Bohr-Einstein tartışmaları - Bohr–Einstein debates

Niels Bohr , Albert Einstein ile Paul Ehrenfest'in Leiden'deki evinde (Aralık 1925)

Bohr-Einstein tartışmaları hakkında kamu anlaşmazlıkları bir dizi vardı kuantum mekaniği arasındaki Albert Einstein ve Niels Bohr . Onların tartışmaları, bilim felsefesi için önemlerinden dolayı hatırlanır, çünkü yaygın görüş haline gelen Bohr'un kuantum mekaniği versiyonunun anlaşmazlıkları ve sonuçları, modern fizik anlayışının kökünü oluşturur. Düzenlenen etkinlikler Bohr'un versiyonunun çoğu Solvay 1927 yılında ve diğer yerlerde ilk sonra "Atom Fiziği Epistemolojik Sorunlar Einstein ile Tartışmalar" başlıklı bir makalede Bohr yıllardır tarafından yazılmıştır. Makaleden hareketle tartışmanın felsefi konusu, Bohr'un tamamlayıcılık inancını merkeze alan kuantum mekaniğinin Kopenhag Yorumunun doğayı açıklamada geçerli olup olmadığıydı. Fikir ayrılıklarına ve kuantum mekaniğini sağlamlaştırmaya yardımcı olan sonraki keşiflere rağmen, Bohr ve Einstein, hayatlarının geri kalanında sürecek olan karşılıklı bir hayranlığı sürdürdüler.

Tartışmalar, yirminci yüzyılın ilk yarısındaki bilimsel araştırmanın en yüksek noktalarından birini temsil ediyor çünkü kuantum teorisinin bir unsuruna , fiziksel dünyaya dair modern anlayışımızın merkezinde yer alan kuantum mekansızlığına dikkat çekti . Profesyonel fizikçilerin ortak görüşü, Bohr'un kuantum teorisini savunmasında muzaffer olduğunu kanıtladığı ve kuantum ölçümünün temel olasılıksal karakterini kesin olarak oluşturduğu yönündeydi.

Devrim öncesi tartışmalar

Einstein, Planck'ın kuantumu ( h ) keşfetmesinin fizik yasalarının yeniden yazılmasını gerektireceğini söyleyen ilk fizikçiydi . Bu görüşünü desteklemek için 1905'te ışığın bazen ışık kuantumu olarak adlandırdığı bir parçacık gibi davrandığını öne sürdü (bkz. foton ve dalga-parçacık ikiliği ). Bohr, foton fikrinin en şiddetli muhaliflerinden biriydi ve 1925'e kadar bunu açıkça benimsemedi. Foton, Einstein'a çekici geldi çünkü o, Einstein'ı 1900'de Planck tarafından matematiksel olarak sunulan sayıların arkasında (kafa karıştırıcı olsa da) fiziksel bir gerçeklik olarak gördü. Bohr bundan hoşlanmadı çünkü matematiksel çözüm seçimini keyfi yaptı. Bohr, bir bilim insanının denklemler arasında seçim yapmasından hoşlanmazdı. Bu belki de ilk gerçek Bohr-Einstein tartışmasıydı. Einstein fotonu 1905'te önermişti ve Compton fotonun deneysel olarak 1922'de var olduğunu kanıtladı, ancak Bohr fotonun o zaman bile var olduğuna inanmayı reddetti. Bohr , 1924'te BKS teorisini yazarak ışığın kuantumunun (foton) varlığına karşı savaştı . Ancak Einstein haklıydı ve Bohr, ışık kuantumu konusunda yanıldığını kanıtladı.

Bohr ve Einstein aynı fikirde olmasalar da, hayatları boyunca çok iyi arkadaştılar ve birbirlerini bir folyo gibi kullanmaktan zevk aldılar.

1913 yılı , atom spektrumunu açıklamak için kuantumdan yararlanan hidrojen atomunun Bohr modelini getirdi. gezegenlere benzer parçacıkların dönme yörüngeleri için, ancak Planck sabiti siyah cisimlerdeki ışık radyasyonu için icat edilmişti. Einstein ilk başta h'yi güneş sistemi tarzı bir atom için kullanma konusunda şüpheciydi, ancak çabucak fikrini değiştirdi ve zihniyetteki değişimini kabul etti. 1913'ten 1919'a kadar Einstein, Arnold Sommerfeld'in Bohr atomunun uzantısını Stark etkisini ve Zeeman etkisini içerecek şekilde inceledi ve revize etti . Einstein'ın bu süre zarfında yarattığı katsayılar hala onun için adlandırılıyor ve bugün hala kullanılıyor.

kuantum devrimi

1920'lerin ortalarındaki kuantum devrimi hem Einstein'ın hem de Bohr'un yönetimi altında gerçekleşti ve onların devrim sonrası tartışmaları, değişimi anlamlandırmakla ilgiliydi. Einstein için şoklar 1925'te Werner Heisenberg'in Newton'un uzay ve zaman unsurlarını temeldeki herhangi bir gerçeklikten çıkaran matris denklemlerini tanıtmasıyla başladı . Bununla birlikte, Erwin Schrödinger yeni denkleminin bir ön baskısını Einstein'a gönderdiğinde, Einstein denklemini "gerçek deha"nın belirleyici bir ilerlemesi olarak selamlayarak geri yazdı. Ancak bir sonraki şok 1926'da Max Born'un mekaniğin herhangi bir nedensel açıklama olmaksızın bir olasılık olarak anlaşılması gerektiğini önermesiyle geldi .

Hem Einstein hem de Erwin Schrödinger , Kuantum Mekaniği'nden önce bilimin temel bir özelliği olan ve hala Genel Göreliliğin bir özelliği olan nedensellikten vazgeçerek bu yorumu reddetti . Einstein, 1926'da Max Born'a yazdığı bir mektupta şunları yazmıştı: "kuantum mekaniği kesinlikle etkileyici. Ama içimden bir ses bana bunun henüz gerçek olmadığını söylüyor. Teori çok şey söylüyor ama aslında bizi sırra daha da yaklaştırmıyor. Her halükarda, O'nun [Tanrı'nın] zar atmadığına ikna oldum." İlk başta, Heisenberg bile, matris mekaniğinin Schrödinger Denklemi ile uyumlu olmadığı konusunda Bohr ile ateşli tartışmalara sahipti. Ve Bohr ilk başta Belirsizlik İlkesine karşıydı. Ancak Ekim 1927'de düzenlenen Beşinci Solvay Konferansı ile Heisenberg ve Born, devrimin sona erdiği ve daha fazla bir şeye ihtiyaç olmadığı sonucuna vardılar. İşte bu son aşamada Einstein'ın şüpheciliği dehşete dönüştü. Pek çok şeyin başarıldığına inanıyordu, ancak mekaniğin nedenlerinin hala anlaşılması gerekiyordu.

Einstein'ın devrimi eksiksiz olarak kabul etmeyi reddetmesi, onun bu belirgin rastgele istatistiksel yöntemlerin kaynaklandığı altta yatan nedenler için bir model geliştirdiğini görme arzusunu yansıtıyordu. Uzay-zamandaki konumların asla tam olarak bilinemeyeceği fikrini reddetmedi, ancak belirsizlik ilkesinin , fizik yasalarının işlediği, görünüşte rastgele, deterministik olmayan bir mekanizmayı gerektirmesine izin vermek istemedi . Einstein'ın kendisi istatistiksel bir düşünürdü, ancak daha fazla keşfedilmeye ve açıklığa kavuşturulmaya gerek olmadığı konusunda hemfikir değildi. Einstein, hayatının geri kalanını, Kuantum Mekaniğini anlamlandıracak ve nedenselliği bilime geri döndürecek yeni bir teori keşfetmek için çalıştı, şimdi birçoklarının dediği gibi, Her Şeyin Teorisi. Bu arada Bohr, Einstein'ı rahatsız eden unsurların hiçbiri tarafından dehşete düşmedi. Gözlemcinin gözlenen üzerindeki rolünü vurgulayan bir tamamlayıcılık ilkesi önererek çelişkilerle kendi barışını sağladı.

Devrim sonrası: İlk aşama

Yukarıda belirtildiği gibi, Einstein'ın konumu yıllar içinde önemli değişiklikler geçirdi. İlk aşamada, Einstein kuantum belirsizliğini kabul etmeyi reddetti ve belirsizlik ilkesinin ihlal edilebileceğini göstermeye çalıştı , konum ve hız gibi uyumsuz değişkenlerin doğru bir şekilde belirlenmesine izin vermesi gereken ustaca düşünce deneyleri önerdi veya eşzamanlı olarak açıkça ortaya çıkardı. aynı işlemin dalga ve parçacık yönleri. (Bu düşünce deneylerinin ana kaynağı ve özü, yalnızca yirmi yıl sonra Bohr'un anlattıklarından alınmıştır.) Bohr şunu kabul ediyor: “Konuşmaların anlatımına gelince, elbette, tıpkı benim gibi, yalnızca kendi belleğime güvendiğimin farkındayım. Einstein'ın bu kadar büyük bir rol oynadığı kuantum teorisinin gelişiminin birçok özelliğinin kendisine farklı bir ışıkta görünebileceği olasılığına hazırlandı.

Einstein'ın argümanı

"Ortodoks" anlayışına Einstein tarafından ilk ciddi atak sırasında gerçekleşti Beşinci Solvay Uluslararası Konferansı üzerinde Elektron ve Fotonlar bunun (evrensel olarak kabul görmüş) yasaların yararlanmak mümkün olduğunu nasıl 1927. Einstein işaret enerjinin korunumu ve impuls ( momentum ) bir girişim sürecindeki bir parçacığın durumu hakkında bilgi elde etmek için, belirsizlik veya tamamlayıcılık ilkesine göre erişilebilir olmamalıdır.

Şekil A. Tek renkli bir ışın (tüm parçacıkların aynı darbeye sahip olduğu biri) bir birinci ekranla karşılaşır, kırınır ve kırınım yapan dalga, arka planda F bir girişim figürünün oluşmasıyla sonuçlanan iki yarıklı ikinci bir ekranla karşılaşır  . Her zaman olduğu gibi, bir seferde sadece bir parçacığın tüm mekanizmayı geçebileceği varsayılmaktadır. Ekranın geri tepme ölçü kaynaktan S 1 Einstein göre, tek bir parçacık işleminin dalga yönlerini bozmadan geçen yarık olan ortaya çıkarabilir.
Şekil B. Einstein'ın yarığı.

Amacıyla kendi argümanları takip ve Bohr yanıtını değerlendirmek için, ışık dik çizginin Şekil A. kiriş de gösterilen deney cihazı başvurmak için uygun olan X- yönünde ekseni husule z ve bir ekran karşılaşır S 1 (dar olan ışının dalga boyuna göre) yarık. Yarık içinden geçerek sonra, ikinci bir ekran karşılaşmaya neden olan bir açısal açıklığı olan dalga fonksiyonu kırar S 2 , iki yarığı olan. Dalganın art arda yayılması, son ekran F üzerinde girişim figürünün oluşmasıyla sonuçlanır  .

İkinci eleğin iki yarıklarından geçit de S 2 , işlemin dalga yönü için gerekli hale gelir. Aslında, parçacığın iki yarıktan birinde lokalize olduğu durumlara karşılık gelen kuantum süperpozisyonunun iki terimi arasındaki girişimdir ; bu, parçacığın tercihen yapıcı girişim bölgelerine "yönlendirildiğini" ve sonlanamayacağını ima eder. yıkıcı girişim bölgelerinde (dalga fonksiyonunun geçersiz olduğu) bir noktada yukarı. Kanıtlara "tasarlanmış herhangi bir deney, aynı zamanda not etmek önemlidir eritrosit ekranın geçit işlemi" yönleri S 2 (Bu durumda, parçacık geçti yarık olan belirlenmesi azaltır) kaçınılmaz olarak tahrip dalga yönleri, girişim figürünün kaybolmasını ve parçacığın izlediği yörünge hakkındaki bilgimizi doğrulayan iki yoğun kırınım noktasının ortaya çıkmasını ima eder.

Bu noktada Einstein zamanda devreye birinci ekran getirir ve aşağıdaki gibi iddia: Ekran olay parçacıkları hızlara sahip olduğundan (pratik olarak) dikmesine S 1 ve bir sapma neden olabilir, bu izleme ile sadece etkileşim olduğu Orijinal yayılma yönü, etkileşen iki sistemin darbelerinin toplamının korunduğunu ima eden darbenin korunumu yasası ile , eğer gelen parçacık yukarı doğru saparsa, ekran aşağıya doğru geri tepecektir ve bunun tersi de geçerlidir. Gerçek koşullarda ekranın kütlesi o kadar büyüktür ki sabit kalacaktır, ancak prensipte sonsuz küçük bir geri tepmeyi bile ölçmek mümkündür. Her bir parçacık geçtikten sonra ekranın darbesinin ölçümünü X yönünde almayı hayal edersek, ekranın yukarıya (alta) doğru geri tepmiş bulunacağı gerçeğinden söz konusu parçacığın olup olmadığını anlayabiliriz. ve bu nedenle de bu yarık yoluyla alt veya üst kısmına doğru sapmış olan S 2 parçacık geçti. Ancak parçacık geçtikten sonra ekranın geri tepme yönünün belirlenmesi işlemin ardışık gelişimini etkileyemeyeceğinden, F ekranında yine bir girişim figürü olacaktır  . Girişim tam olarak gerçekleşir, çünkü sistemin durumu, dalga fonksiyonları sıfır olmayan iki durumun sadece iki yarıktan birinin yakınında üst üste binmesidir. Öte yandan, eğer her parçacık yalnızca b yarığından veya c yarığından geçiyorsa , o zaman sistem kümesi iki durumun istatistiksel karışımıdır, bu da girişimin mümkün olmadığı anlamına gelir. Einstein haklıysa, belirsizlik ilkesi ihlal ediliyor demektir.

Bu düşünce deneyi, 1927 Solvay konferansı sırasında fiili işlemlerin Genel Tartışma kısmı sırasında daha basit bir biçimde başlatıldı. Bu resmi işlemlerde Bohr'un yanıtı şu şekilde kaydedildi: "Kendimi çok zor bir durumda hissediyorum çünkü Einstein'ın yapmaya çalıştığı noktayı tam olarak anlamıyorum." Einstein, "Aynı temel sürecin ekranda iki veya birkaç yerde bir eylem üretmesi olabilir" diye açıklamıştı. Buradan, Einstein'ın belirsizlikten değil, ayrılabilirlikten bahsettiği açıktır. Aslında Paul Ehrenfest, Bohr'a Einstein'ın 1927'de yaptığı düşünce deneylerinin Belirsizlik İlişkileri ile hiçbir ilgisi olmadığını, çünkü Einstein'ın bunları zaten kabul ettiği "ve uzun zamandır şüphe duymadığını" belirten bir mektup yazdı.

Bohr'un yanıtı

Bohr'un yanıtı, Einstein'ın fikrini Şekil C'deki diyagramı kullanarak daha açık bir şekilde göstermek oldu. (Şekil C , vidalanmış sabit bir ekran S 1'i göstermektedir. Ardından, sabit bir cıvata yerine bir çubuk boyunca yukarı veya aşağı kayabilen bir ekran hayal etmeye çalışın. ) Bohr, ekranın herhangi bir (potansiyel) dikey hareketinin son derece kesin bilgisinin Einstein'ın argümanında temel bir varsayım olduğunu gözlemler. Gerçekte, parçacığın geçişinden önceki X yönündeki hızı , geri tepmenin neden olduğu hızdan önemli ölçüde daha büyük bir kesinlikle bilinmiyorsa (yani, halihazırda dikey olarak, bilinmeyen ve hızından daha büyük bir hızla hareket ediyorsa). parçacıkla temasının bir sonucu olarak türetilir), o zaman parçacığın geçişinden sonra hareketinin belirlenmesi aradığımız bilgiyi vermez. Bununla birlikte, Bohr, belirsizlik ilkesi uygulandığında ekranın hızının son derece kesin bir şekilde belirlenmesinin, X yönündeki pozisyonunun kaçınılmaz bir belirsizliğini ima ettiğini söyleyerek devam eder  . Süreç başlamadan önce, ekran bu nedenle en azından belirli bir dereceye kadar (biçimcilik tarafından tanımlanan) belirsiz bir konum işgal edecektir. Şimdi, örneğin, girişimin yıkıcı olduğu şekil A'daki d noktasını düşünün . İlk ekranın herhangi bir yer değiştirmesi, a–b–d ve a–c–d yollarının uzunluklarını şekilde gösterilenlerden farklı hale getirecektir . İki yol arasındaki fark yarım dalga boyu kadar değişiyorsa, d noktasında yıkıcı değil yapıcı girişim olacaktır. İdeal deney ekranı S tüm olası pozisyonları fazla ortalama gerekir 1 her pozisyon için, ve, ona karşılık gelen, belirli bir sabit nokta için F mükemmel yıkıcı itibaren mükemmel yapıcı için, bir parazit farklı türde. Bu ortalama almanın etkisi, F ekranındaki girişim deseninin eşit olarak gri olmasıdır. Bir kez daha, S 2'deki cisimsel yönleri kanıtlama girişimimiz , önemli ölçüde dalga yönlerine bağlı olan F'de girişim olasılığını ortadan kaldırdı.

Şekil C Einstein önerisini gerçekleştirmek üzere, Şekil A (S ilk ekrana değiştirmek gereklidir 1 gibi Bohr tarafından önerilen bu gibi dikey olarak hareket edebilir bir diyafram ile birlikte).

Bohr'un kabul ettiği gibi, bu fenomenin anlaşılması için "gerçek ölçüm araçlarının aksine, bu cisimlerin parçacıklarla birlikte, incelenen durumda, kuantum mekaniği formalizminin uygulanması gereken sistemi oluşturması kesindir. Biçimciliğin doğru bir şekilde uygulanabileceği koşulların kesinliği ile ilgili olarak, tüm deney düzeneğinin dahil edilmesi esastır.Aslında, ayna gibi herhangi bir yeni düzeneğin bir parçacığın yoluna girmesi, Sonunda kaydedilecek sonuçlarla ilgili tahminleri esasen etkileyen yeni girişim etkileri." Daha sonra, Bohr, sistemin hangi bölümlerinin makroskopik olarak kabul edilip hangilerinin kabul edilmeyeceğine ilişkin bu belirsizliği çözmeye çalışır:

Atomik fenomenlerin tanımlanmasında uzay-zaman kavramlarının açık bir şekilde kullanılması, fotoğrafik bir mercek üzerindeki görüntülere atıfta bulunan gözlemlerin kaydıyla veya amplifikasyonun benzer pratik olarak geri döndürülemez etkileriyle sınırlı olmalıdır. karanlık bir odada bir iyonun etrafında bir damla su oluşumu.

Hiperstatiklik ilkesini ihlal için Einstein'ın önerdiği cihazı kullanılarak imkansızlığı Bohr'un argümanı bir makroskopik sistemi (ekran gerçeğine en önemlisi bağlıdır S 1 itaat kuantum yasaları). Öte yandan, Bohr tutarlı bir şekilde, gerçekliğin mikroskobik yönlerini göstermek için, temel özelliği klasik yasalara uymak olan ve tanımlanabilen makroskobik aygıtları içeren bir büyütme sürecini başlatmanın gerekli olduğunu savundu. klasik terimlerle. Bu belirsizlik daha sonra bugün hala ölçüm problemi olarak adlandırılan şey biçiminde geri dönecekti .

Zaman ve enerjiye uygulanan belirsizlik ilkesi

Şekil D. Boyuna uzanan bir dalga, yalnızca kısa bir zaman aralığı için açık kalan bir yarıktan geçer. Yarık ötesinde, yayılma yönünde uzaysal olarak sınırlı bir dalga vardır.

Pek çok ders kitabı örneğinde ve kuantum mekaniğinin popüler tartışmalarında, belirsizlik ilkesi, konum ve hız (veya momentum) değişkenleri çiftine atıfta bulunularak açıklanır. Fiziksel süreçlerin dalga doğasının, başka bir belirsizlik ilişkisinin olması gerektiğini ima ettiğini belirtmek önemlidir: zaman ve enerji arasındaki ilişki. Bu ilişkiyi anlamak için, uzaysal yayılımı sınırlı bir dalganın yayılmasıyla sonuçlanan Şekil D'de gösterilen deneye başvurmak uygun olacaktır. Şekilde gösterildiği gibi, uzunlamasına olarak aşırı derecede uzayan bir ışının, yalnızca çok kısa bir zaman aralığı için açık kalan bir kapakla donatılmış bir yarığı olan bir ekrana doğru yayıldığını varsayalım . Yarık ötesinde, sağa doğru yayılmaya devam eden sınırlı bir uzaysal genişleme dalgası olacaktır.

Mükemmel bir monokromatik dalga (armonilere bölünemeyen bir nota gibi) sonsuz uzaysal genişliğe sahiptir. Uzamsal genişlemede sınırlı bir dalgaya sahip olmak için (teknik olarak bir dalga paketi olarak adlandırılır ), farklı frekanslardan birkaç dalganın üst üste bindirilmesi ve ortalama bir değer etrafında belirli bir frekans aralığı içinde sürekli olarak dağıtılması gerekir . Daha sonra, belirli bir anda, süperpozisyonun çeşitli alanlarının katkılarının yapıcı bir şekilde toplandığı (zaman içinde hareket eden) bir uzaysal bölge vardır. Bununla birlikte, kesin bir matematiksel teoreme göre, bu bölgeden uzaklaştıkça , belirli herhangi bir noktada çeşitli alanların fazları nedensel olarak dağıtılır ve yıkıcı girişim üretilir. Dalganın sıfır olmayan bir genliğe sahip olduğu bölge bu nedenle uzamsal olarak sınırlıdır. Eğer dalganın uzamsal bir uzantısı varsa (bu, örneğimizde, örtücünün v'nin dalganın hızı olduğu bir süre boyunca açık kaldığı anlamına gelir ), o zaman dalganın içerdiği (veya frekansları , ilişkiyi sağlayan bir aralığı kapsayan çeşitli monokromatik dalgaların bir süperpozisyonu :

Planck'ın evrensel ilişkisinde frekans ve enerjinin orantılı olduğunu hatırlayarak:

önceki eşitsizlikten, dalga ile ilişkili parçacığın mükemmel bir şekilde tanımlanmamış bir enerjiye sahip olması gerektiği (çünkü süperpozisyonda farklı frekanslar söz konusu olduğundan) ve sonuç olarak enerjide belirsizlik olduğu sonucu çıkar:

Bundan hemen şu çıkar:

bu, zaman ve enerji arasındaki belirsizlik ilişkisidir.

Einstein'ın ikinci eleştirisi

Einstein'ın 1930'da Bohr tarafından tasarlanan düşünce deneyi. Einstein'ın kutusunun, zaman ve enerji arasındaki belirsizlik ilişkisinin ihlal edildiğini kanıtlaması gerekiyordu.

Solvay'ın 1930'daki altıncı Kongresinde, az önce tartışılan belirsizlik ilişkisi Einstein'ın eleştiri hedefiydi. Onun fikri, daha sonra Bohr tarafından, yanıtında kullanacağı temel unsurları ve kilit noktaları vurgulayacak şekilde tasarlanan deneysel bir aygıtın varlığını tasarlar.

Einstein , elektromanyetik radyasyon içeren bir kutu ( Einstein'ın kutusu olarak adlandırılır ; şekle bakın) ve kutunun duvarlarından birinde açılmış bir deliği kapatan bir kapağın açılmasını kontrol eden bir saat düşünür . Delik, isteğe bağlı olarak seçilebilen bir süre boyunca deliği açar . Açma sırasında, kutunun içindekilerden bir fotonun delikten kaçtığını varsayacağız. Bu şekilde, yukarıda verilen açıklamaya göre sınırlı bir uzaysal yayılma dalgası yaratılmıştır. Zaman ve enerji arasındaki belirsizlik ilişkisine meydan okumak için, fotonun beraberinde getirdiği enerjiyi yeterli hassasiyetle belirlemenin bir yolunu bulmak gerekir. Bu noktada Einstein, kütle ve özel göreliliğin enerjisi arasındaki ünlü ilişkisine döner: . Bundan, bir nesnenin kütlesi bilgisinin, enerjisi hakkında kesin bir gösterge sağladığı sonucu çıkar. Bu nedenle argüman çok basittir: eğer kutu kapağın açılmasından önce ve sonra tartılırsa ve kutudan belirli bir miktar enerji kaçarsa, kutu daha hafif olacaktır. Kütledeki değişim ile çarpılması, yayılan enerjinin kesin bilgisini sağlayacaktır. Ayrıca saat, parçacığın emisyon olayının gerçekleştiği kesin zamanı gösterecektir. Prensipte, kutunun kütlesi keyfi bir doğruluk derecesine göre belirlenebildiğinden, yayılan enerji, istenildiği kadar kesin bir kesinlikle belirlenebilir . Bu nedenle, ürün , belirsizlik ilkesinin ima ettiğinden daha az hale getirilebilir.

George Gamow 'ın doğrulanması için deney cihazları uyduruk düşünce deneyini de Niels Bohr Enstitüsü'nde de Kopenhag .

Fikir özellikle keskin ve argüman tartışılmaz görünüyordu. Tüm bu değiş tokuşların o sırada dahil olan insanlar üzerindeki etkisini göz önünde bulundurmak önemlidir. Kongreye katılan bir bilim adamı olan Leon Rosenfeld , olayı birkaç yıl sonra şöyle anlattı:

Bu, başta bir çözüm düşünemeyen... Bohr için gerçek bir şoktu. Bütün akşam boyunca aşırı heyecanlıydı ve bir bilim adamından diğerine geçerek, durumun böyle olmayacağına, Einstein haklı olsaydı fiziğin sonu olacağına onları ikna etmeye çalıştı; ama paradoksu çözmenin bir yolunu bulamamıştı. Kulüpten ayrılırken iki düşmanın görüntüsünü asla unutmayacağım: Sakince yürüyen, hafif ironik bir gülümsemeyle uzun ve komuta eden figürüyle Einstein ve yanında heyecanla koşan Bohr... sabah Bohr'un zaferini gördükten sonra.

Bohr'un Zaferi

"Bohr'un Zaferi", bir kez daha Einstein'ın kurnaz argümanının kesin olmadığını, hatta daha da önemlisi, Einstein'ın en büyük fikirlerinden birine başvurarak bu sonuca varması bakımından kesin olduğunu göstermesinden ibaretti: özel göreliliğin zaman genişlemesi ile birlikte yerçekimi kütlesi ve eylemsizlik kütlesi arasındaki eşdeğerlik ve bunların bir sonucu - Yerçekimi kırmızıya kayma . Bohr, Einstein'ın deneyinin işlemesi için kutunun yerçekimi alanının ortasındaki bir yay üzerinde asılı kalması gerektiğini gösterdi. Kutunun ağırlığının bir ölçümünü elde etmek için, bir ölçekte indekse karşılık gelen kutuya bir işaretçi iliştirilmelidir. Bir fotonun serbest bırakılmasından sonra, kutuyu orijinal konumuna geri döndürmek için bir kütle eklenebilir ve bu , foton ayrıldığında kaybolan enerjiyi belirlememizi sağlar . Kutu, yerçekimsel bir kuvvet alanına daldırılmıştır ve yerçekimi kırmızıya kayma, saatin hızını etkileyerek , işaretçinin orijinal konumuna dönmesi için gereken sürede belirsizlik verir . Bohr, belirsizlik ilişkisini kuran aşağıdaki hesaplamayı yaptı .

Kütledeki belirsizlik ile gösterilsin . İşaretçinin konumundaki hata olsun . Kutuya yükü eklemek, doğrulukla ölçebileceğimiz bir momentum verir , burada ≈ . Açıkça ve bu nedenle . (Denklik ilkesi ve zaman genleşme izler) kırmızıya kayma formülü ile zaman içinde belirsizlik olduğu ve ve bu yüzden . Bu nedenle iddia edileni kanıtlamış olduk .

Devrim sonrası: İkinci aşama

Einstein'ın Bohr ile "tartışmasının" ikinci aşaması ve ortodoks yorum, pratik bir mesele olarak, bazı uyumsuz niceliklerin değerlerini eşzamanlı olarak belirlemenin imkansız olduğu gerçeğinin kabul edilmesiyle karakterize edilir, ancak bunun, bunların miktarların aslında kesin değerleri yoktur. Einstein, Born'un olasılıkçı yorumunu reddeder ve kuantum olasılıklarının doğada ontolojik değil epistemik olduğunda ısrar eder . Sonuç olarak, teori bir şekilde eksik olmalıdır. Teorinin büyük değerini kabul eder, ancak "bütün hikayeyi anlatmadığını" öne sürer ve belirli bir düzeyde uygun bir açıklama sağlarken, daha temel temel düzeyde hiçbir bilgi vermez:

Kuantum mekaniği adı altında geçen en son nesil fizikçilerin izledikleri hedeflere büyük önem veriyorum ve bu teorinin derin bir gerçeği temsil ettiğine inanıyorum, ancak aynı zamanda yasalara kısıtlamanın da olduğuna inanıyorum. istatistiksel bir doğanın geçici olduğu ortaya çıkacaktır.... Kuantum mekaniği, gerçeğin önemli bir parçasını kavramıştır ve gelecekteki tüm temel teoriler için bir örnek olacaktır, çünkü böyle bir sınırlayıcı durum olarak çıkarsanabilir olması gerekir. Tıpkı elektrostatiğin Maxwell'in elektromanyetik alan denklemlerinden çıkarılabilmesi veya termodinamiğin istatistiksel mekanikten çıkarılabilmesi gibi.

Einstein'ın bu düşünceleri , kuantum teorisinin yapısını tamamlamak amacıyla Bohm yorumu gibi gizli değişken teorileri üzerine bir araştırma hattı başlatacaktı . Kuantum mekaniği Einstein'ın anladığı anlamda tamamlanabiliyorsa , yerel olarak yapılamaz ; bu gerçek, John Stewart Bell tarafından 1964'te Bell'in eşitsizliğinin formülasyonu ile kanıtlanmıştır . Bell eşitsizliği yerel gizli değişken teorilerini dışlasa da, Bohm'un teorisi de dışlanmadı. Bir 2007 deneyi, Bohm mekaniğinin kendisi olmasa da, büyük bir Bohm dışı yerel olmayan gizli değişken teorileri sınıfını dışladı.

Devrim sonrası: Üçüncü aşama

EPR'nin argümanı

EPR ile ilgili tarihi makalelerin başlık bölümleri.

1935'te Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen , Physical Review dergisinde yayınlanan Fiziksel Gerçekliğin Kuantum-Mekanik Tanımı Tam Olarak Kabul Edilebilir mi? başlığıyla yayınlanan bir argüman geliştirdiler. , iki sistemin dolaşmış durumuna dayalıdır. Bu argümana gelmeden önce, Einstein'ın görelilik konusundaki çalışmasından çıkan başka bir hipotezi formüle etmek gerekir: yerellik ilkesi . Fiziksel gerçekliğin nesnel olarak sahip olunan unsurları uzaktan anında etkilenemez.

David Bohm , EPR argümanını 1951'de aldı. Kuantum Teorisi ders kitabında , onu, aşağıdaki gibi özetlenebilecek olan, iki parçacığın dolanık hali açısından yeniden formüle etti :

1) t zamanında sırasıyla uzaysal olarak uzak A ve B bölgelerinde bulunan ve ayrıca aşağıda açıklanan dolanık polarizasyon durumunda olan iki fotondan oluşan bir sistem düşünün :

2) t zamanında A bölgesindeki foton dikey polarizasyon için test edilir. Farz edelim ki, ölçüm sonucu foton filtreden geçiyor. Dalga paketinin azaltılmasına göre, sonuç şudur ki, t + dt zamanında sistem şu hale gelir:

3) Bu noktada, sistemi veya diğer fotonu bozabilecek başka bir şey yapmadan foton 1 üzerinde ilk ölçümü yapan A'daki gözlemci (aşağıda "varsayım (R)"), foton 2 dikey polarizasyon testinden geçecek. Foton 2'nin bir fiziksel gerçeklik unsuruna sahip olduğu sonucu çıkar: dikey bir polarizasyona sahip olma.

4) Yerellik varsayımına göre, foton 2 için bu gerçeklik unsurunu yaratan A'da gerçekleştirilen eylem olamaz . Bu nedenle, fotonun 1 fotonun ölçümünden önce ve bağımsız olarak dikey polarizasyon testini geçebilme özelliğine sahip olduğu sonucuna varmalıyız .

5) t zamanında , A'daki gözlemci 45°'de bir polarizasyon testi yapmaya karar verebilir ve örneğin fotonun testi geçtiği gibi belirli bir sonuç elde edebilirdi. Bu durumda, foton 2'nin 45°'de polarize olduğu sonucuna varabilirdi . Alternatif olarak, foton testi geçemezse, foton 2'nin 135°'de polarize olduğu sonucuna varabilirdi . Bu alternatiflerden birini 4'te ulaşılan sonuçla birleştirdiğimizde, foton 2'nin ölçüm yapılmadan önce hem dikey polarizasyon testini kesin olarak geçebilme özelliğine hem de kesin olarak geçebilme özelliğine sahip olduğu görülüyor. 45° veya 135°'de bir polarizasyon testi. Bu özellikler biçimciliğe göre bağdaşmaz.

6) Doğal ve açık gereklilikler, foton 2'nin eşzamanlı olarak uyumsuz özelliklere sahip olduğu sonucunu zorladığı için , bu, bu özelliklerin aynı anda ve keyfi bir kesinlikle belirlenmesi mümkün olmasa bile, yine de sistem tarafından nesnel olarak sahip olunduğu anlamına gelir. Ancak kuantum mekaniği bu olasılığı reddeder ve bu nedenle eksik bir teoridir.

Bohr'un yanıtı

Bohr'un bu argümana verdiği yanıt, EPR'nin orijinal yayınından beş ay sonra aynı Physical Review dergisinde ve orijinaliyle tamamen aynı başlıkla yayınlandı. Bohr'un cevabının can alıcı noktası, daha sonra Paul Arthur Schilpp'in Einstein'ın yetmişinci doğum günü şerefine bilim adamı-filozof Albert Einstein adlı kitabında yeniden yayınladığı bir pasajda damıtılmıştır . Bohr, EPR'nin varsayımına (R) şu şekilde saldırır:

Söz konusu kriterin ifadesi, "sistemi hiçbir şekilde bozmadan" ifadesi açısından muğlaktır. Doğal olarak, bu durumda, ölçüm sürecinin can alıcı aşamasında incelenen sistemde herhangi bir mekanik bozulma meydana gelemez. Ancak bu aşamada bile, sistemin sonraki davranışını dikkate alan olası tahmin türlerini tanımlayan kesin koşullar üzerindeki bir etkinin temel sorunu ortaya çıkar... esasen eksik... Bu açıklama, kuantum teorisi bağlamında nesne ve ölçüm aracı arasındaki sonlu ve kontrol edilemez etkileşimle uyumlu ölçüm sürecinin açık bir yorumunun olasılıklarının rasyonel bir kullanımı olarak karakterize edilebilir .

Doğrulayıcı deneyler

Chien Shiung Wu

Einstein'ın EPR deneyi aracılığıyla sergilenmesinden yıllar sonra, birçok fizikçi, Einstein'ın uzaktaki ürkütücü bir eylem görüşünün gerçekten de fizik yasalarıyla tutarlı olduğunu göstermek için deneyler yapmaya başladı. Durumun böyle olduğunu kesin olarak kanıtlayan ilk deney, fizikçiler Chien-Shiung Wu ve meslektaşı Irving Shaknov'un bu teoriyi fotonları kullanarak gerçek zamanlı olarak sergiledikleri 1949'da yapıldı . Çalışmaları sonraki on yılın yeni yılında yayınlandı.

Daha sonra 1975'te Alain Aspect , reddedilemeyecek kadar titiz bir deneyin makalesinde şunları önerdi : Kuantum mekaniğinin ayrılamazlığını test etmek için önerilen deney . Bu, Aspect'in fizikçiler Philippe Grangier, Gérard Roger ve Jean Dalibard ile birlikte 1980 ve 1982 yılları arasında kuantum dolaşıklığı daha da kuran, giderek karmaşıklaşan birkaç deney kurmasına yol açtı . Nihayet 1998'de, Cenevre deneyi, İsviçre optik fiber telekomünikasyon ağını kullanarak neredeyse tüm şehir genelinde 30 kilometre arayla yerleştirilmiş iki dedektör arasındaki korelasyonu test etti. Mesafe, polarizörlerin açılarını değiştirmek için gerekli zamanı verdi. Bu nedenle tamamen rasgele bir elektriksel şönte sahip olmak mümkündü. Ayrıca, iki uzak polarizör tamamen bağımsızdı. Ölçümler her iki tarafta kaydedildi ve her deneyden sonra bir atomik saat kullanılarak her ölçümün tarihlendirilmesiyle karşılaştırıldı. Deney, mümkün olan en katı ve en ideal koşullar altında dolaşıklığı bir kez daha doğruladı. Aspect'in deneyi, varsayımsal bir koordinasyon sinyalinin c'den iki kat daha hızlı hareket ettiğini ima ettiyse , Cenevre'ninki 10 milyon kez c'ye ulaştı .

Devrim sonrası: Dördüncü aşama

Konuyla ilgili son yazısında Einstein, kuantum teorisi hakkında onu gerçekten rahatsız eden şeyin, mikroskobik düzeyde bile, tüm asgari gerçekçilik standartlarından tamamen vazgeçme sorunu olduğunu tamamen açık hale getirerek, konumunu daha da geliştirdi. ima edilen teorinin eksiksizliği. Alandaki uzmanların çoğunluğu Einstein'ın hatalı olduğu konusunda hemfikir olsalar da , mevcut anlayış hala tamamlanmamıştır (bkz . Kuantum mekaniğinin yorumlanması ).

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Boniolo, G., (1997) Filosofia della Fisica , Mondadori, Milano.
  • Bolles, Edmund Blair (2004) Einstein Defiant , Joseph Henry Press, Washington, DC
  • Born, M. (1973) The Born Einstein Letters , Walker and Company, New York, 1971.
  • Ghirardi, Giancarlo, (1997) Un'Occhiata alle Carte di Dio , Il Saggiatore, Milano.
  • Pais, A., (1986) Subtle is the Lord... The Science and Life of Albert Einstein , Oxford University Press, Oxford, 1982.
  • Shilpp, PA, (1958) Albert Einstein: Filozof-Bilim Adamı , Northwestern Üniversitesi ve Güney Illinois Üniversitesi, Açık Mahkeme, 1951.