EPR-paradokset

EPR-paradokset var et tankeeksperiment innenfor teoretisk fysikk som viste at kvantemekanikken ikke var en lokal realistisk teori.
Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen publiserte i 1935 en kjent artikkel med tittelen Kan den kvantemekaniske beskrivelsen av virkeligheten sees på som komplett?, som ga opphavet til det såkalte EPR-paradokset. Artikkelforfatterne framsatte synspunkter for hva de mente burde være kriterier for en komplett teori for beskrivelse av naturen og fant et eksempel på en kvantemekanisk tilstand som beviselig stred mot deres kriterier, derav navnet EPR-paradokset.

De argumenterte for at en teori som er en komplett beskrivelse av virkeligheten må inneholde et element som tilsvarer hvert element i virkeligheten. De sa også at et tilstrekkelig kriterium for at en fysisk størrelse var reell, var at den kunne forutsies eksakt uten å forstyrre systemet. Dette var i strid med uskarphetsrelasjonen, og var et forsøk på å definere hva kvantemekanikken var og hva den kunne brukes til.

Einstein, Podolsky og Rosen fant så et eksempel på en tilstand de brukte for å illustrere poenget. Denne kvantemekaniske tilstanden var sammenfiltret, men det var ikke et begrep i omløp da artikkelen ble skrevet. Den sammenfiltrede tilstanden beskrev et system bestående av to partikler. Måles  én av størrelsene – posisjon eller bevegelsesmengde (momentum, forstått som masse multiplisert med hastighet) – på én av partiklene, impliserer uskarphetsrelasjonen at størrelsen som ikke ble målt ikke var veldefinert for partikkelen. Måles posisjonen til partikkel 1 og tilstanden dermed kollapser, vil også posisjonen til partikkel 2 være veldefinert, men ikke bevegelsesmengden. Målte man derimot bevegelsesmengden til partikkel 1, ville bevegelsesmengden til partikkel 2 være veldefinert, men ikke posisjonen. I det første tilfellet, sa de, var posisjonen til partikkel 2 et element av virkeligheten, og i det andre tilfellet var bevegelsesmengden et element av virkeligheten. Men, siden de også antok lokalitet, kunne ikke en måling på partikkel 1 påvirke partikkel 2 hvis den (partikkel 2) var langt unna.
Det betød at både posisjonen og bevegelsesmengden til partikkel 2 var elementer av virkelighen, i klar motstrid til uskarphetsrelasjonen i kvantemekanikken.

Deres definisjon av virkelighet og lokalitet ledet til denne motsigelsen, og derfor konkluderte Einstein, Podolsky og Rosen med at kvantemekanikken ikke gir en komplett beskrivelse av naturen, og avsluttet artikkelen med:

Mens vi således har vist at bølgefunksjonen ikke gir en komplett beskrivelse av den fysiske virkeligheten, lar vi det være et åpent spørsmål om en slik beskrivelse finnes. Vi tror, derimot, at en slik teori er mulig.

En slik teori ble laget av John Bell. Han fant den mest generelle teorien som innbefattet Einstein, Podolsky og Rosens kriterier om lokal realisme. Denne teorien kalles "skjulte lokale variable" og ble brukt til å lage Bells ulikheter. Bells ulikheter viste at kvantemekanikken og den mest generelle lokal-realistiske teorien hadde forskjellige spådommer for et gitt eksperiment. Alain Aspect gjennomførte Bells eksperiment og viste at kvantemekanikken var rett og at Einstein, Podolsky og Rosens krav om lokal realisme ikke var en del av naturen.

Smutthull
Smutthull i eksperimentelle tester av Bells ulikheter er teoretiske muligheter for at lokal realistiske teorier fremdeles kan beskrive resultatene i eksperimentelle tester av Bells ulikheter, som f.eks. Aspect sitt eksperiment. Flere av disse smutthullene har blitt lukket i diverse eksperimenter, men ingen eksperimenter har så langt klart å lukke alle smutthullene på en gang.

Referanser

Kvantemekanikk
Grunnleggende konsepter i fysikken
Fysiske paradokser
Albert Einstein