aura lumoava mysteeri pitää käsite kvantti takertua, ja myös (jotenkin), jotka väittävät, että quantum theory vaatii ”monet maailmat.”Loppujen lopuksi ne ovat tai niiden pitäisi olla tieteellisiä ajatuksia, joilla on maanläheisiä merkityksiä ja konkreettisia vaikutuksia. Tässä haluaisin selittää käsitteet sekaantuminen ja monet maailmat niin yksinkertaisesti ja selvästi kuin tiedän miten.

I.

Takertuminen on usein pidetty ainutlaatuinen quantum-mekaaninen ilmiö, mutta se ei ole., Itse asiassa on valaisevaa, joskin hieman epätavanomaista, harkita yksinkertaista ei-kvanttista (tai” klassista”) versiota sotkeutumisesta ensin. Tämä auttaa meitä urkkimaan itsensä kietoutumisen hienovaraisuutta lukuun ottamatta kvanttiteorian yleistä kummallisuutta.

katso lisää

Takertua syntyy tilanteissa, joissa meillä on osittaista tietoa valtion, kaksi järjestelmää. Järjestelmämme voivat olla esimerkiksi kaksi kohdetta, joita kutsumme C-ons: ksi., ”C” on tarkoittanut ”klassisen”, mutta jos haluat jotain erityistä ja miellyttävä, vuonna mielessä, voit ajatella meidän c-ons, kuten kakkuja.

– Meidän c-ons tulevat kahdessa muotoja, neliö tai pyöreä, jossa voimme tunnistaa niiden mahdolliset tilat. Sitten neljä mahdollista yhteistä valtiota, kaksi c-ons, ovat (neliö, neliö), (neliö, ympyrä), (ympyrä, neliö), (ympyrä, ympyrä). Seuraavat taulukot osoittavat kaksi esimerkkiä siitä, mitä todennäköisyyksiä voisi olla löytää järjestelmän kussakin näistä neljästä osavaltiosta.,

sanomme, että c-onit ovat ”riippumattomia”, jos tieto toisen tilasta ei anna hyödyllistä tietoa toisen tilasta. Ensimmäisessä pöydässämme on tämä kiinteistö. Jos ensimmäinen C-on (tai kakku) on neliö, olemme vielä pimeässä noin muoto toinen. Samoin toisen muoto ei paljasta mitään hyödyllistä ensimmäisen muodosta.

toisaalta sanotaan, että meidän kaksi c-onia sotkeutuvat toisiinsa, kun tieto toisesta parantaa tietoamme toisesta. Toinen pöytämme osoittaa äärimmäistä sekaantumista., Silloin, kun ensimmäinen c-on on pyöreä, tiedämme, että toinen on pyöreä liian. Ja kun ensimmäinen c-on on neliö, niin on toinen. Toisen muodon tuntien voimme päätellä toisen muodon varmuudella.

versio quantum entanglement on pohjimmiltaan sama ilmiö—joka on, riippumattomuuden puute. Kvanttiteoriassa tiloja kuvaavat matemaattiset objektit, joita kutsutaan aaltofunktioiksi., Sääntöjen yhdistäminen aalto-toiminnot fyysinen todennäköisyydet esitellä erittäin mielenkiintoinen komplikaatioita, kuten me keskustelemme, mutta keski-käsitettä kietoutuvat tiedon, jonka olemme nähneet jo klassisen todennäköisyydet, kuljettaa yli.

Kakkuja ei lasketa systeemeissä, tietenkin, mutta takertuminen välillä systeemeissä syntyy luonnollisesti esimerkiksi jälkimainingeissa hiukkasten törmäykset. Käytännössä irralliset (itsenäiset) valtiot ovat harvinaisia poikkeuksia, sillä aina kun järjestelmät ovat vuorovaikutuksessa keskenään, vuorovaikutus luo niiden välille korrelaatioita.,

Mieti esimerkiksi, molekyylejä. Ne ovat osajärjestelmien eli elektronien ja ytimien komposiitteja. Molekyyli on pienin energia valtio, jossa se on useimmiten löytyy, on erittäin sotkeutua valtion sen elektronit ja ytimet, sillä niiden kannat osatekijän hiukkaset eivät suinkaan ole riippumattomia. Kun ytimet liikkuvat, elektronit liikkuvat niiden mukana.,

Palatakseni meidän esimerkiksi: Jos me kirjoittaa Φ■, Φ● aalto toiminnot kuvataan järjestelmän 1 sen neliö tai pyöreä valtiot, ja ψ■, ψ● aalto toiminnot kuvataan järjestelmän 2 sen neliö tai pyöreä valtiot, sitten meidän työ esimerkiksi yleinen valtioiden

Itsenäinen: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Sotkeutua: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Voimme myös kirjoittaa itsenäinen versio, koska

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Huomaa, miten tämä muotoilu suluissa selvästi erilliset järjestelmät 1 ja 2 osaksi itsenäisiä yksiköitä.,

on monia tapoja luoda sotkeutuneita valtioita. Yksi tapa on tehdä mittaus (komposiitti) järjestelmä, joka antaa sinulle osittaista tietoa. Voimme esimerkiksi oppia, että nämä kaksi järjestelmää ovat juonitelleet, että niillä on sama muoto, oppimatta tarkalleen, millainen muoto niillä on. Tästä käsitteestä tulee tärkeä myöhemmin.

enemmän erottuva seurauksia lomittuminen, kuten Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) ja Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ: n) vaikutuksia, syntyy kautta sen vuorovaikutusta toinen osa quantum teoria nimeltään ”täydentävät toisiaan.,”Tietä keskustelua EPR ja GHZ, esittelen nyt täydentävyyttä.

aiemmin kuvittelimme, että meidän c-ons voisi esiintyä kaksi muotoa (neliö ja ympyrä). Nyt kuvittelemme, että se voi myös näyttää kaksi väriä—punainen ja sininen. Jos puhumme klassisen järjestelmien, kuten kakkuja, tämä lisäsi kiinteistön merkitsisi sitä, että meidän c-ons voi olla missä tahansa neljästä mahdollisesta todetaan: punainen neliö, punainen ympyrä, sininen neliö tai sininen ympyrä.,

Vielä quantum kakku—quake, ehkä, tai (enemmän arvokkuutta) q-on—tilanne on täysin erilainen. Se, että k-can-näyttely, eri tilanteissa, eri muotoja ja eri värejä ei välttämättä tarkoita, että se on sekä muodon ja värin samanaikaisesti. Itse asiassa, että ”terve järki” päättely, jonka Einstein vaati olevan osa mitään hyväksyttävää käsitystä fyysisestä todellisuudesta, on ristiriidassa kokeellisten tosiasioiden kanssa, kuten näemme pian.,

voimme mitata q-on: n muodon, mutta näin menetämme kaiken tiedon sen väristä. Tai voimme mitata väri meidän q-on, mutta näin menetämme kaiken tiedon sen muodosta. Kvanttiteorian mukaan emme voi mitata sekä sen muotoa että sen väriä samanaikaisesti. Kukaan ei näytä fyysisen todellisuuden kaappaa kaikki sen näkökohtia, yksi on otettava huomioon monia erilaisia, toisensa poissulkevia näkemyksiä, jokainen tarjoaa kelvollinen, mutta osittaista tietoa. Tämä on täydentävyyden ydin, kuten Niels Bohr muotoili.,

tämän seurauksena kvanttiteoria pakottaa meidät kiertämään fysikaalisen todellisuuden yksilöllisiin ominaisuuksiin. Ristiriitojen välttämiseksi on myönnettävä, että:

1. mitaamatonta omaisuutta ei tarvitse olla olemassa.
2. Mittaus on aktiivinen prosessi, joka muuttaa järjestelmän mitataan.

II.

Nyt aion kuvata kaksi classic—vaikka kaukana klassisen!,- kuvat kvanttiteorian outoudesta. Molemmat on tarkastettu ankarissa kokeissa. (Varsinaisissa kokeissa ihmiset mittaavat ominaisuuksia kuten elektronien kulmaliikettä kakkujen muotojen tai värien sijaan.)

Albert Einstein, Boris Podolsky ja Nathan Rosen (EPR) on kuvattu hätkähdyttävä vaikutus, joka voi syntyä, kun kaksi systeemeissä ovat juuttuneet. EPR-efekti nai tietyn, kokeellisesti realisoituvan kvanttisotomuodon täydentävyydellä.,

On EPR-pari koostuu kahdesta q-ons, joista jokainen voidaan mitata joko muotonsa tai sen väri (mutta ei molempia). Oletamme, että meillä on pääsy moniin tällaisiin pareihin, jotka ovat kaikki identtisiä, ja että voimme valita, mitkä mittaukset tekevät niiden komponenteista. Jos mittaamme yhden EPR-parin jäsenen muodon, huomaamme sen olevan yhtä todennäköisesti neliö tai pyöreä. Jos mittaamme värin, huomaamme sen olevan yhtä todennäköisesti punainen tai sininen.,

mielenkiintoisia vaikutuksia, joita EPR pitää paradoksaalinen, syntyy, kun teemme mittauksia molemmat jäsenet pari. Kun mittaamme molemmat jäsenet värin, tai molemmat jäsenet muodon, havaitsemme, että tulokset ovat aina samaa mieltä. Jos siis huomaamme, että toinen on punainen ja myöhemmin mittaamme toisen värin, huomaamme, että sekin on punainen ja niin edelleen. Toisaalta, jos mittaamme yhden muodon ja sitten toisen värin, korrelaatiota ei ole., Näin ollen jos ensimmäinen on neliö, toinen on yhtä todennäköisesti punainen tai sininen.

otamme mukaan quantum theory, saada nämä tulokset, vaikka pitkiäkin matkoja erottaa kaksi järjestelmää, ja mittaukset tehdään lähes samanaikaisesti. Mittausvalinta yhdessä paikassa näyttää vaikuttavan järjestelmän tilaan toisessa paikassa. Tämä ”spooky action at a distance”, kuten Einstein kutsui sitä, saattaa tuntua vaatia, että tietojen toimittaminen — tässä tapauksessa tietoa siitä, mitä mittaus tehtiin — nopeudella nopeammin kuin valon nopeus.,

mutta onko? Ennen kuin tiedän tuloksesi, en tiedä mitä odottaa. Saan hyödyllistä tietoa, kun opin mittaamasi tuloksen, En sillä hetkellä, kun mittaat sitä. Ja mitään viestiä paljastava tulos mitataan on toimitettava joitakin konkreettisia fyysisellä tavalla, hitaammin (oletettavasti) kuin valon nopeus.

Kun syvempää pohdintaa, paradoksi liukenee edelleen. Tarkastelkaamme todellakin uudelleen toisen järjestelmän tilaa, kun otetaan huomioon, että ensimmäinen on mitattu punaiseksi., Jos päätämme mitata toisen q-onin värin, saamme varmasti punaista. Mutta kuten olemme keskustelleet aiemmin, kun käyttöön täydentävyys, jos haluamme mitata q-on muoto, kun se on ”punainen” valtio, meillä on yhtä suuri todennäköisyys löytää neliö tai ympyrä. EPR-tulos ei siis suinkaan ole paradoksaalinen, vaan loogisesti pakotettu. Se on pohjimmiltaan vain täydentävyyden paketointia.

eikä ole paradoksaalista huomata, että kaukaiset tapahtumat korreloivat keskenään., Loppujen lopuksi, jos laitan jokaisen hansikkasparin jäsenen laatikoihin ja postitan ne maapallon vastakkaisille puolille, minun ei pitäisi olla yllättynyt siitä, että katsomalla yhteen laatikkoon voin määrittää käsineen kätisyyden toisessa. Samoin kaikki tunnetut tapaukset väliset korrelaatiot on EPR-parin, on oltava merkintä, kun sen jäsenet ovat lähellä toisiaan, vaikka tietenkin he voivat selvitä myöhemmin erottaminen, ikään kuin ne olisivat muistoja. Jälleen EPR: n erikoisuus ei ole korrelaatio sinänsä, vaan sen mahdollinen ruumiillistuma täydentävissä muodoissa.,

III.

Daniel Greenberger, Michael Horne ja Anton Zeilinger löysi toisen loistavasti valaiseva esimerkki lomittuminen. Siihen kuuluu kolme meidän q-ons, valmistettu erityinen, sotkeutunut tilassa (GHZ valtio). Jaamme kolme q-onia kolmelle kaukaiselle kokeilijalle. Jokainen kokeilija valitsee itsenäisesti ja sattumanvaraisesti, mitataanko muotoa vai väriä, ja kirjaa tuloksen. Kokeilu toistuu monta kertaa, aina kolmen q-ons alkaa GHZ tilassa.,

jokainen kokeilija erikseen löytää maksimaalisesti satunnaisia tuloksia. Kun hän mittaa q-on ’ S muoto, hän on yhtä todennäköisesti löytää neliön tai ympyrän; kun hän mittaa sen väri, punainen tai sininen ovat yhtä todennäköisiä. Toistaiseksi niin arkista.

mutta myöhemmin, kun kokeilijat kokoontuvat vertailemaan mittojaan, pieni analyysi paljastaa tyrmäävän tuloksen. Kutsukaamme neliömuotoja ja punaisia värejä ” hyviksi ”ja pyöreitä muotoja ja sinisiä värejä” pahoiksi.,”Kokeilijat huomaamaan, että aina kun kaksi heistä päätti toimenpiteen muoto, mutta kolmannen mitattu väri, he huomasivat, että tasan 0 tai 2 tulokset olivat ”paha” (joka on pyöreä tai sininen). Mutta kun kaikki kolme päättivät mitata väriä, he havaitsivat, että tasan 1 tai 3 mittausta olivat pahoja. Näin kvanttimekaniikka ennustaa, ja näin havaitaan.

Eli: On määrä paha parillinen tai pariton? Molemmat mahdollisuudet toteutuvat varmuudella erilaisissa mittauksissa. Meidän on pakko hylätä kysymys., Ei ole mitään järkeä puhua pahan määrästä järjestelmässämme, riippumatta siitä, miten se mitataan. Se johtaa todellakin ristiriitaisuuksiin.

GHZ-efekti on fyysikko Sidney Colemanin sanoin ”kvanttimekaniikka kasvoissasi.”Se romuttaa syvään juurtunut ennakkoluulo, joka on juurtunut jokapäiväiseen kokemukseen, että fyysiset järjestelmät ovat konkreettisia ominaisuuksia, riippumatta siitä, onko niitä ominaisuuksia mitataan. Sillä jos he tekisivät niin, niin hyvän ja pahan tasapainoon eivät mittausvalinnat vaikuttaisi. Kun sisäistetty, viesti GHZ vaikutus on unohtumaton ja mielen laajentamiseen.,

IV.

tähän mennessä olemme pohtineet, miten takertuminen voi olla mahdotonta määrittää ainutlaatuinen, itsenäisten valtioiden useita k-ons. Samanlaisia näkökohtia sovelletaan kehitykseen yhden q-on ajoissa.

sanomme, että Meillä on ”sekasotku historia”, kun se on mahdotonta antaa täsmällistä valtion meidän järjestelmä kunakin hetkenä. Samalla tavalla miten meillä on perinteisiin takertuminen poistamalla joitakin mahdollisuuksia, voimme luoda kietoutuvat historia tekemällä mittauksia, jotka kokoontuvat osittaista tietoa siitä, mitä tapahtui., Yksinkertaisimmissa sotkeutuneissa historioissa meillä on vain yksi q-on, jota seuraamme kahteen eri aikaan. Voimme kuvitella tilanteita, joissa voimme selvittää, että muoto meidän q-oli joko neliön molemmissa kertaa tai että se oli pyöreä molemmissa kertaa, mutta, että havaintomme jättää molemmat vaihtoehdot pelata. Tämä on kvanttimaagianalogi edellä kuvatuista yksinkertaisimmista kietoutumistilanteista.,

Käyttämällä hieman enemmän laatia pöytäkirja, josta voi lisätä ryppyjä ja täydentävät tämän järjestelmän, ja määritellä tilanteita, jotka tuovat esiin ”monien maailmojen” osa quantum theory. Näin ollen q-on voitaisiin valmistaa punaisessa tilassa aikaisemmin, ja mitattu olevan sinisessä tilassa myöhemmin., Kuten yksinkertaisia esimerkkejä edellä, emme voi jatkuvasti antaa meidän q-omaisuutta väri väli kertoja; eikä siinä ole määrätty muoto. Tämänkaltaiset historiat käsittävät suppealla mutta hallitulla ja täsmällisellä tavalla intuition, joka pohjautuu kvanttimekaniikan Monien maailmojen kuvaan. Selvä valtio voi haarautua keskenään ristiriitaisiin historiallisiin kehityssuuntiin, jotka myöhemmin yhdistyvät.,

Erwin Schrödinger, perustaja quantum theory, joka oli syvästi skeptinen sen oikeellisuudesta, korosti, että kehitys systeemeissä johtaa luonnollisesti toteaa, että saattaa olla mitattuna on selvästi eri ominaisuuksia. Hänen ”Schrödinger-kissansa” kertoo tunnetusti lisäävän kvanttiepävarmuutta kissakuolleisuutta koskeviin kysymyksiin. Ennen mittausta, kuten olemme esimerkeissämme nähneet, kissalle ei voi antaa elämän (tai kuoleman) omaisuutta. Molemmat—tai eivät kumpikaan-elävät rinnakkaiseloa mahdollisen manalan sisällä.,

Arjen kieli on huonosti sopivat kuvaamaan quantum täydentävät toisiaan, osittain siksi, että arjen kokemus ei kohdata sitä. Käytännön kissat vuorovaikutuksessa ympäröivän ilman molekyylien, keskuudessa muita asioita, hyvin eri tavoin riippuen siitä, ovatko ne elossa tai kuollut, niin käytännössä mittaus tehdään automaattisesti, ja kissa saa sen elämä (tai kuolema). Mutta sotkeutunut historia kuvaa q-ons, jotka ovat, todellisessa merkityksessä, Schrödinger pennut., Niiden täydellinen kuvaus edellyttää välivaiheen aikana, että otamme huomioon molemmat kaksi ristiriitaista omaisuutta-liikeradat.

ohjattu kokeellinen toteutumista kietoutuvat historia on herkkä, koska se vaatii keräämme osittaista tietoa q-edelleen. Perinteiset quantum mittaukset yleensä kerätä täydelliset tiedot kerralla—esimerkiksi, ne määrittävät lopullisen muotonsa, tai selvä väri—pikemminkin kuin osittaista tietoa ulottuen useita kertoja. Mutta se voidaan tehdä—ilman suuria teknisiä vaikeuksia., Tällä tavalla voimme antaa selvä matemaattinen ja kokeellinen merkitys leviämisen ”monien maailmojen” quantum theory, ja osoittaa sen substantiality.

Alkuperäinen tarina uusintapainos luvalla Quanta-Lehden, joka on toimituksellisesti riippumaton julkaisu Simons Foundation, jonka tehtävänä on parantaa suuren yleisön tieteen ymmärrystä peittämällä tutkimusta, kehitystä ja trendejä matematiikan ja luonnontieteiden ja biotieteiden.