Physikern beweisen, dass gespenstische Fernwirkung Real ist


Verschränkung ist eines der seltsamsten Aspekte der Quantenmechanik, wobei zwei subatomaren Teilchen so eng miteinander verbunden sein können, dass man scheinen kann, andererseits auch über große Entfernungen hinweg zu beeinflussen. Albert Einstein nannte es "spooky Fernwirkung", und zwei neue Experimente haben nun endgültig gezeigt, dass das Phänomen real ist.

Okay, ich werde es sagen: Ja, Einstein war falsch – zumindest, wenn es darum geht, seine vorgeschlagene alternative Erklärung für gruselige Action.

Zusammen mit Boris Podolsky und Ned Rosen schlug Einstein 1935, dass es möglicherweise das Ergebnis dessen, was heute verborgene Variablen sind. Es ist möglich, dass es keine Gruseligkeit beteiligt, argumentierte er. verborgenen Variablen vorgegeben, das Ergebnis. Und da diese Variablen nur Dinge in ihrer Nähe (Lokalität) beeinflussen könnten, diese Ansicht als lokale Realismus bekannt geworden.

Dreißig Jahre später, John Bell vorgeschlagenen Mittel zur Überprüfung dieser Hypothese – eine Versuchsanordnung, die alle möglichen verborgenen Variablen, und bewies, dass gespenstische Aktion schließlich real ist ausschließen würde. Sie nehmen eine verschränkte Photonen, trennen sie und haben jeweils nach dem Zufallsprinzip zwischen zwei möglichen "Fragen" an beiden Standorten wählen. Die "Wahl" umfasst in diesem Fall eine der beiden möglichen Messungen unterschiedlicher Eigenschaften aus, nach dem Zufallsprinzip ausgewählt wird. Diese Antworten sollten in spezifischer Weise angeschlossen werden, wenn gespenstische Aktion wahr ist: zum Beispiel, wenn eine Messung vorgenommen wird und wir finden, dass ein Photon ein verschränkten Paares ist rot, wir werden wissen, dass der andere automatisch muss blau sein, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind.

Physiker haben Durchführung Variationen des Bell Tests seither mit immer mehr Präzision, aber konnte nie ganz behaupten, der endgültige Beweis der gespenstische Aktion geführt haben, denn es immer noch kritische Lücken in den Versuchsplan gab. Bis vor kurzem habe Physiker einfach nicht hinreichend fortschrittlichen Technologie, um diese Lücken zu schließen.

Krister Shalm, ein Physiker an der National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, zieht eine Analogie mit den jüngsten VW-Emissionen-Skandal. Der Automobilhersteller die Annahmen, die von der EPA in seine Emissionen Tests herausgefunden und seiner Leistung entsprechend geändert, um diese Lücke auszunutzen. Die Bell-Tests durchgeführt, in den letzten 50 Jahren auch bestimmte Annahmen.

So wie andere vor ihnen hatte Schalmei und seine Kollegen am NIST um diese Lücken zu schließen. Damit präziser als je zuvor, hämmerte sie den letzten Nagel im Sarg der lokalen Realismus. "Die Idee jetzt aus dem Fenster ist," sagte Schalmei Gizmodo.

Die NIST-Version von Bell-Test beteiligt Platzierung ein Photon-Quelle und zwei Detektoren weit auseinander in drei verschiedenen Räumen das Laborgebäude. Die Quelle gepumpt, verschränkte Paare von Photonen, die dann getrennt und über LWL-Kabel an die Melder gesendet wurden. Während die Photonen noch unterwegs waren, die Wissenschaftler einen Zufallszahlengenerator verwendet, um eine "Entscheidung" zu treffen – das Äquivalent des Anrufers Kopf oder Zahl für das Werfen einer Münze. Das Ergebnis bestimmt die Analyzer-Einstellung, und wenn das Photon diese Einstellung entsprach, galt es eine Erkennung.

Die erste Lücke betrifft faire Probenahme. Angenommen, Sie wollten testen, ob eine Münze voreingenommen war. Sie würde kippen Sie es 100 Mal, dann zählen, wie oft Sie Köpfe haben und wie viele Male Sie Schwänzen bekommen. Wenn man, sagen wir, 70 Köpfe und nur 30 Schwänzen, es gibt eine gute Chance, die Münze ist voreingenommen. Aber was ist, wenn für die Hälfte von diesen 100 Flips, die Münze prallte Weg und ging den Bach runter? Sie würde nur die verbleibenden 50 Flips, zählen in dem die Münze gleich auf Kopf und Zahl gelandet. Sie können davon ausgehen, dass die Dunkelziffer Flips fair waren, aber die Münze noch voreingenommen sein könnte und Sie nicht wissen würden, da die Hälfte der Ergebnisse von Ihnen verborgen sind. "Wenn jedes Mal, wenn ich Kopf bekam, ich warf ihn weg und nicht zeigen es Ihnen, Sie zu denken täuschen würde es fair," meinte Schalmei.

Das ist, was passiert in früheren Inkarnationen des Bell-Tests: bis vor kurzem waren nicht die Photon-Detektoren eine ausreichend hohe Probenahme von Photonen aufnehmen – über 72 % liegt die kritische Schwelle nach Schalmei. Das NIST-Experiment erkannt 75 % der Photonen durch die Teamentwicklung der deutlich verbesserten Quellen der verschränkten Photonen und den Einsatz von supraleitenden Materialien in seinen Detektoren.

Es ist unglaublich schwierig, diese Zahlen zu erreichen, angesichts den komplizierten Prozess beteiligt. Schalmei nennt es "Quantum Bogenschießen": die verschränkten Photonen-Paare müssen auf optischen Fasern gekoppelt werden – ein Ziel ca. 10 µm – und dann an Standorten trennen Hunderte Meter entfernt mit minimalen Verlusten, Weben und aus optischen Fasern auf dem Weg, bevor sie schließlich die Detektoren erreichen. Jede Art von äußeren Störungen wird die Verschränkung zwischen dem Photon paar brechen.

Dies bringt uns zu der zweiten Lücke: Es darf nicht schneller als Licht-Kommunikation von Informationen. Das bedeutet, dass der Photon-Detektoren mindestens mehrere müssen hundert Meter voneinander entfernt, dass jedes Signal mit der Lichtgeschwindigkeit reisen kann nicht entweder Photon in seiner jeweiligen Lage vor einer "Wahl" zu erreichen, oder die Messung, erfolgt. Es würde dauern, 617 Nanosekunden für jedes Signal zwischen den beiden NIST-Detektoren zu reisen, und die Messungen waren eine gute 40 Nanosekunden schneller, abgeschlossen, so dass sie erfolgreich irgendeine geheimnisvolle Kommunikation zwischen den Photonen ausgeschlossen.

Die dritte und letzte Schlupfloch beinhaltet Wahlfreiheit und Schalmei gesteht, dass sie nie wirklich geschlossen werden kann, weil Sie sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Bereich der Metaphysik unüberprüfbar finden. Wenn das passiert, sagte "Du bist fest aus dem Bereich der Physik, meiner Meinung nach," er. Aber er und seine Kollegen das Thema durch die Kombination von zwei verschiedenen Prozessen um echte Zufallszahlen, damit möglichst viel dieses Schlupfloch geschlossen, wie es möglich ist, in der Nähe zu generieren.

Sie fügten ein Drittel zufällig etwas um sicherzustellen, dass keine externe Manipulation, Maischen zusammen Daten aus Filmen und TV-Shows, wie zurück in die Zukunft oder Saved by the Bell, mit den Ziffern von Pi sein könnte. Um an den Super-Determinismus Klammern angedeutet durch lokalen Realismus, "Du musst glauben, dass irgendwann vor das Experiment gestartet, die Photonen (oder was auch immer war die Schaffung der Photonen) haben zu können, was zwei Quanten Zufallszahlengeneratoren Taten, und müsste auch wissen, was Marty Mcfly in zurück in die Zukunft, zusammen mit andere Zusammenhänge und stellen von Pi Tat zu beeinflussen "sagte Schalmei. Solches Modell wäre absurd.

Und was ist mit impliziten Vorurteil? Das NIST-Team nachgedacht, auch in einem anderen Physiker glaubten fest zu helfen, das Experiment zu entwerfen, damit ihre eigenen Voreingenommenheit gegenüber lokalen Realismus schleichen sich in lokalen Realismus zu bringen. Als das Ergebnis kam, musste dass Physiker sein Denken anpassen. "Er ist ein guter Wissenschaftler", sagte Schalmei. "Er sah die Beweise und seine Meinung geändert." Aber er brauchte noch eine Zeit der Trauer: "Er hatte ein paar Tage, wo er durch die Hallen moped. "Man konnte fast die fünf Phasen der Trauer sehen."

Auch andere Physiker vielleicht nicht die Schwierigkeit der fest schließen diese Lücken zu schätzen wissen. Wenn Bell Vorversuche waren vergleichbar mit klettern Mount Kilmanjaro oder Mount Fuji, Schalmei, sagte, ist das NIST-Experiment "wie klettern Everest oder K2 ohne Sauerstoff." Es dauerte viele, viele Wissenschaftler arbeiten 20 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, um das Experiment unternehmungslustig, bekommen, weil jede Komponente musste innerhalb eines Bauteils in 1 Million oder Milliarde um genau zu sein – wie Millionen von T Kreuzung und Punktierung Milliarden von i

"Ich habe mein Blut und Tränen gegossen," Schalmei zugelassen. "Habe ich in der Mitte des Experiments geheiratet und ich war Datenanalyse am Tag der Hochzeit." Ich bin froh, dass meine Braut nicht weglaufen. "

Wissenschaft schreitet in der Regel in inkrementellen Verbesserungen. Das NIST führt kommen auf den Fersen eine ähnlich erfolgreiche Glocke Test kündigte Anfang dieses Jahres von den Physikern an der Universität Delft in den Niederlanden. Die niederländischen Wissenschaftler geschickt zwei verschränkte Elektronen zu Ecken des Campus zu trennen und auch festgestellt, dass die gespenstische Aktion echt war. Sie erreicht höhere Nachweiseffizienz als das NIST-Team und auch die Lücken geschlossen, allerdings mit wesentlich geringeren Statistiken (eine Wahrscheinlichkeit von 4 % im Vergleich zu den 1 in 1 Milliarde in der NIST-Experiment).

Und ein zweites Team von Physikern an der Universität Wien durchgeführt, nur noch eine andere Version von der Bell-Test unter Verwendung eines der NIST Einzelphotonen-Detektoren. Sie berichteten ähnliche Ergebnisse, Einreichung ihrer eigenen Arbeit in der Fachzeitschrift Physical Review Letters zur gleichen Zeit wie Schalmei und seine Co-Autoren.

Zusammen mit Delft-Ergebnisse und die von der Universität Wien-Experiment, NIST Schlupfloch frei Bell Test sollte die Frage ein für allemal zu begleichen. Wie Schalmei, sagte. "Sie müssten sehr bizarr Modell des Universums zu erklären, diese drei unabhängige Tests [ohne gruselige Handlung] haben."

Referenzen:

Bell, John S. (1964) "auf das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon," Physik 1: 195-200.

Einstein, A; Podolsky, B; Rosen, N. (1935) "kann quantenmechanische Beschreibung der physischen Realität als Complete?" Physical Review 47 (10): 777-780

Giustina, Marissa Et Al. (2015) "eine erhebliche Lücke frei Test of Bells Theorem mit verschränkten Photonen" Physical Review Letters (eingereicht).

Hensen, B. Et Al. (2015) "Schlupfloch frei Bell Ungleichheit Verletzung mit Elektronen-Spins um 1,3 Kilometer getrennt" Natur 526:682-686.

Schalmei, l.k. Et Al. (2015) "eine starke Schlupfloch gratis Test des lokalen Realismus," Physical Review Letters (eingereicht).

Bild oben: Krister Shalm passt die Photon-Quelle in seiner Bell Test Versuchsaufbau. Bildnachweis: Burrus/NIST. Bild unten: eine Einrichtung der Universität Delft Bell Test in diesem Jahr vor Ort. Kredit:. Frank Auperle.

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