Een quasarImage: NASA
Als je genoeg gelezen wetenschap nieuws, dan weet je dat er een lange lijst van experimenten proberen te “bewijzen dat Einstein fout.” Niemand heeft nog tegengesproken keurmerk zijn theorie van de relativiteit. Maar de laatste poging tot vervalsen van zijn uitspraken rond ‘ een ‘spookachtige actie op afstand’ is gegaan werkelijk kosmisch.
Wetenschappers hebben lang heeft tests uitgevoerd waaruit blijkt dat de quantum concept van de “verstrikking” dwingt ons tot het aanvaarden van iets dat niet veel te maken maar logisch. Maar om te krijgen rond mazen in de vorige iteraties van de testen die zijn uitgevoerd volledig hier op Aarde, en wetenschappers de laatste tijd verslaafd hun experimenten up-to-telescopen waarnemen van de kosmos.
“We hebben uitbesteed willekeur tot in de verste hoeken van de universe, tientallen miljarden lichtjaren afstand,” David Kaiser, een van de auteurs van de studie van MIT, vertelde Gizmodo.
Laten we beginnen bij het begin: de kwantummechanica beschrijft het universum de kleinste deeltjes, zoals het hebben van een beperkte set van aangeboren eigenschappen, die meestal een mysterie voor ons, mensen, tot we op te meten. De wiskunde van de quantum mechanica introduceert het idee dat twee deeltjes kan worden “verstrikt”, zodat hun gezamenlijke eigenschappen moeten worden beschreven met dezelfde wiskundige machines. Maar hier is het probleem: Als u afzonderlijke deze deeltjes naar de tegenovergestelde uiteinden van het universum en meet ze, ze houden in deze angstaanjagende verbinding; u kunt nog steeds afgeleid van de eigenschappen van een deeltje door het meten van de andere.
Einstein, samen met Boris Podolsky en Nathan Rosen, dacht dat één van de twee dingen kan de oorzaak van het “spooky action at a distance,” als Einstein beschreven. Ofwel de deeltjes die op een of andere manier communiceren, sneller dan de snelheid van het licht, die de theorieën van Einstein aangetoond is onmogelijk, of was er verborgen informatie mensen niet de toegang tot die verzekerd deeltjes nam op deze gecorreleerd waarden in de eerste plaats.
Maar John Stewart Bell theorie dat verborgen informatie kan nooit nauwkeurig nabootst wat quantum mechanica krachten die de deeltjes te doen. Wetenschappers hebben bedacht steeds meer complexe manieren om deze theorie te testen sinds de jaren 1960.
Deze tests zijn meestal niet vergelijkbaar. Wetenschappers genereren paren van verstrengelde fotonen, elk met één van de twee polarisatie-staten—stel je voor dat, bekeken vanuit een bepaalde hoek, beide fotonen zijn kleine verticale lijnen en horizontale lijnen. De fotonen, als verward, hebben dezelfde polarisatie staat—maar die ene, horizontaal of verticaal, is een mysterie, totdat de meting. De wetenschappers het verzenden van de fotonen om twee verschillende detectoren meten de fotonen van twee invalshoeken: de hoek waaronder de polarisatie en verstrikking zichtbaar zijn, of een verschillende hoek (als de fotonen worden bekeken vanuit een andere hoek, ze worden unentangled). Elke detector ligt op de loer voor de deeltjes—die, als alles uitgelijnd, zal een gelijktijdige blip. Deze gelijktijdige blips moet komen vaker voor sets van verstrengelde deeltjes dan sets van unentangled degenen.
Een bepaald percentage van de gelijktijdige flikkert boven een bepaalde drempel zou blijken Einstein, Podolsky en Rosen verkeerd—het zou aantonen dat er geen verborgen variabelen in de wetten van de fysica predetermining de deeltjes’ identiteiten.
Maar er is een maas in de wet—misschien het apparaat beïnvloedt de meting, de een of andere manier en zorgt ervoor dat de fotonen te dragen dezelfde polarisatie? Om dit te voorkomen, wetenschappers willekeurig schakel de detector tussen de twee metingen hoeken. Dan komt de maas in de wet: Wat als de random-number generator het bepalen van de meting van de hoek is niet echt willekeurig zijn; wat als wat wij zien als willekeur is in feite bepaald door de wetten van de fysica, die de mens op dit punt?
Twee teams van wetenschappers kreeg rond dit probleem door het inhaken van hun random number generator tot een paar van de telescopen. In de meer dramatische geval, het team, inclusief Kaiser werkte van twee telescopen op La Palma op de Canarische Eilanden: de Telescopio Nazionale Galileo, wijzend op felle lichtbronnen, de zogenaamde quasars aan de ene kant van de hemel is dat uitgezonden hun licht 7.78 miljard en 3,22 miljard jaar geleden, en de William Herschel Telescoop, wijzend naar een lichtbron die licht 12.21 miljard jaar geleden. Als elke telescoop waargenomen licht, dat was iets blauwer dan een verwijzing kleur, de bijbehorende detector zou meten het licht van de polarisatie in een instelling. Als het licht was iets roder, dan moet de detector zou gebruik maken van de andere instelling.
In een test van 30.000 paren van deeltjes, hun polarisaties gecorreleerd te nauw worden uitgelegd door één van deze lokale verborgen variabelen theorieën, volgens het artikel gepubliceerd in Physical Review Letters. Dat betekent dat een verborgen kracht die beïnvloed kunnen zijn beide deeltjes zou moeten gebeuren miljarden jaren geleden op de een of andere manier van invloed zijn op de manier waarop wetenschappers gemeten deze deeltjes zijn hier op Aarde. Of, in de meer waarschijnlijke verklaring is dat de quantum mechanica blijft spooky op een afstand en kan niet verklaard worden door verborgen variabelen. Het blijkt dat Einstein fout was over deze.
De onderzoekers hebben de zorg om rekening te houden met astronomische dingen die misschien bevooroordeeld hun metingen. Bijvoorbeeld, ze koos voor een kleur van het licht te meten dat niet zou worden geabsorbeerd door de interstellaire gas, en ze zorgden ervoor dat ze nam de zwaartekracht en het universum, die de expansie van rekening, legde Kaiser. De tweede, soortgelijk experiment, ook gepubliceerd in Physical Review Letters, ook gezien de hoger-dan-klassieke correlaties, versterking van beide kranten’ bewijs.
Quantum mechanics’ gekte blijft boggle geest. Deze gekte is in het hart van het opkomende veld van quantum computers, die afhankelijk zijn van verstrengeling in uitvoering van hun berekeningen. Zei Kaiser: “Deze apparaten zijn gebouwd op de veronderstelling dat de verstrengeling is het echt.”
Wetenschappers kunnen misschien een verdere verfijning van deze tests door het gebruik van het licht van nog dieper het heelal in.
Het is de taak van fysici voor het testen van de wetten van de fysica en ervoor zorgen dat ze blijven niet te breken. Ik hoop dat nu is het volkomen duidelijk: In de kwantumfysica, spookiness is een gegeven.
[PRL, PRL]