مفارقة EPR في الفيزياء

مفارقة EPR (أو مفارقة آينشتاين - بودولسكي - روزين) هي تجربة فكرية تهدف إلى إظهار مفارقة متأصلة في الصيغ المبكرة لنظرية الكم. ومن بين الأمثلة الأكثر شهرة تشابك الكم. المفارقة تنطوي على جزيئين التي تتشابك مع بعضها البعض وفقًا لميكانيكا الكم. تحت تفسير كوبنهاغن من ميكانيكا الكم ، يكون كل جسيم بشكل فردي في حالة غير مؤكدة حتى يتم قياسه ، وعندها تصبح حالة هذا الجسيم مؤكدة.

في تلك اللحظة بالضبط ، تصبح حالة الجسيمات الأخرى مؤكدة أيضًا. والسبب في تصنيف هذا على أنه مفارقة هو أنه يبدو أنه ينطوي على اتصال بين الجسيمين في بسرعات أكبر من سرعة الضوء، وهو صراع مع البرت اينشتاين'س نظرية النسبية.

كانت المفارقة نقطة محورية في مناقشة ساخنة بين آينشتاين و نيلز بور. لم يكن أينشتاين مرتاحًا أبدًا مع ميكانيكا الكم التي طورها بور وزملاؤه (بناءً على المفارقة ، على العمل الذي بدأه أينشتاين). طور أينشتاين مع زملائه بوريس بودولسكي وناثان روزين مفارقة EPR كطريقة لإظهار أن النظرية كانت غير متسقة مع قوانين الفيزياء الأخرى المعروفة. في ذلك الوقت ، لم تكن هناك طريقة حقيقية لتنفيذ التجربة ، لذلك كانت مجرد تجربة فكرية أو تجربة gedankenperiment.

بعد عدة سنوات ، قام الفيزيائي ديفيد بوم بتعديل مثال مفارقة EPR بحيث أصبحت الأمور أكثر وضوحًا. (الطريقة الأصلية التي قدمت بها المفارقة كانت مربكة إلى حد ما ، حتى بالنسبة للفيزيائيين المحترفين.) في Bohm الأكثر شعبية التركيبة ، يتحلل جسيم الدوران 0 غير المستقر إلى جسيمين مختلفين ، الجسيم A والجسيم B ، يتجهان في الاتجاه المعاكس الاتجاهات. نظرًا لأن الجسيم الأولي لديه دوران 0 ، يجب أن يساوي مجموع دوران الجسيمات الجديدين صفرًا. إذا كان الجسيم A لديه دوران +1/2 ، فيجب أن يكون للجسيم B دوران -1/2 (والعكس صحيح).

مرة أخرى ، وفقًا لتفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم ، حتى يتم إجراء القياس ، ليس لأي من الجسيمات حالة محددة. كلاهما في تراكب للحالات المحتملة ، مع احتمال متساوٍ (في هذه الحالة) وجود دوران إيجابي أو سلبي.

هناك نقطتان رئيسيتان في العمل هنا تثير هذا القلق:

1. تقول فيزياء الكم أنه حتى لحظة القياس ، الجسيمات لا عند تدور الكم محددة لكنها في حالة تراكب للحالات المحتملة.
2. بمجرد أن نقيس دوران الجسيم A ، نعرف بالتأكيد القيمة التي سنحصل عليها من قياس دوران الجسيم B.

إذا قمت بقياس الجسيمات أ ، فيبدو أن السبين الكمي للجزيء أ يتم "تعيينه" من خلال القياس ، ولكن بطريقة أو بأخرى "الجسيمات ب" تعرف على الفور الدوران المفترض أن تتخذه. بالنسبة لأينشتاين ، كان هذا انتهاكًا واضحًا لنظرية النسبية.

لم يشكك أحد قط في النقطة الثانية ؛ كان الجدل كله مع النقطة الأولى. دعم بوم وبينشتاين مقاربة بديلة تسمى نظرية المتغيرات المخفية ، والتي اقترحت أن ميكانيكا الكم كانت غير مكتملة. في وجهة النظر هذه ، كان يجب أن يكون هناك بعض جوانب ميكانيكا الكم التي لم تكن واضحة على الفور ولكن يجب إضافتها إلى النظرية لتفسير هذا النوع من التأثير غير المحلي.

كمثال ، ضع في اعتبارك أن لديك مظروفين يحتوي كل منهما على أموال. لقد قيل لك أن أحدهما يحتوي على فاتورة 5 دولارات والآخر يحتوي على فاتورة 10 دولارات. إذا قمت بفتح مغلف يحتوي على فاتورة 5 دولارات ، فأنت تعلم بالتأكيد أن المغلف الآخر يحتوي على فاتورة 10 دولارات.

المشكلة في هذا التشبيه هي أن ميكانيكا الكم بالتأكيد لا يبدو أنها تعمل بهذه الطريقة. في حالة النقود ، يحتوي كل مغلف على فاتورة محددة ، حتى لو لم أجد ما أبحث عنها.

إن عدم اليقين في ميكانيكا الكم لا يمثل فقط نقصًا في معرفتنا بل نقصًا أساسيًا في الواقع المحدد. حتى يتم إجراء القياس ، وفقًا لتفسير كوبنهاغن ، تكون الجسيمات حقًا في تراكب لجميع الحالات الممكنة (كما هو الحال في القط الميت / الحي في قطة شرودنغر تجربة فكرية). في حين أن معظم الفيزيائيين كانوا يفضلون امتلاك كون بقواعد أكثر وضوحًا ، لا يمكن لأحد اكتشاف ذلك بالضبط ما كانت هذه المتغيرات المخفية أو كيف يمكن دمجها في النظرية بطريقة ذات معنى الطريق.

دافع بور وغيره عن تفسير كوبنهاجن القياسي لميكانيكا الكم ، والذي استمر دعمه بالأدلة التجريبية. التفسير هو أن الدالة الموجية ، التي تصف تراكب الحالات الكمومية المحتملة ، موجودة في جميع النقاط في وقت واحد. دوران الجسيم A و دوران الجسيم B ليسا كميات مستقلة ولكن يتم تمثيلهما بنفس المصطلح داخل فيزياء الكم المعادلات. لحظة إجراء القياس على الجسيمات أ ، دالة الموجة بأكملها تنهار في حالة واحدة. بهذه الطريقة ، لا يوجد اتصال بعيد يحدث.

جاء المسمار الرئيسي في نعش نظرية المتغيرات المخفية من الفيزيائي جون ستيوارت بيل ، في ما يعرف باسم نظرية بيل. طور سلسلة من التباينات (تسمى التفاوتات الجرس) ، والتي تمثل كيفية توزيع قياسات دوران الجسيم A والجسيم B إذا لم تكن متشابكة. في التجربة بعد التجربة ، يتم انتهاك عدم المساواة في Bell ، مما يعني أن التشابك الكمي يبدو أنه يحدث.

على الرغم من هذا الدليل على عكس ذلك ، لا يزال هناك بعض أنصار نظرية المتغيرات المخفية ، على الرغم من أن هذا هو في الغالب بين علماء الفيزياء الهواة بدلاً من المحترفين.

حررت بواسطة آن ماري هيلمينستين ، د.