Hastigheten på omedelbart | natur

Hastigheten på omedelbart | natur

Anonim

Par av kvantmekaniskt intrasslade partiklar verkar genast veta vad som händer med varandra. Experiment visar att även om denna signalering inte är omedelbar måste den vara riktigt, riktigt snabb.

En del av Einsteins relativitetsteori som har tagit tag i den populära fantasin kan sammanfattas av mantraet "ingenting reser snabbare än ljus". Det som är mindre känt är att teorin om kvantmekanik, som handlar om beteendet hos mycket små system som atomära och subatomära partiklar, kränker andan (om inte bokstaven) i denna grundläggande princip. Kvantmekanik förutspår att under vissa omständigheter en aktivitet som utförs på en partikel omedelbart kan förändra egenskaperna hos en annan partikel, oavsett hur långt från varandra de två partiklarna är. På sidan 861 i detta nummer, Salart et al . 1 beskriver ett experiment för att testa hur snabbt "omedelbart" verkligen är.

Schweizisk hastighetsfälla: två schweiziska byar åtskilda med 18 kilometer (och Genèvesjön) men ändå anslutna med kvantförvirring. Bild: M-SAT LTD / SPL

Ett särskilt konstigt drag i kvantmekanik är kvantförvirring. I ett experiment som involverar detta fenomen blir en fysikalisk egenskap hos en partikel (eller större system) direkt beroende av egenskaperna som mäts på en annan partikel, oavsett hur långt från varandra partiklarna är. I ett brev till Max Born 1947 kallade Einstein avvisande denna effekt av kvantförvirring för en "skrämmande handling på avstånd" och tyckte att den indikerade att teorin om kvantmekanik var felaktig.

Einstein var inte den första som uttryckte avsky vid omedelbar handling på avstånd. Tvåhundra och femtio år tidigare skrev Isaac Newton 2 :

… att en kropp kan agera mot en annan på avstånd genom ett vakuum, utan medling av något annat, och genom vilket deras handling och kraft kan föras från en till en annan, är för mig en så stor absurditet att jag tror ingen man som i filosofiska frågor har en kompetent tänkande kan någonsin falla in i den.

Newton skrev om sin teori om tyngdkraften, och det var Einstein som visade 1915 att tyngdkraften inte är omedelbar utan orsakas av en "medlingssignal" (rymdtidens varpning), som rör sig med en begränsad hastighet. Salart och kollegas experiment 1 testar om interaktionen mellan intrasslade partiklar också överförs av en medierande signal, och i så fall hur snabbt denna signal måste röra sig.

Förutom att agera omedelbart, och i motsats till andra fysiska effekter vars storlek varierar med avstånd, förutsägs effekterna av kvantförvirring att ha samma styrka oavsett hur långt ifrån varandra de sammantrasslade systemen är. Erwin Schrödinger var obekväm med denna idé och föreslog i själva tidningarna där han introducerade termen entanglement 3, 4 att någon okänd process måste säkerställa att intrassling inträffar endast på mikroskopiska avstånd. Han hade fel. Avstånden över vilka förvirring har visat sig bibehållas ökar varje år. Exempelvis mäter Salart och kollegors experiment 1, som inte är utformat för att testa den här frågan, själva förvirringen av ett par fotoner separerade med 18 kilometer.

Salart et al . förvirrade sina fotonpar med en källa i Genève, Schweiz, och ledde dem sedan genom fiberoptiska kablar av exakt lika lång längd till mottagningsstationer i byarna Jussy och Satigny, som ligger öster om och väster om Genèvesjön. Här kontrollerades fotonens intrassling av ett identiskt par interferometrar. Eftersom de hade rest identiska avstånd skulle fotonerna ha nått interferometrarna samtidigt, så bra som modern optik och elektronik tillåter. Trots detta har Salart et al . se konsekvent intrassling av deras fotoner, vilket innebär att den tid det tar för varje hypotetisk signal som passerar mellan dem är under utrustningens detektionsgräns.

Det finns dock en subtil funktion till allt detta. Varje hypotetisk signal har sin hastighet definierad i en specifik 'föredragen referensram', som inte är densamma som jordens yta. Salart et al . kunde kontrollera sina resultat mot alla möjliga referensramar med hjälp av jordens rotation. De två byarna där de placerade sina detektorer ligger nästan exakt öst-väst om varandra, och författarna körde sina tester under alla timmar på dagen och natten, vilket tillät dem att undersöka varje möjlig orientering av experimentet mot en hypotetisk föredragen referensram . Med hänsyn till noggrannheten i deras experimentella design och gör några konservativa antaganden - till exempel att jorden inte rör sig relativt den föredragna referensramen med mer än en tusendels ljusets hastighet - Salart et al . dra slutsatsen att alla signaler som passerar mellan de intrasslade fotonerna, om inte omedelbart, reser minst tiotusen gånger snabbare än ljus.

Experimentet enligt Salart et al . 1 undersöker vackert de djupa spänningarna mellan grundläggande aspekter av två av våra mest grundläggande fysiska teorier - relativitet och kvantmekanik - med hjälp av kvantförvirring. Av det kan vi dra slutsatsen att alla teorier som försöker förklara kvantförvirring genom att åberopa en överföringsmekanism måste vara mycket skrämmande - kanske spökare än själva kvantmekaniken.

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapsriktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.