Teoria zmiennych ukrytych

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Mechanika kwantowa
Quantum intro pic-smaller.png
\Delta x\, \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Równanie Schrödingera
Wstęp
Aparat matematyczny
Koncepcje podstawowe
Stan kwantowy  · Funkcja falowa  · Superpozycja  · Splątanie kwantowe  · Pomiar  · Nieoznaczoność  · Reguła Pauliego  · Dualizm korpuskularno-falowy  · Dekoherencja kwantowa  · Twierdzenie Ehrenfesta  · Tunelowanie
Znani uczeni
Planck  · Bohr  · Sommerfeld  · Bose  · Kramers  · Heisenberg  · Born  · Jordan  · Pauli  · Dirac  · de Broglie  · Schrödinger  · von Neumann  · Wigner  · Feynman  · Candlin  · Bohm  · Everett  · Bell  · Wien

Teoria zmiennych ukrytych (TZU), Teoria Ukrytych Parametrów – grupa nieortodoksyjnych interpretacji teorii kwantów. Ich cechą szczególną jest eliminacja paradoksów obecnych w pozostałych interpretacjach na rzecz intuicyjnych mechanizmów. Zakładają one istnienie przyczyny powstawania zjawisk fizycznych niemożliwej do opisania za pomocą Mechaniki Kwantowej (QM). Fundamentalnie, interpretacje te wyznaczają nieprzekraczalne granice ludzkiego poznania i akceptują je.

Należy podkreślić, że liczne i rozłączne interpretacje teorii kwantów nie są częścią fizyki. Jedynym kryterium wyboru konkretnej interpretacji powinno być to, w jakim stopniu ułatwia ona odkrywanie i rozumienie tajemnic świata kwantowego.

Pierwszą teorią zmiennych ukrytych była nielokalna teoria fali wiodącej (pilot-wave) Louisa de Broglie'a z roku 1927[1]. Krytyka środowisk ortodoksyjnych z jaką się spotkała, znalazła swoją kulminację w pracy Johna von Neumanna z 1932[2]. Praca ta wstrzymała rozwój nielokalnych intepretacji na wiele lat, pomimo iż okazała się dotyczyć jedynie teorii lokalnych i realistycznych. W 1952 r. David Bohm, formułując reinterpretację teorii fali wiodącej, znaną obecnie jako teoria De Broglie-Bohm, stworzył inspirację pod przełomową pracę Johna S. Bella[3].

Teorie zmiennych ukrytych były przedmiotem debaty Alberta Einsteina z Nielsem Bohrem, w której dyskutanci przedstawili różne interpretacje mechaniki kwantowej. Według przewidywań Mechaniki Kwantowej odległe zdarzenia mogą przy odpowiednich okolicznościach być natychmiastowo skorelowane z lokalnymi (zob. kwantowe splątanie). Opisany przez Alberta Einsteina, Borysa Podolskiego i Nathana Rosena rzekomy paradoks wskazywał na teoretyczną sytuację, w której zasada nieoznaczoności Heisenberga zostaje złamana w przypadku badania stanów splątanych odziałujących w sposób nielokalny. W ten sposób starano się dowieść niekompletności mechaniki kwantowej oraz obronić lokalny realizm, który jest fundamentem teorii względności. Einstein do śmierci nie zaakceptował implikacji wynikających z nielokalności i braku realności świata.

Przedstawiona w 1964 przez Johna Stewarta Bella krytyka analizy von Neumanna[4] (opublikowana w 1966[5]) i następująca po niej analiza "paradoksu EPR"[6], zainspirowana teorią De Broglie-Bohm, doprowadziła do sformułowania nierówności (Nierówność Bella) efektywnie opisującej mierzalną różnicę w przewidywaniach do jakich prowadzi QM, a jakie dają teorie oparte na hipotezie lokalnego realizmu. W myśl nierówności Bella żadna teoria opierająca się na lokalnym realizmie nie jest w stanie odtworzyć, potwierdzonych później eksperymentalnie, przewidywań QM[a]. Przeprowadzone eksperymenty ostatecznie odrzuciły wszelkie hipotezy lokalności świata.

W 1967 Simon B. Kochen oraz Ernst Specker[7] sformułowali teorię wykluczającą całą gamę interpretacji teorii kwantów opartych na hipotezie realizmu, czyli uniezależniających wartości obserwabli od aktu pomiaru. W 2003 Anthony James Leggett[8] rozwinął pracę Kochena-Speckera, formułując nierówność Leggetta, podobną do nierówności Bella, lecz dotyczącą realności świata. Obie prace teoretyczne zostały eksperymentalnie potwierdzone w 2007 i 2010[9][10].

Tym samym jedynymi teoriami zmiennych ukrytych pozostającymi w zgodzie z nowoczesną fizyką, są koncepcje nielokalne oraz nierealistyczne.

Uwagi

  1. Pomiarów dokonano w 70-tych latach, zob. Alain Aspect.

Przypisy

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • SolvayS. Conference SolvayS., Electrons et Photons: Rapports et Discussions du Cinquieme Conseil de Physique tenu a Bruxelles du 24 au 29 Octobre 1927 sous les auspices de l'Institut International Physique Solvay, 1928.
  • John vonJ. Neumann John vonJ., Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik, 1932.
  • DavidD. Bohm DavidD., A suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of Hidden Variables, I and II, [w:] „Physical Review”, 85, 1952.
  • AmirA. Aczel AmirA., Entanglement: The Greatest Mystery in Physics, 2002.
  • JohnJ. Bell JohnJ., On the Einstein–Poldolsky–Rosen paradox, [w:] „Physics”, 1 3, 195-200, 1964.
  • JohnJ. Bell JohnJ., On the Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, [w:] „Reviews Of Modern Physics”, vol 38 3, 1966.
  • SimonS. Kochen SimonS., Ernst P.E. P. Specker Ernst P.E. P., The problem of hidden variables in quantum mechanics, [w:] „Journal of Mathematics and Mechanics”, 17, 59–87, 1967.
  • Anthony J.A. J. Leggett Anthony J.A. J., Nonlocal Hidden-Variable Theories and Quantum Mechanics: An Incompatibility Theorem, [w:] „Found. of Phys.”, 33, 1469, 2003.
  • SimonS. Gröblacher SimonS., TomaszT. Paterek TomaszT., RainerR. Kaltenbaek RainerR., CaslavC. Brukner CaslavC., MarekM. Zukowski MarekM., MarkusM. Aspelmeyer MarkusM., AntonA. Zeilinger AntonA., An experimental test of non-local realism, [w:] „Nature”, 446, 871, 2007.
  • JacquilineJ. Romero JacquilineJ., JonathanJ. Leach JonathanJ., BarryB. Jack BarryB., Stephen M.S. M. Barnett Stephen M.S. M., Miles JohnM. J. Padgett Miles JohnM. J., SonjaS. Franke-Arnold SonjaS., Violation of Leggett inequalities in orbital angular momentum subspaces, [w:] „New J. Phys.”, 12, 123007, 2010.