En quasarImage: NASA
Hvis du læser nok science news, vil du vide, at der er en lang liste af eksperimenter, der forsøger at “bevise Einsteins forkert.” Ingen har endnu modsagt hans kendetegn relativitetsteori. Men den seneste indsats for at forfalske hans udtalelser omkring “spooky action på afstand” er gået virkelig kosmisk.
Forskere har længe udførte tests for at påvise, at quantum begrebet “entanglement” tvinger os til at acceptere noget, der ikke giver meget logisk mening. Men for at komme rundt smuthuller i de foregående iterationer af testen, som er gennemført fuldt ud her på Jorden, videnskabsmænd siden sidst har hooked deres eksperimenter op til teleskoper, der observerer kosmos.
“Vi har outsourcet en tilfældighed til den fjerneste fjerdedele af universet, snesevis af milliarder af lysår væk,” David Kaiser, en af undersøgelsens forfattere fra MIT, fortalte Gizmodo.
Lad os starte ved begyndelsen: kvantemekanik beskriver universets mindste partikler, som har en begrænset sæt af medfødte egenskaber, som for det meste er et mysterium for os mennesker, indtil vi måle dem. Matematik af kvantemekanikken indfører den tanke, at to partikler kan blive “indviklet”, så deres fælles egenskaber skal beskrives med den samme matematiske maskiner. Men her er problemet: Hvis du adskille disse partikler modsatte ender af universet og måle dem, vil de opretholde denne uhyggelige forbindelse, og du kan stadig udlede egenskaber for en partikel ved at måle den anden.
Einstein, sammen med Boris Podolsky og Nathan Rosen, troede, at en af to ting, der kunne forårsage dette “uhyggelige handling på afstand,” som Einstein beskrev det. Enten partikler eller anden måde kommunikere hurtigere end lysets hastighed, som Einstein ‘ s teorier vist er umuligt, eller der var skjult information mennesker ikke adgang til det, der er sikret partikler tog på disse korrelerede værdier i første omgang.
Men John Stewart Bell teoretiseret, at skjulte oplysninger kan aldrig præcist at genskabe, hvad der kvantemekanik styrker partikler til at gøre. Forskere har udviklet mere og mere komplekse måder at teste denne teori siden 1960’erne.
Disse prøver er som regel ser temmelig ens. Forskere generere par sammenfiltrede fotoner, hver med en af de to polarisering stater—forestille sig, at der, set fra en bestemt vinkel, begge fotoner er enten små lodrette linjer eller vandrette linjer. De fotoner, hvis viklet ind, vil have samme polarisering stat—men hvilken en, vandret eller lodret, er et mysterium, indtil målingen. Forskerne sende fotoner to fjern detektorer til måling af fotoner fra to vinkler: den vinkel, hvorfra den polarisering og entanglement er synlige, eller en anden vinkel (hvis fotoner er set fra denne anden vinkel, bliver de unentangled). Hver detektor ligger i vente for de partikler, der, hvis alt linjer op, vil producere en samtidig blip. Disse samtidige apostroffer bør forekomme mere hyppigt for sæt af sammenfiltrede partikler end sæt af unentangled dem.
En vis procentdel af samtidige apostroffer over en vis grænse, vil bevise, Einstein, Podolsky og Rosen forkert—det ville vise, at der er ingen skjulte variabler i fysikkens love på forhånd er afgjort partikler’ identiteter.
Men der er et smuthul—måske det apparat, der påvirker målingen, på en eller anden måde, og styrker fotoner til at bære den samme polarisering? For at forhindre dette, forskerne tilfældigt skifte detektor mellem de to måling af vinkler. Så kommer det næste hul: Hvad hvis det tilfældige tal generator bestemmelse af vinkel måling er egentlig ikke tilfældig; hvad nu hvis det, vi ser som en tilfældighed faktisk er forud bestemt af fysikkens love, der bragte mennesker til dette punkt?
To hold af forskere har fået omkring dette problem ved at koble deres random number generator op til et par teleskoper. I de mere dramatiske omstændigheder, holdet, herunder Kaiser arbejdet fra to teleskoper på La Palma på de Kanariske Øer: Telescopio Nazionale Galileo, der peger på lys kilder kaldes kvasarer på den ene side af himlen, som udsendte deres lys 7.78 milliarder og 3.22 milliarder år siden, og William Herschel-Teleskopet, der peger på en lyskilde, der udsendte lys 12.21 milliarder år siden. Hvis hvert teleskop observeret lys, der var en anelse mere blå end en henvisning farve, dens tilsvarende detektor ville måle lysets polarisering i én indstilling. Hvis lyset var lidt rødere, så detektor ville bruge den anden indstilling.
I en test på 30.000 par af partikler, deres polariseringer korreleret alt for nøje forklares ved en af disse lokal skjult variabel teorier, ifølge papir publiceret i Physical Review Letters. Det betyder, at eventuelle skjulte kraft, der kunne have haft indflydelse på både partikler skulle ske for milliarder af år siden til på en eller anden måde indflydelse på den måde, forskere målt, at disse partikler er her på Jorden. Eller, mere sandsynlig forklaring er, at kvantemekanik er stadig uhyggelig på afstand og kan ikke forklares med skjulte variable. Det ser ud til, at Einstein var galt med denne ene.
Forskerne tog sig til konto for astronomiske ting, som kunne have forudindtaget deres målinger. For eksempel, at de har valgt en farve af lys til at måle, at der ikke ville blive absorberet af interstellar gas, og de har sørget for, at de tog tyngdekraften og universets udvidelse hensyn til, forklarede Kaiser. Den anden, lignende eksperiment, også publiceret i Physical Review Letters, som også observeret de højere-end-klassisk sammenhænge, der understøtter begge papirer’ beviser.
Quantum mechanics’ galskaben fortsætter med at forkludre sind. Det skøre er i hjertet af det nye inden for kvante-computere, der er afhængige af entanglement for at udføre deres beregninger. Sagde Kaiser: “Disse enheder er bygget på den antagelse, at entanglement er reel.”
Forskere kan måske yderligere at forfine disse tests ved hjælp af lys fra endnu dybere ind i universet.
Det er jobbet af fysikere til at teste de af fysikkens love, og sikre, at de fortsat ikke er til at bryde. Jeg håber nu det er blevet helt klart: I kvantefysik, spookiness er en given.
[PRL, PRL]