Zapewne nieprzypadko, Szanowny Pan Profesor na profilu swojego blogu, tam gdzie powinno byc jego male, skromne zdjecie, wstawil sobie ten slynny rysunek wykonany przez fizyka Johna Wheelera :
" Ja sam oscylowałem pomiędzy teoriami cechowania a teorią kwantów. Wiele czasu poświęciłem teorii kwantów, napisałem książkę o kwantowych fraktalach” Dziś jednak jestem wewnętrznie przekonany o tym, że teoria kwantów to ślepa uliczka." – Arkadiusz Jadczyk
- https://www.salon24.pl/u/arkadiusz-jadczyk/986279,einsteina-teoria-wzglednosci
No i masz babo placek. Bo co sie teraz stanie z nasza świetlana KWANTOWA PRZYSZLOSCIA ??
Dla Jadczyka teoria kwantów to ślepa uliczka. A moze to jednak Jadczyk jest ślepy intelektualnie?
Slynny eksperyment Johna Wheelera z lat 80-tych do tej pory nie znalazl w pelni satysfakcjonujacego wyjasnienia. Ten eksperyment to nie jest ślepa uliczka, tylko bramka wjazdu na niemiecki Auto-Bahn, gdzie predkosc poruszania sie pojazdow jest ograniczona do 99% c .
Oto krotki zarys historii slynnego eksperymentu Johna Wheelera, ktory dla Jadczyka jest ślepą uliczką, razem z całą teorią kwantów.
Fizyk teoretyczny John Wheeler użył kiedyś wyrażenia „wielki mglisty smok”, aby opisać cząsteczkę światła przechodzącą od źródła do licznika fotonów. „Pysk smoka jest ostry, gdzie gryzie blat. Ogon smoka jest ostry tam, gdzie zaczyna się foton - napisał Wheeler. Innymi słowy, foton ma określoną rzeczywistość na początku i na końcu. Ale jego stan pośrodku - ciało smoka - jest mglisty. „To, co robi smok lub jak wygląda między nami, nie ma prawa mówić”.
Wheeler opowiadał się za poglądem, że elementarne zjawiska kwantowe nie są rzeczywiste, dopóki nie zostaną zaobserwowane, filozoficzne stanowisko zwane antyrealizmem. Zaprojektował nawet eksperyment, aby wykazać, że jeśli trzymasz się realizmu - w którym obiekty kwantowe, takie jak fotony, zawsze mają określone, wewnętrzne właściwości, pozycję, która zawiera bardziej klasyczny obraz rzeczywistości - wówczas trzeba przyznać, że przyszłość może wpływać na przeszłość. Biorąc pod uwagę absurdalność wstecznej podróży w czasie, eksperyment Wheelera stał się argumentem przeciwko antyrealizmowi na poziomie kwantowym.
Ale w maju Rafael Chaves i współpracownicy z Międzynarodowego Instytutu Fizyki w Natal w Brazylii znaleźli lukę. Wykazali, że eksperyment Wheelera, przy pewnych założeniach, można wyjaśnić za pomocą klasycznego modelu, który przypisuje fotonowi naturę wewnętrzną. Dali smokowi dobrze zdefiniowane ciało, ale ukryte przed matematycznym formalizmem standardowej mechaniki kwantowej.
Zespół Chavesa zaproponował następnie zwrot eksperymentu Wheelera w celu przetestowania luki. Z niezwykłą chciwością trzy zespoły ścigały się, by przeprowadzić zmodyfikowany eksperyment. Ich wyniki, zgłoszone na początku czerwca, pokazały, że klasa klasycznych modeli propagujących realizm nie może zrozumieć rezultatów. Mechanika kwantowa może być dziwna, ale jest to, dziwne, najprostsze wytłumaczenie.
Wheeler opracował swój eksperyment w 1983 roku, aby podkreślić jedno z dominujących zagadkowych pojęć w mechanice kwantowej: dualizm falowo-cząsteczkowy. Wydaje się, że obiekty kwantowe zachowują się jak cząstki lub fale, ale nigdy oba jednocześnie. Ta cecha mechaniki kwantowej wydaje się sugerować, że obiekty nie mają własnej rzeczywistości, dopóki nie zostaną zaobserwowane. „Fizycy musieli zmagać się z dualizmem cząsteczek fal jako istotnej, dziwnej cechy teorii kwantowej przez stulecie” - powiedział David Kaiser, fizyk i historyk nauki w Massachusetts Institute of Technology. „Pomysł ten wyprzedza inne kwintesencyjnie dziwne cechy teorii kwantowej, takie jak zasada nieoznaczoności Heisenberga i kot Schrödingera”.
Zjawisko to podkreśla specjalny przypadek słynnego eksperymentu z podwójną szczeliną, zwanego interferometrem Macha-Zehndera. W eksperymencie pojedynczy foton jest wystrzeliwany w półsrebrzone lustro lub rozdzielacz wiązki. Foton jest albo odbijany, albo transmitowany z jednakowym prawdopodobieństwem - i dlatego może obrać jedną z dwóch ścieżek. W takim przypadku foton przejdzie ścieżką 1 lub ścieżką 2, a następnie uderzy w detektor D1 lub D2 z jednakowym prawdopodobieństwem. Foton działa jak niepodzielna całość, pokazując nam swoją cząstkową naturę.
Ale jest zwrot. W miejscu przecięcia ścieżki 1 i ścieżki 2 można dodać drugi rozdzielacz wiązki, który zmienia rzeczy. W tym układzie mechanika kwantowa mówi, że foton zdaje się podążać obiema ścieżkami jednocześnie, podobnie jak fala. Dwie fale wracają do siebie przy drugim splicie wiązki. Eksperyment można ustawić tak, aby fale konstruktywnie się łączyły - od szczytu do szczytu, od do dołu - tylko wtedy, gdy zbliżają się do D1. Natomiast droga w kierunku D2 reprezentuje destrukcyjną interferencję. W takiej konfiguracji foton zawsze będzie znajdować się w D1, a nigdy w D2. Tutaj foton wykazuje swoją falową naturę.
Na zdjeciu, od lewej: Albert Einstein, Hideki Yukawa (Noblista) i John Archibald Wheeler, Uniwersytet Princeton, 1954
Geniusz Wheelera polegał na pytaniu: co jeśli opóźnimy wybór, czy dodać drugi rozdzielacz wiązki?
Załóżmy, że foton wchodzi do interferometru bez drugiego rozdzielacza wiązki. Powinno działać jak cząstka. Można jednak dodać drugi rozdzielacz wiązki w ostatniej nanosekundie. Zarówno teoria, jak i eksperyment pokazują, że foton, który do tej pory prawdopodobnie działał jak cząstka i poszedłby do D1 lub D2, teraz działa jak fala i idzie tylko do D1. Aby to zrobić, musiał on najwyraźniej znajdować się na obu ścieżkach jednocześnie, a nie na jednej ścieżce. W klasycznym sposobie myślenia jest tak, jakby foton cofnął się w czasie i zmienił swój charakter z cząstki na falę.
Jednym ze sposobów uniknięcia takiej przyczynowości wstecznej jest zaprzeczenie fotonowi jakiejkolwiek wewnętrznej rzeczywistości i argumentowanie, że foton staje się rzeczywisty dopiero po pomiarze. W ten sposób nie ma nic do cofnięcia.
Taki antyrealizm, który często kojarzy się z interpretacją kopenhaską mechaniki kwantowej, teoretycznie zapukał w prace Chavesa, przynajmniej w kontekście tego eksperymentu. Jego zespół chciał wyjaśnić sprzeczne z intuicją aspekty mechaniki kwantowej za pomocą nowego zestawu pomysłów zwanego modelowaniem przyczynowym, który zyskał na popularności w ostatniej dekadzie, popieranym przez informatykę Judeę Pearl i innych. Modelowanie przyczynowe polega na ustanowieniu związków przyczynowo-skutkowych między różnymi elementami eksperymentu. Często badając skorelowane zdarzenia - nazywaj je A i B - jeśli nie można jednoznacznie stwierdzić, że A powoduje B lub że B powoduje A, istnieje możliwość, że uprzednio niepodejrzewane lub „ukryte” trzecie zdarzenie, C, powoduje oba. W takich przypadkach modelowanie przyczynowe może pomóc odkryć C.
Chaves i jego koledzy Gabriela Lemos i Jacques Pienaar skupili się na eksperymencie z opóźnionym wyborem Wheelera, w pełni spodziewając się, że nie uda się znaleźć modelu z ukrytym procesem, który zarówno zapewnia rzeczywistość fotonową, jak i wyjaśnia jego zachowanie bez konieczności powoływania się na przyczynowość retro. Myśleli, że udowodnią, że eksperyment z opóźnionym wyborem jest „superintuicyjny, w tym sensie, że nie ma modelu przyczynowego, który mógłby to wyjaśnić” - powiedział Chaves.
Ale byli zaskoczeni. Zadanie okazało się stosunkowo łatwe. Zaczęli od założenia, że foton, zaraz po przekroczeniu pierwszego dzielnika wiązki, ma stan wewnętrzny oznaczony przez „zmienną ukrytą”. W tym kontekście zmienna ukryta jest czymś, czego nie ma w standardowej mechanice kwantowej, ale wpływa na zachowanie fotonu w jakiś sposób. Eksperymentator następnie zdecyduje się dodać lub usunąć drugi rozdzielacz wiązki. Modelowanie przyczynowe, które zabrania podróży w czasie wstecz, zapewnia, że wybór eksperymentatora nie może wpływać na wewnętrzny stan fotonu w przeszłości.
Biorąc pod uwagę zmienną ukrytą, która implikuje realizm, zespół wykazał następnie, że możliwe jest zapisanie reguł, które wykorzystują wartość zmiennej oraz obecność lub brak drugiego dzielnika wiązki, aby poprowadzić foton do D1 lub D2 w sposób naśladujący prognozy mechaniki kwantowej. Oto klasyczne, przyczynowe, realistyczne wyjaśnienie. Znaleźli nową lukę.
Zaskoczyło to niektórych fizyków, powiedział Tim Byrnes, teoretyczny fizyk kwantowy z New York University w Szanghaju. „Ludzie naprawdę nie docenili tego, że tego rodzaju eksperyment jest podatny na klasyczną wersję, która doskonale naśladuje wyniki eksperymentów” - powiedział Byrnes. „Możesz zbudować teorię zmiennych ukrytych, która nie obejmowałaby mechaniki kwantowej”.
„To był krok zero” - powiedział Chaves. Kolejnym krokiem było wymyślenie, jak zmodyfikować eksperyment Wheelera w taki sposób, aby mógł on odróżnić tę klasyczną teorię zmiennych ukrytych od mechaniki kwantowej.
W zmodyfikowanym eksperymencie myślowym pełny interferometr Macha-Zehndera jest nienaruszony; drugi rozdzielacz wiązki jest zawsze obecny. Zamiast tego dwie „przesunięcia fazowe” - jedna blisko początku eksperymentu, jedna pod koniec - pełnią rolę tarcz eksperymentalnych, które badacz może dowolnie dostosowywać.
Efektem netto dwóch przesunięć fazowych jest zmiana względnych długości ścieżek. Zmienia to wzór interferencji, a wraz z nim domniemane „faliste” lub „podobne do cząstek” zachowanie fotonu. Na przykład wartość pierwszego przesunięcia fazowego może być taka, że foton zachowuje się jak cząstka wewnątrz interferometru, ale drugie przesunięcie fazowe może zmusić go do działania jak fala. Naukowcy wymagają, aby druga zmiana fazy była ustawiona po pierwszej.
Po wprowadzeniu tej konfiguracji zespół Chavesa opracował sposób na rozróżnienie klasycznego modelu przyczynowego od mechaniki kwantowej. Powiedzmy, że pierwsze przesunięcie fazowe może przyjąć jedną z trzech wartości, a druga jedną z dwóch wartości. To daje w sumie sześć możliwych ustawień eksperymentalnych. Obliczyli, czego oczekują dla każdego z tych sześciu ustawień. Tutaj przewidywania klasycznego modelu zmiennej ukrytej i standardowej mechaniki kwantowej są różne. Następnie skonstruowali formułę. Formuła przyjmuje za swoje prawdopodobieństwa wejściowe obliczone na podstawie liczby wyładowań fotonów na poszczególnych detektorach (w oparciu o ustawienie przesunięć dwóch faz). Jeśli wzór jest równy zero, klasyczny model przyczynowy może wyjaśnić statystyki. Ale jeśli równanie wyrzuca liczbę większą niż zero, to z zastrzeżeniem pewnych ograniczeń ukrytej zmiennej, nie ma klasycznego wyjaśnienia wyniku eksperymentu.
Chaves połączył siły z Fabio Sciarrino, fizykiem kwantowym na uniwersytecie La Sapienza w Rzymie i jego kolegami, aby przetestować nierówność. Jednocześnie dwa zespoły w Chinach - jeden kierowany przez Jian-Wei Pan, fizyka eksperymentalnego na Uniwersytecie Nauki i Technologii Chin (USTC) w Hefei w Chinach, a drugi przez Guang-Can Guo, również w USTC - przeprowadzili eksperyment.
Każdy zespół wdrożył schemat nieco inaczej. Grupa Guo trzymała się podstaw, używając rzeczywistego interferometru Mach-Zehndera. „Powiedziałbym, że jest to najbliższa pierwotna propozycja Wheelera” - powiedział Howard Wiseman, fizyk teoretyczny z Griffith University w Brisbane w Australii, który nie był częścią żadnego zespołu.
Ale wszystkie trzy wykazały, że formuła jest większa od zera z niepodważalnym znaczeniem statystycznym. Wykluczono klasyczne modele przyczynowe tego rodzaju, które mogą wyjaśnić eksperyment Wheelera z opóźnionym wyborem. Luka została zamknięta. „Nasz eksperyment uratował słynny eksperyment myślowy Wheelera” - powiedział Pan.
Kaiser jest pod wrażeniem „eleganckiej” pracy teoretycznej Chavesa i przeprowadzonych eksperymentów. „Fakt, że każdy z ostatnich eksperymentów znalazł wyraźne pogwałcenie nowej nierówności… dostarcza przekonujących dowodów, że„ klasyczne ”modele takich systemów naprawdę nie wychwytują działania świata, nawet jeśli prognozy kwantowo-mechaniczne pięknie pasują do najnowszych wyników, " powiedział.
Formuła zawiera pewne założenia. Największą z nich jest to, że klasyczna zmienna ukryta stosowana w modelu przyczynowym może przyjmować jedną z dwóch wartości, zakodowanych w jednym kawałku informacji. Chaves uważa, że jest to uzasadnione, ponieważ układ kwantowy - foton - może również kodować tylko jeden bit informacji. (Albo wchodzi w jedno ramię interferometru, albo w drugie.) „To bardzo naturalne, że model ukrytej zmiennej powinien mieć również wymiar drugi”, powiedział Chaves.
David Kaiser, fizyk i historyk z MIT, chce wyeliminować możliwość jakichkolwiek niewidzialnych korelacji eksperymentalnych, stosując generator liczb losowych oparty na odległych obiektach astrofizycznych.
Ale ukryta zmienna o dodatkowej zdolności przenoszenia informacji może przywrócić zdolność klasycznego modelu przyczynowego do wyjaśnienia statystyk zaobserwowanych w zmodyfikowanym eksperymencie z opóźnionym wyborem.
Ponadto te najpopularniejsze teorie zmiennych ukrytych pozostają nienaruszone. Teoria de Broglie-Bohma, deterministyczna i realistyczna alternatywa dla standardowej mechaniki kwantowej, doskonale potrafi wyjaśnić eksperyment z opóźnionym wyborem. W tej teorii cząstki zawsze mają pozycje (które są ukrytymi zmiennymi), a zatem mają obiektywną rzeczywistość, ale są kierowane przez falę. Tak więc rzeczywistość jest zarówno falą, jak i cząsteczką. Fala przechodzi przez obie ścieżki, cząstka przez jedną lub drugą. Obecność lub brak drugiego rozdzielacza wiązki wpływa na falę, która następnie kieruje cząstkę do detektorów - z dokładnie tymi samymi wynikami, co standardowa mechanika kwantowa.
Dla Wisemana debata na temat Kopenhagi kontra de Broglie-Bohm w kontekście eksperymentu z opóźnionym wyborem jest daleka od rozstrzygnięcia. „Więc w Kopenhadze nie ma dziwnej inwersji czasu właśnie dlatego, że nie mamy prawa mówić nic o przeszłości fotonu”, napisał w e-mailu. „W de Broglie-Bohm istnieje rzeczywistość niezależna od naszej wiedzy, ale nie ma problemu, ponieważ nie ma inwersji - istnieje wyjątkowy opis przyczynowy (naprzód w czasie) wszystkiego.”
Kaiser, choć pochwala dotychczasowe wysiłki, chce iść dalej. W obecnych eksperymentach wybór, czy dodać drugie przesunięcie fazowe lub drugi rozdzielacz wiązki w klasycznym eksperymencie z opóźnionym wyborem, dokonywany był przez generator kwantowej liczby losowej. Ale w tych eksperymentach testowana jest sama mechanika kwantowa, więc powiew kołowości. „Przydałoby się sprawdzić, czy wyniki eksperymentów pozostają spójne, nawet przy komplementarnych planach eksperymentalnych, które opierają się na zupełnie innych źródłach losowości” - powiedział Kaiser.
W tym celu Kaiser i jego koledzy zbudowali takie źródło losowości za pomocą fotonów pochodzących z odległych kwazarów, niektóre z ponad połowy wszechświata. Fotony zebrano za pomocą metrowego teleskopu w Table Mountain Observatory w Kalifornii. Jeśli foton miał długość fali mniejszą niż pewna wartość progowa, generator liczb losowych wypluł 0, w przeciwnym razie a 1. Zasadniczo tego bitu można użyć do losowego wyboru ustawień eksperymentalnych. Jeśli wyniki nadal potwierdzają oryginalny argument Wheelera, to „daje nam jeszcze jeden powód, by powiedzieć, że dualizm falowo-cząsteczkowy nie zostanie wyjaśniony przez jakieś klasyczne wyjaśnienie fizyki”, powiedział Kaiser. „Zakres koncepcyjnych alternatyw dla mechaniki kwantowej ponownie się zmniejszył, został zepchnięty z powrotem w kąt. Właśnie o to nam chodzi ”.
" Tak to już jest. Ja też zarysowałem to i owo, nawet książkę o tym wydałem. I co? I nic. Cisza. Pies z kulawą nogą do ksiązki nie zajrzał." – Arkadiusz Jadczyk
Inne tematy w dziale Technologie
