EPR – Flippiefanus
In 1935 publiseer Albert Einstein saam met Podolsky en Rosen ‘n artikel [Physical Review Vol. 47, p 777 (1935)] waarin hulle ‘n eksperimentele prosedure verduidelik waarvolgens ‘n mens die Heisenberg onsekerheid kan fnuik. Die idee is daarop gebasseer dat in sekere omstandighede die kwantum toestande (soos posisie en momentum) van twee deeltjies verstrengel kan wees, sodanig dat die kwantum toestande van die een die kwantum toestande van die ander een presies vaspen. As mens dan nou posisie (momentum) van deeltjie A (B) meet, dan weet mens wat die posisie (momentum) van deeltjie B (A) is. Op die manier behoort mens dus beide die posisie en momentum van beide deeltjies meer akkuraat te kan bepaal as wat die Heisenberg se onsekerheidsbeginsel toelaat.
Hierdie idee was uit die aard van die saak baie opspraakwekkend, maar dit sou eers teen vroeg in die 1980’s deur die werk van Alain Aspect [Physical Review Letters, Vol. 49, pp.91-94 (1982)] eksperimenteel getoets word … met verrassende resultate …
Voor die tyd het John S. Bell die voorgestelde eksperiment van Einstein, Podolsky en Rosen op meer soliede wiskundige grondslag geplaas deur ‘n ongelykheid wat hy afgelei het vir die waarskynlikheid van waarnemings wat in so eksperiment gedoen word. Hierdie ongelykheid, wat vandag bekendstaan as Bell se ongelykheid, is gebasseer op twee baie “onskuldige” aannames. Die een is dat daar ‘n unieke werklikheid is. Met ander woorde, My huis se voordeur is óf oop óf dis toe. Dit kan nie terselfdertyd oop en toe wees nie. Ek is óf by die huis, óf by die werk. Ek kan nie terselfdertyd by die huis en by die werk wees nie.
Die ander aanname is dat alle interaksies lokaal is. As ek ‘n baksteen wil optel moet ek fisiese aan die banksteen vat. Miskien kan ek kragvelde gebruik om die baksteen op te tel, maar dan moet sulke kragvelde kragdeeltjies met die baksteen uitruil wat nogsteed lokale interaksies by die baksteen impliseer. Daar is volgens hierdie aanname nie iets soos telekinese of “spooky action at a distance” nie, om Einstein se woorde te gebruik.
Toe Alain Aspect sy eksperiment uitgevoer het, sou hy ontdek dat die resultaat Bell se ongelykheid oortree. 😯 Met ander woorde, hierdie eksperiment het aangetoon dat ten minste een van die twee aannames foutief moet wees. Daar is of nie-lokale interaksies of daar is veelvuldige realiteite.
Die impak van hierdie eksperimentele resultate is ontsagtlik. Om dit te verstaan, moet mens die siening van Popper inspan wat lui dat eksperimente nooit teorieë kan verifieer nie, maar slegs kan falsifieer. Die wetenskaplike proses is daarvolgens eerder ‘n proses van eliminasie waardeur ons vorder na die enkele oorblywende korrekte teorie. Wel, as dit die geval is, dan het Alain Aspect met hierdie een eksperiment ‘n kwart van alle moontlike teorieë op een slag geëlimineer. Ek weet van geen ander eksperiment wat soveel vordering op een slag gemaak het nie.
Die 4 moontlike kombinasies
Dit is nogal ironies dat ‘n eksperiment wat gebaseer is op die invloed van die waarneming op dit wat waargeneem word (soos ons hieronder sal sien), so ‘n kragtige resultaat oplewer, want filosowe is blykbaar van mening dat die effek van die waarneming moet impliseer dat ons weinig informasie van die werklikheid te wete kan kom.
Van die oorblywende drie moontlikhede is die huidige gunsteling die idee dat, terwyl interaksies slegs lokaal is, daar wel veelvuldige realiteite is. Dit is wat die Kopenhagen interpretasie impliseer. As mens hierdie idee verder voer kom jy by die idee van veelvuldige heelalle uit. ‘n Alternatiewe interpretasie sou wees dat daar slegs een unieke realiteit is, maar dat nie-lokale interaksies moontlik is. Om egter albei aannames in te boet is nie ‘n baie gunstige idee nie.
As julle soos ek is dan sou julle nie ‘n woord geglo het oor hierdie eksperimentele resultate nie. Hoe kan dit wees dat ‘n eksperiment sulke resultate kan oplewer? Ek sou wou weet presies hoe hierdie eksperiment gewerk het sodat ek kan verstaan dat so resultaat moontlik is. Goed, ek sal probeer om die eksperiment in eenvoudige taal te verduidelik.
Die eksperiment word moontlik gemaak deurdat mens in sekere nie-lineêre prosesse twee fotone uit een foton kan skep. Hierdie twee fotone is dan verstrengel deurdat hul polarisasie altyd loodreg op mekaar moet wees. Nou kan mens polariseerders gebruik om die polarisasie van een van hierdie verstrengelde fotone te beïnvloed voordat dit deur ‘n detektor waargeneem word. Gestel die polariseerder is met ‘n hoek van 45 grade relatief tot die polarisasie toestand van die invallende lig geöriënteer. Dan het die fotone ‘n 50% waarskynlikheid om deur die polariseerder te gaan en waargeneem te word.
In die geval van verstrengelde fotone moet mens egter seker maak dat mens weet dat twee waargeneemde fotone verstrengel was en dat dit nie verskillende pare se fotone was nie. Daarvoor word die lig intensiteit baie laag gestel sodat fotone een vir een waargeneem kan word en verder word die detektore gesamentlik aan ‘n teller gekoppel wat seker maak dat die twee fotone gelyktydig waargeneem is. Dus kyk mens slegs na die gelyktydige waarnemings en ignoreer enige waarnemings van slegs een foton op ‘n slag.
Die verrassende resultaat is nou dat as die twee polariseerders in dieselfde rigting gedraai word sodat albei 45 grade ten opsigte van die onderskeie polarisasie toestand van die invallende lig geöriënteer is, geen gelyktydige waarnemings van fotone plaasvind nie. Wat dit impliseer is dat as een foton aan die een kant deur die polariseerder gaan dit in ‘n paralelle toestand ingaan en dan veroorsaak dat die ander foton onmiddelik in die ortogonale toestand ingaan, wat dan deur die polariseerder geblokkeer word. Dit lyk dus asof die invloed van die polariseerder op die een foton gekommunikeer word aan die ander foton, selfs al is die ander foton vêr daarvandaan oppad na die ander polariseerder.
Daar is dus nou twee moontlikhede: of dit is moontlik vir die fotone om nie-lokale interaksies te kan veroorsaak, of daar is veelvuldige realiteite sodat alle moontlike oriëntasie van fotone terselfdertyd bestaan.
Hierdie eksperiment is al telke male sederdien herhaal en ook op verskillende maniere uitgevoer. Die resultaat is telkens in ooreenstemming met die verrassende gevolgtrekking dat die Bell ongelykheid oortree word.
17 March 2009 17 March 2009 Alain Aspect, Bell ongelykheid, EPR, John S. Bell, Kopenhagen interpretasie, kwantum meganika, kwantum verstrengel, nie-lokaliteit, veelvuldige werklikhede5 Comments