Teoria zmiennych ukrytych

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania


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 (Teoria Ukrytych Parametrów)

Teorie Zmiennych Ukrytych (TZU) lub Teorie Ukrytych Parametrów są grupą 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 r. 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 [1]. Przeprowadzone eksperymenty ostatecznie odrzuciły wszelkie hipotezy lokalności świata.

W 1967 r. 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 r. 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 r. i 2010 r. [9][10]

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

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

[1] Solvay Conference, 1928, 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.

[2] von Neumann J. 1932, Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik

[3] Bohm, David (1952). "A suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of Hidden Variables, I and II, Physical Review 85.

[4] Aczel 2002, p. 144

[5] Bell, John. On the Einstein–Poldolsky–Rosen paradox, Physics 1 3, 195-200, Nov. 1964

[6] Bell, John. On the Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics, Reviews Of Modern Physics vol 38 3, Jul. 1966

[7] S. Kochen and E.P. Specker, "The problem of hidden variables in quantum mechanics", Journal of Mathematics and Mechanics 17, 59–87 (1967).

[8] Nonlocal Hidden-Variable Theories and Quantum Mechanics: An Incompatibility Theorem. A. J. Leggett, Found. of Phys., 33, 1469 (2003).

[9] An experimental test of non-local realism. Gröblacher, et al., Nature, 446, 871 (2007).

[10] Violation of Leggett inequalities in orbital angular momentum subspaces. Romero, et al., New J. Phys., 12, 123007 (2010).

Przypisy

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