Paradoks EPR

Paradoks (także: niekompletność, eksperyment myślowy) EPR – eksperyment myślowy, który miał na celu wykazanie niezupełności mechaniki kwantowej.

Jego nazwa pochodzi od nazwisk trzech fizyków: Alberta Einsteina, Borysa Podolskiego i Nathana Rosena, którzy go zaproponowali. Eksperyment ten został opisany we wspólnie wydanej w 1935 roku publikacji Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? (Czy opis rzeczywistości fizycznej oparty na mechanice kwantowej można uznać za kompletny?) zamieszczonej w czasopiśmie „Physical Review”.

Treść paradoksu

Mechanika kwantowa zakłada, że przed pomiarem wielkości kwantowej mierzona zmienna nie ma ustalonej wartości, dopiero pomiar ją ustala, a wcześniej można mówić tylko o rozkładach prawdopodobieństwa.

Istnieją jednak pewne tzw. stany splątane par cząstek (a właściwie ich spinów), tzw. singlety, które mają taką właściwość, że gdy dokonujemy pomiaru wartości jakiejkolwiek składowej spinu każdej z cząstek, ale dla obu cząstek względem tego samego kierunku przestrzennego, otrzymujemy zawsze przeciwne wyniki (pełna anty-korelacja). Jeśli takie cząstki oddalimy od siebie, a potem zmierzymy pewną składową spinu jednej z nich, to pomiar da nam nie tylko jej wartość, ale jednocześnie wartość identycznej składowej spinu tej drugiej (gdyby ktoś chciał dokonać pomiaru w tym samym kierunku). Ponieważ dla singletu przed pomiarem składowe spinów każdej z cząstek są całkowicie nieokreślone, mamy zatem pozornie jakby pewnego rodzaju oddziaływanie rozchodzące się natychmiastowo na dowolną odległość (które określa spin odległej cząstki, na której nie wykonano żadnego pomiaru).

Tymczasem szczególna teoria względności zabrania przekazywania informacji i oddziaływań z prędkością większą od prędkości światła w próżni. Używając analogicznego doświadczenia myślowego EPR wywnioskowali, że zmienne kwantowe muszą mieć ustaloną wartość przed pomiarem, co z kolei miało prowadzić do wniosku, że mechanika kwantowa jest teorią niepełną (niezupełną), bo nie określa tych ustalonych wartości, a jedynie ich prawdopodobieństwa.

Uwaga: opis paradoksu EPR podany wyżej opiera się na pomyśle Davida Bohma (1951) i jest jego najprostszą formą.

Rozwinięcie przez Bella

W 1964 roku John Stewart Bell udowodnił twierdzenie Bella oparte na doświadczeniu EPR. Mówi ono, że w takich procesach mechanika kwantowa prowadzi do innych przewidywań niż teorie lokalnie realistyczne popierane przez Einsteina. Nierówności Bella sprawdzono w wielu eksperymentach, m.in. tych Aspecta. Pogrzebały one nadzieje Einsteina, ale nie przyznały pełni racji Bohrowi. Jego interpretacja kopenhaska nie przestała spotykać się z krytyką, m.in. ze strony samego Bella.

Bibliografia

• A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?. „Phys. Rev.”. 47, s. 777–780, 1935. DOI: 10.1103/PhysRev.47.777. (ang.). 
• Michał Heller: Wszechświat u schyłku stulecia. Kraków: Znak, 1994. ISBN 83-7006-348-9.

Linki zewnętrzne

• Blake C.B.C. Stacey Blake C.B.C., Misreading EPR: Variations on an Incorrect Theme, „arXiv:1809.01751 [physics, physics:quant-ph]”, 5 września 2018, arXiv:1809.01751 [dostęp 2018-09-07] .
• Przemysław Goławski (na podstawie materiałów Krajowego Centrum InformatykiKwantowej), Kwantowe splątanie dla początkujących. Jak wyglądała historia splątania i czym ono właściwie jest?, PolskieRadio.pl Nauka 2009-12-05
• ArthurA. Fine ArthurA., The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory, [w:] Stanford Encyclopedia of Philosophy, CSLI, Stanford University, 31 października 2017, ISSN 1095-5054 [dostęp 2017-12-31]  (ang.). (Argument Einsteina–Podolsky’ego–Rosena w teorii kwantowej)
• László E.L.E. Szabó László E.L.E., The Einstein-Podolsky-Rosen Argument and the Bell Inequalities, Internet Encyclopedia of Philosophy, ISSN 2161-0002 [dostęp 2018-06-27]  (ang.).