsteins teorier vist er umulig, eller det var skjult informasjon mennesker ikke tilgang til det sikret partikler tok på disse korrelert verdier i første omgang.
Men John Stewart Bell teori om at skjult informasjon kan aldri nøyaktig gjenskape det som quantum mechanics styrker partiklene til å gjøre. Forskere har utviklet stadig mer komplekse måter å teste denne teorien siden 1960-tallet.
Disse testene vanligvis ser ganske like. Forskere generere par avviklet fotoner, hver med en av to polarisering stater—tenk deg at, sett fra en bestemt vinkel, både fotoner er enten små vertikale eller horisontale linjer. Fotoner, hvis floke seg, vil ha samme polarisering state—selv som en, horisontalt eller vertikalt, er et mysterium til målingen. Forskerne sende fotoner til to fjernt detektorer som måler fotoner fra to vinkler: den vinkelen som den polariseringen og forviklinger er synlig, eller en annen vinkel (hvis fotoner er sett fra en annen vinkel, de blir unentangled). Hver detektor ligger i vente for partikler—som, hvis alt linjer opp, vil produsere en samtidig blip. Disse samtidige blips bør skje oftere for sett avviklet partikler enn sett av unentangled seg.
Noen prosentandel av samtidige blips over en viss terskel, ville være Einstein, Podolsky og Rosen feil—det ville vise at det er ingen skjulte variabler i lover predetermining partikler’ identiteter.
Men det er et smutthull—kanskje apparatet påvirker målingen, liksom, og styrker fotoner til å bære den samme polarisering? For å hindre dette, forskere tilfeldig slår detektoren mellom de to måling av vinkler. Så kommer den neste smutthull: Hva hvis tilfeldig-tall generator for å bestemme måling vinkel er egentlig ikke tilfeldig; hva om det vi ser på som tilfeldigheten har faktisk blitt forutbestemt av fysikkens lover som førte mennesker til dette punktet?
To lag av forskere fikk rundt dette problemet ved å trekke deres tilfeldig tall-generator opp til et par av teleskoper. I mer dramatisk sak, laget blant annet Kaiser jobbet fra to teleskop på La Palma på Kanariøyene: Telescopio Nazionale Galileo, som peker på sterke lyskilder kalt quasars på den ene siden av himmelen som slippes ut sitt lys 7.78 milliarder kroner og 3,22 milliarder år siden, og William Herschel Teleskop, som peker mot en lyskilde, for at lyset 12.21 milliarder år siden. Hvis hver teleskop observert lys som var litt blåere enn en referanse farge, tilsvarende detektor som skulle måle lysets polarisasjon i en innstilling. Hvis lyset var litt rødere, så detektoren ville bruke de andre innstillingene.
I en test på 30 000 par av partikler, deres polarizations korrelert for tett til å være forklart av en av disse lokale skjulte variable teorier, i henhold til papiret som er publisert i Physical Review Letters. Det betyr at noen skjulte kraft som kunne ha påvirket både partikler ville ha behov for å skje milliarder av år siden en eller annen måte påvirke måten forskerne målte disse partiklene her på Jorden. Eller, mer sannsynlig forklaring er at kvantemekanikken er fortsatt skummelt på avstand og kan ikke forklares med skjulte variabler. Det ser ut til at Einstein tok feil om dette.
Forskerne tok vare på konto for astronomiske ting som kan ha partisk sine målinger. For eksempel, valgte de en farge for lys til å måle som ikke ville bli absorbert av interstellar gass, og de sørget for at de tok tyngdekraften og universets ekspansjon i betraktning, forklarte Kaiser. Den andre, lignende eksperiment, også publisert i Physical Review Letters, også observert høyere-enn-klassisk sammenhenger, styrke begge avisene bevis.
Quantum mechanics’ weirdness fortsetter å boggle sinn. Dette weirdness ligger i hjertet av det nye feltet av kvante-datamaskiner, som er basert på å hekte seg fast i for å utføre sine beregninger. Sa Kaiser: “Disse enhetene er bygget på antagelsen om at forviklinger er ekte.”
Forskere kan kanskje ytterligere å forbedre disse testene ved hjelp av lys fra enda dypere inn i universet.
Det er jobben av fysikere til å teste den fysiske lover og sikre at de fortsetter ikke å bryte. Jeg håper nå at det er blitt helt klart: I kvantefysikken, spookiness er gitt.
[PRL, PRL]