Aspekts Experiment - Aspect's experiment

Aspects Experiment war das erste quantenmechanische Experiment, das die Verletzung der Bellschen Ungleichungen demonstrierte . Sein unwiderlegbares Ergebnis ermöglichte eine weitere Validierung der Prinzipien der Quantenverschränkung und der Lokalität . Es bot auch eine experimentelle Antwort auf Albert Einstein , Boris Podolsky und Nathan Rosen ‚s Paradox , das etwa 50 Jahre früher vorgeschlagen worden war.

Das Experiment wurde zwischen 1980 und 1982 vom französischen Physiker Alain Aspect an der École supérieure d'optique in Orsay geleitet . Seine Bedeutung wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft sofort erkannt und auf dem Titelblatt von Scientific American , einer populärwissenschaftlichen Zeitschrift, veröffentlicht. Obwohl die von Aspect durchgeführte Methodik einen potentiellen Fehler aufweist, die Erkennungslücke , wird sein Ergebnis als entscheidend angesehen und führte zu zahlreichen anderen Experimenten, die das ursprüngliche Experiment von Aspect bestätigten.

Wissenschaftlicher und historischer Kontext

Das Experiment muss in seinen historischen und wissenschaftlichen Kontext gestellt werden, um vollständig verstanden zu werden.

Verschränkung, das EPR-Paradoxon und Bell-Ungleichungen

Quantenverschränkung

Die Quantenverschränkung ist ein Phänomen, das erstmals 1935 von Erwin Schrödinger theoretisiert wurde.

Die Quantenmechanik schreibt vor, dass, sobald zwei getrennte Quantensysteme (z. B. zwei Teilchen) wechselwirken oder einen gemeinsamen Ursprung haben, sie nicht als zwei unabhängige Systeme betrachtet werden können. Der quantenmechanische Formalismus postuliert, dass, wenn ein erstes System einen Zustand besitzt und das zweite einen Zustand, dann das resultierende verschränkte System durch das Tensorprodukt beider Zustände dargestellt werden kann: . Der physikalische Abstand zwischen den beiden Systemen spielt im verschränkten Zustand keine Rolle (weil keine Positionsvariable vorhanden ist). Der verschränkte Quantenzustand bleibt identisch – alles andere ist gleich – unabhängig von den Abständen zwischen beiden Systemen. ${\displaystyle |\psi\rangle}$${\displaystyle |\phi\rangle}$${\displaystyle |\psi\rangle |\phi\rangle}$

Folglich ist jede Messung, die an dem verschränkten System durchgeführt wird, auf beide Elemente anwendbar, aus denen es besteht: Die Messergebnisse beider Systeme sind korreliert .

Das EPR-Paradoxon

Das Ergebnis des Experiments könnte Albert Einstein (er starb 1955 lange vor der Durchführung des Experiments) schockiert haben , der eine lokale, realistische Sicht auf die Physik hatte. Seine Sichtweise führte ihn zu dem Schluss, dass, wenn der Akt des Messens beide Systeme beeinflusst, es einen Einfluss geben würde, der sich von einem System zum anderen mit einer nicht durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzten Geschwindigkeit ausbreiten kann . Der quantenmechanische Formalismus geht davon aus, dass sich der Einfluss der Messung der Komponenten eines verschränkten Systems unabhängig von der Entfernung unmittelbar auf beide Komponenten auswirkt.

Später im Jahr 1935 stellten sich Albert Einstein , Boris Podolsky und Nathan Rosen (EPR) ein Gedankenexperiment vor, das, wenn man verschränkte Zustände zuließ, zu einem Paradox führte: Entweder reist ein Einfluss schneller als Licht (Nicht-Kausalität) oder Die Quantenphysik ist unvollständig. Keiner der beiden Begriffe der Alternative war damals zulässig, daher das Paradox.

Dieses Paradoxon war von großer historischer Bedeutung, hatte jedoch keine unmittelbare Wirkung. Nur Niels Bohr dachte ernsthaft über den von ihm erhobenen Einwand nach und versuchte, ihn zu beantworten. Aber seine Antwort war qualitativ, und das Paradoxon blieb ungelöst. Die Realität der Verschränkung blieb Ansichtssache, ohne jede direkte experimentelle Unterstützung. Tatsächlich war das EPR-Experiment damals praktisch nicht durchführbar.

Zwei Haupthindernisse standen diesem Vorhaben entgegen. Einerseits reichten die technischen Mittel nicht aus; andererseits (und hauptsächlich) schien es keine effektive Möglichkeit zu geben, die erhaltenen Daten direkt mit quantitativen Kriterien zu messen.

Die Gleichzeitigkeit beider Systeme, welcher Bedeutung auch immer zugeschrieben wird, konnte nur durch den Vergleich zweier entfernter Messungen innerhalb der Beschränkungen der Lichtgeschwindigkeit beobachtet werden. Der Einfluss der Gleichzeitigkeit kann weder kausal sein , noch kann sie Informationen übermitteln (was auf dasselbe hinausläuft). Diese Eigenschaft ist daher mit der Relativitätstheorie vereinbar , wonach keine Information schneller als die Lichtgeschwindigkeit reisen kann.

Glockenungleichungen

1964 veröffentlichte der irische Physiker John Stewart Bell einen Artikel, der die quantitativen und messbaren Auswirkungen der EPR-Experimente aufzeigte. Das sind die berühmten Bell-Ungleichungen . Diese Ungleichungen sind quantitative Beziehungen, die durch die Messung von Korrelationen zwischen Systemen, die der relativistischen Kausalität vollständig gehorchen, verifiziert werden müssen . Jede Verletzung dieser Ungleichheiten würde eine sofortige Fernbeeinflussung ermöglichen.

Diese Ungleichheiten ermöglichten es den Physikern, eines der beiden Hindernisse zu beseitigen, die die EPR-Experimente verhinderten. Doch 1964 reichten die verfügbaren technischen Mittel für die eigentliche Durchführung des Experiments noch nicht aus.

Erste Bell-Ungleichungstests

Denkbar wurden die EPR-Experimente 1969, als ein Artikel ihre technische Machbarkeit demonstrierte.

Im Anschluss an diesen Artikel erstellten die Universitäten Harvard und Berkeley 1972 ein experimentelles Protokoll und führten Experimente durch. Die Ergebnisse waren widersprüchlich: Harvard beobachtete eine Übereinstimmung mit den Bell-Ungleichungen (und damit einen Widerspruch zu den Vorhersagen der Quantenphysik), während Berkeleys Ergebnisse gegen Bellsche Ungleichungen (und damit verifizierte Quantenphysik).

Diese Experimente litten insbesondere unter einer unzuverlässigen und unproduktiven Quelle verschränkter Partikel, die tagelange kontinuierliche Experimente erforderten. Aber konstante kontrollierte Versuchsbedingungen über so lange Zeiträume aufrechtzuerhalten sind extrem schwierig, insbesondere bei so sensiblen Experimenten wie diesem. Beide Ergebnisse waren somit fragwürdig.

1976 wurde das gleiche Experiment in Houston mit einer besseren und produktiveren Quelle verschränkter Photonen wiederholt, wodurch die Dauer des Experiments auf 80 Minuten verkürzt werden konnte. Im Gegenzug waren die Photonen nicht optimal polarisiert, wodurch die Bell-Ungleichungen nicht deutlich sichtbar wurden. Das Experiment zeigte dennoch eine Verletzung der Bellschen Ungleichungen, obwohl es zu schwach war, um eine definitive Antwort zu geben.

Darüber hinaus waren diese Experimente hauptsächlich nicht ausreichend ausgefeilt, um die Möglichkeit von Korrelationen (die die Verletzung der Bell-Ungleichungen mit sich bringen) aufgrund eines klassischen, langsameren als Lichteinflusses oder einer Signalausbreitung zwischen den beiden Teilchen außer Kraft zu setzen.

Letztendlich war das experimentelle Schema, das in diesen Experimenten verwendet wurde, weit entfernt von dem "idealen" Schema, mit dem John Bell seine Ungleichungen demonstrierte: Es bestand daher keine Gewissheit, dass die Bell-Ungleichungen wie in solchen Experimenten angewendet werden konnten.

Aspects Experimente (1980-1982)

1975, da ein entscheidendes Experiment, das auf der Verletzung der Bellschen Ungleichungen und der Überprüfung der Richtigkeit der Quantenverschränkung beruhte, noch fehlte, schlug Alain Aspect in einem Artikel ein Experiment vor, das akribisch genug war, um unwiderlegbar zu sein: Vorgeschlagenes Experiment zur Prüfung der Nichttrennbarkeit der Quantenmechanik ,.

Alain Aspect hat sein Experiment so spezifiziert, dass es so entscheidend wie möglich ist. Nämlich:

• Seine Quelle verschränkter Teilchen muss ausgezeichnet sein, um die Dauer des Experiments zu verkürzen und eine möglichst klare Verletzung der Bellschen Ungleichungen zu liefern.
• Es muss Korrelationen in Messungen zeigen, aber auch zeigen, dass diese Korrelationen tatsächlich das Ergebnis eines Quanteneffekts (und folglich eines sofortigen Einflusses) sind und nicht eines klassischen langsamer-als-Licht-Effekts zwischen den beiden Teilchen.
• Das experimentelle Schema muss dem von John Bell so gut wie möglich entsprechen, um seine Ungleichungen zu demonstrieren, damit die Übereinstimmung zwischen den gemessenen und vorhergesagten Ergebnissen so signifikant wie möglich ist.

Erinnerung an John Bells "ideales" Schema

Die obige Abbildung stellt das prinzipielle Schema dar, mit dem John Bell seine Ungleichungen demonstrierte: Eine Quelle verschränkter Photonen S emittiert gleichzeitig zwei und Photonen, deren Polarisation so vorbereitet ist, dass der Zustandsvektor beider Photonen ist: ${\displaystyle \nu 1}$${\displaystyle \nu 2}$

${\displaystyle |\psi (\nu 1,\nu 2)\rangle ={1 \over {\sqrt {2}}}\left\{\left|\uparrow ,\uparrow \right\rangle +\left| \rightarrow ,\rightarrow \right\rangle \right\}}$

Diese Formel bedeutet einfach, dass sich die Photonen in einem überlagerten Zustand befinden : Sie befinden sich beide mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf einer vertikalen, horizontalen oder linearen Polarität.

Diese beiden Photonen werden dann mit zwei Polarisatoren P1 und P2 mit jeweils einem konfigurierbaren Messwinkel α und β gemessen. das Ergebnis der Messung jedes Polarisators kann (+) oder (–) sein, je nachdem, ob die gemessene Polarisation parallel oder senkrecht zum Messwinkel des Polarisators ist.

Bemerkenswert ist, dass die für dieses ideale Experiment vorgestellten Polarisatoren sowohl in der (−) als auch in der (+) Situation ein messbares Ergebnis liefern. Nicht alle echten Polarisatoren können dies: Einige erkennen beispielsweise die (+)-Situation, können aber in der (−)-Situation nichts erkennen (das Photon verlässt den Polarisator nie). Die ersten Experimente (oben beschrieben) verwendeten die letztere Art von Polarisator. Die Polarisatoren von Alain Aspect können beide Szenarien viel besser erkennen und kommen damit dem idealen Experiment viel näher.

Mit der Apparatur und dem anfänglichen Polarisationszustand der Photonen kann die Quantenmechanik die Wahrscheinlichkeiten der Messung von (+,+), (−,−), (+,−) und (−,+) an den Polarisatoren vorhersagen (P1,P2), orientiert an den (α,β)-Winkeln. Als eine Erinnerung:

${\displaystyle P_{++}(\alpha,\beta)=P_{--}(\alpha,\beta)={1\over2}\cos^{2}(\alpha -\beta)}$

${\displaystyle P_{+-}(\alpha,\beta)=P_{-+}(\alpha,\beta)={1\over2}\sin^{2}(\alpha -\beta)}$

Eine maximale Verletzung der Bellschen Ungleichungen wird vorhergesagt für |α−β| = 22,5°

Beschreibung des Versuchsaufbaus

Alain Aspect (mit der bemerkenswerten Zusammenarbeit der Physiker Philippe Grangier, Gérard Roger und Jean Dalibard ) führte zwischen 1980 und 1982 mehrere immer komplexer werdende Experimente durch.

Hier soll nur sein aufwendigstes Experiment beschrieben werden, das 1982 stattfand und den ursprünglichen Spezifikationen am nächsten kommt.

Photonenquelle

Die ersten Experimente, die die Ungleichungen von Bell testeten, besaßen Photonenquellen geringer Intensität und erforderten eine kontinuierliche Woche. Eine der ersten Verbesserungen von Alain Aspect bestand darin, eine Photonenquelle um mehrere Größenordnungen effizienter zu verwenden. Diese Quelle ermöglichte eine Detektionsrate von 100 Photonen pro Sekunde, wodurch sich die Dauer des Experiments auf 100 Sekunden verkürzte .

Die verwendete Quelle ist eine Kalzium- Strahlungskaskade , die mit einem Krypton-Laser angeregt wird.

Polarisatoren mit einstellbarer Orientierungsvariable und auf einer entfernten Position

Einer der Hauptpunkte dieses Experiments war sicherzustellen, dass die Korrelation zwischen den Messungen von P1 und P2 nicht auf "klassische" Effekte, insbesondere experimentelle Artefakte, zurückzuführen war.

Wenn beispielsweise P1 und P2 mit festen Winkeln α und β vorbereitet werden, kann vermutet werden, dass dieser Zustand parasitäre Korrelationen durch Strom- oder Massenschleifen oder andere Effekte erzeugt. Tatsächlich gehören beide Polarisatoren zum gleichen Aufbau und könnten sich durch die verschiedenen Schaltungen des Versuchsgerätes gegenseitig beeinflussen und bei der Messung Korrelationen erzeugen.

Man kann sich dann vorstellen, dass die feste Orientierung der Polarisatoren auf die eine oder andere Weise den Zustand beeinflusst, in dem das Photonenpaar emittiert wird. In einem solchen Fall könnten die Korrelationen zwischen den Messergebnissen durch versteckte Variablen innerhalb der Photonen bei ihrer Emission erklärt werden. Alain Aspects hatte diese Beobachtungen John Bell selbst gegenüber erwähnt.

Eine Möglichkeit, solche Effekte auszuschließen, besteht darin, die (α,β)-Orientierung der Polarisatoren im letzten Moment – ​​nach der Emission der Photonen und vor ihrer Detektion – zu bestimmen und sie weit genug voneinander entfernt zu halten, um zu verhindern jedes Signal daran, einen von ihnen zu erreichen.

Dieses Verfahren stellt sicher, dass die Orientierung der Polarisatoren während der Emission keinen Einfluss auf das Ergebnis hat (da die Orientierung während der Emission noch unbestimmt ist). Es stellt auch sicher, dass sich die Polarisatoren nicht gegenseitig beeinflussen, da sie zu weit voneinander entfernt sind.

Als Konsequenz hat der experimentelle Aufbau von Aspect die Polarisatoren P1 und P2 6 Meter von der Quelle und 12 Meter voneinander entfernt. Bei diesem Aufbau vergehen zwischen der Emission der Photonen und ihrer Detektion nur 20 Nanosekunden. Während dieser extrem kurzen Zeit muss der Experimentator die Ausrichtung der Polarisatoren festlegen und diese dann ausrichten.

Da es physikalisch unmöglich ist, die Orientierung eines Polarisators innerhalb einer solchen Zeitspanne zu ändern, wurden zwei Polarisatoren – einer für jede Seite – verwendet und in verschiedene Richtungen vororientiert. Ein Hochfrequenz-Shunt, der zufällig auf den einen oder anderen Polarisator ausgerichtet ist. Der Aufbau entsprach einem Polarisator mit einem zufällig kippenden Polarisationswinkel.

Da es auch nicht möglich war, die emittierten Photonen das Kippen zu provozieren, wurden die Polarisatoren periodisch alle 10 Nanosekunden (asynchron mit der Emission des Photons) nebengeschlossen, wodurch sichergestellt wurde, dass das Referenzgerät zwischen der Emission des Photons und seiner Detektion mindestens einmal kippen würde.

Zweikanal-Polarisatoren

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Experiments von 1982 war die Verwendung von Zweikanal-Polarisatoren, die in den Situationen (+) und (−) ein messbares Ergebnis ermöglichten. Die Polarisatoren, die bis zum Experiment von Aspect verwendet wurden, konnten die Situation (+) erkennen, aber nicht die Situation (−). Diese Einkanal-Polarisatoren hatten zwei große Nachteile:

• Situation (−) war schwer von einem Versuchsfehler zu unterscheiden.
• Sie mussten gewissenhaft kalibriert werden.

Die zweikanaligen Polarisatoren, die Aspect in seinem Experiment verwendete, umgingen diese beiden Unannehmlichkeiten und ermöglichten ihm, Bells Formeln direkt zu verwenden, um die Ungleichungen zu berechnen.

Technisch gesehen waren die von ihm verwendeten Polarisatoren Polarisationswürfel, die eine Polarität durchließen und die andere reflektierten und ein Stern-Gerlach-Gerät emulierten .

Versuchsergebnisse

Die Bellschen Ungleichungen bilden eine theoretische Kurve der Anzahl der Korrelationen (++ oder −−) zwischen den beiden Detektoren in Bezug auf den relativen Winkel der Detektoren . Die Form der Kurve ist charakteristisch für die Verletzung der Bellschen Ungleichungen. Die Anpassung der Maße an die Form der Kurve stellt quantitativ und qualitativ fest, dass die Bell-Ungleichungen verletzt wurden. ${\displaystyle (\alpha -\beta)}$

Aspects Experimente bestätigten eindeutig die Verletzung, wie sie die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik vorhergesagt hatte, und untergruben somit Einsteins lokal realistische Sichtweise auf die Quantenmechanik und lokale Szenarien mit versteckten Variablen . Die Verletzung wurde nicht nur bestätigt, sondern auch auf die genaue Weise bestätigt, die von der Quantenmechanik vorhergesagt wurde , mit einer statistischen Übereinstimmung von bis zu 242 Standardabweichungen .

Angesichts der technischen Qualität des Experiments, der gewissenhaften Vermeidung experimenteller Artefakte und der quasi-perfekten statistischen Übereinstimmung überzeugte dieses Experiment die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft davon, dass die Quantenphysik die Bell-Ungleichungen verletzt und folglich die Quantenphysik nicht lokal ist .

Grenzen des Experiments

Nach den Ergebnissen versuchten einige Physiker legitimerweise, nach Fehlern in Aspects Experiment zu suchen und herauszufinden, wie man es verbessern kann, um Kritik zu widerstehen.

Gegen den Aufbau sind einige theoretische Einwände zu erheben:

• der quasi-periodische Aspekt der Rangierschwingungen behindert die Validität des Experiments, da er durch Quasi-Synchronisation, die aus zwei Referenzen resultiert, Korrelationen induzieren kann;
• die Korrelationen (+,+), (−,−) usw. wurden zum Zeitpunkt der Detektion in Echtzeit gezählt. Die beiden (+) und (−) Kanäle jedes Polarisators wurden daher durch physikalische Schaltkreise verbunden. Auch hier können Korrelationen induziert werden.

Das ideale Experiment, das jede erdenkliche Möglichkeit induzierter Korrelationen negieren würde, sollte:

• Verwenden Sie rein zufälliges Rangieren;
• Zeichnen Sie die (+) oder (−) Ergebnisse auf jeder Seite des Geräts auf, ohne dass eine physische Verbindung zwischen den beiden Seiten besteht. Die Korrelationen würden nach dem Experiment berechnet, indem die aufgezeichneten Ergebnisse beider Seiten verglichen werden.

Die Bedingungen des Experiments litten auch unter einer Erkennungslücke .

Aktuelle Experimente

Die oben erwähnten Schlupflöcher konnten erst ab 1998 gelöst werden. Inzwischen wurde das Experiment von Aspect reproduziert und die Verletzung der Bellschen Ungleichungen systematisch mit einer statistischen Sicherheit von bis zu 100 Standardabweichungen bestätigt .

Andere Experimente wurden durchgeführt, um die Verletzungen der Bell-Ungleichungen mit anderen Observablen als der Polarisation zu testen , um sich dem ursprünglichen Geist des EPR-Paradoxons zu nähern , bei dem Einstein sich vorstellte, zwei kombinierte Variablen (wie Position und Bewegungsgröße) an einem EPR-Paar zu messen. Ein Experiment führte die kombinierten Variablen (Zeit und Energie) ein, was wiederum die Quantenmechanik bestätigte.

1998 testete das Genfer Experiment die Korrelation zwischen zwei Detektoren im Abstand von 30 Kilometern über das Schweizer Glasfaser-Telekommunikationsnetz. Der Abstand gab mehr Zeit, um die Winkel der Polarisatoren umzuwandeln. Somit war ein völlig zufälliges Rangieren möglich. Außerdem waren die beiden entfernten Polarisatoren völlig unabhängig. Die Messungen wurden auf jeder Seite aufgezeichnet und nach dem Experiment durch Datierung jeder Messung mit einer Atomuhr verglichen. Die Verletzung der Bellschen Ungleichungen wurde erneut bestätigt und strenge und praktisch ideale Bedingungen. Wenn Aspects Experiment implizierte, dass sich ein hypothetisches Koordinationssignal doppelt so schnell wie c ausbreitet, erreichte Geneva 10 Millionen mal c .

Im Jahr 2000 fand in Boulder ein Experiment zur Verschränkung von gefangenen Ionen mit einer sehr effizienten korrelationsbasierten Detektionsmethode statt. Die Detektionssicherheit erwies sich als ausreichend, damit das Experiment die Bellschen Ungleichungen insgesamt verletzte, obwohl nicht alle detektierten Korrelationen diese verletzten.

Im Jahr 2001 reproduzierte das Team von Antoine Suarez, zu dem auch Nicolas Gisin gehörte, der am Genfer Experiment teilgenommen hatte, das Experiment mit bewegten Spiegeln oder Detektoren, was es ihnen ermöglichte, die Reihenfolge der Ereignisse über die Bezugssysteme hinweg in Übereinstimmung mit der speziellen Relativitätstheorie umzukehren (dies Inversion ist nur bei Ereignissen ohne kausalen Zusammenhang möglich). Die Geschwindigkeiten werden so gewählt, dass, wenn ein Photon den halbdurchlässigen Spiegel reflektiert oder durchquert, das andere Photon aus dem Blickwinkel des am Spiegel angebrachten Bezugssystems bereits gekreuzt oder reflektiert wurde. Dies ist eine "Nachher"-Konfiguration, bei der Schallwellen die Rolle von halbtransparenten Spiegeln spielen.

Eine andere getestete Konfiguration ermöglicht es, dass jedes Photon von einem sich bewegenden Detektor empfangen wird, so dass im Referenzrahmen dieses Detektors das andere Photon noch nicht erkannt wurde, egal ob es gekreuzt oder reflektiert wurde oder nicht ("Vorher-Vorher"-Konfiguration). Die Bellschen Ungleichungen werden in diesem Experiment insbesondere verletzt.

Abschluss

Heutzutage (im Jahr 2018) wurde die Verletzung der Bellschen Ungleichungen durch die Quantenphysik eindeutig festgestellt. Die Verletzung der Bell-Ungleichungen wird auch für einige Quantenkryptographie- Protokolle verwendet , bei denen die Anwesenheit eines Spions erkannt wird, wenn die Bell-Ungleichungen nicht mehr verletzt werden.

Quanten -Nichtlokalität und Verschränkung müssen daher anerkannt werden.

Stellt das Experiment von Aspect die relativistische Kausalität in Frage?

Die Frage wird durch die weit verbreitete Auffassung aufgeworfen, dass "ein Quantenobjekt einen Zustand darstellt, der augenblicklich vom Zustand eines anderen Objekts abhängt, mit dem es verschränkt ist". Diese Einführung des "nicht-lokalen Einflusses" wird oft in populärwissenschaftlichen Zeitschriften verwendet, aber auch (absichtlich) von einigen Wissenschaftlern, die dem Realismus folgen , wie Alain Aspect selbst oder Bernard d'Espagnat .

Es bestehen dann drei Möglichkeiten:

• Die erste ist, dass Experimentatoren nur Berechnungen mit Ergebnissen verwenden sollten, die dem Experiment entsprechen, ohne auf eine Erklärung aus unserer "makroskopischen" Logik zu verweisen. Dieser Ansatz, der der Kopenhagener Interpretation entlehnt ist, ist unter Physikern der am weitesten verbreitete. Sie beruht darauf, dass keine Erklärung der EPR-Phänomene zu Verifikationen oder messbaren Vorhersagen führt. Infolgedessen halten die meisten Physiker die Erklärungen dieses Experiments für außerhalb des wissenschaftlichen Bereichs (siehe das Falsifikationskriterium von Karl Popper ). Den meisten Erklärungen mangelt es tatsächlich an theoretischer Formalisierung, und solchen, die es nicht versäumen, messbare Verifikationen vorzuschlagen. Es handelt sich also hier um einen empirischen Ansatz, der darauf abzielt, jegliches Abrutschen außerhalb des wissenschaftlichen Bereichs zu vermeiden. In ihrer Arbeit The Undivided Universe: An Ontological Interpretation of Quantum Theory halten die Physiker David Bohm und Basil Hiley Einwände gegen das Nicht-Lokalitätsprinzip für unbegründet. Als Antwort auf diejenigen, die die Akzeptanz der Nicht-Lokalität als Hindernis für die wissenschaftliche Isolierung und Beobachtung eines bestimmten Objekts betrachten, argumentieren Bohm und Hiley, dass diese Wissenschaft in der makroskopischen Welt möglich ist, da die Auswirkungen der Nicht-Lokalität nicht bedeutsam : Die Interpretation erlaubt genau das gleiche Maß an Systemtrennbarkeit, wie es von "eigentlichem wissenschaftlichen Arbeiten" verlangt wird. Die spezielle Relativitätstheorie mit der Nicht-Lokalität (siehe EPR-Paradoxon ) in Einklang zu bringen, ist eine komplexere Angelegenheit, aber Bohm weist wie John Stewart Bell darauf hin, dass die Übertragung von Signalen nicht das ist, was beim Begriff der Nicht-Lokalität eine Rolle spielt .

Bohm und Hiley sehen wie Bell andere als wissenschaftliche Faktoren in der Ablehnung der Nicht-Lokalität:

John Bell: Vortrag am CERN (1990).

Hiley und Bohm: Zu den Einwänden gegen den Begriff der Nichtlokalität. (1993)

[Die] bloße Vorstellung von gruseliger Fernwirkung ist für Physiker abstoßend. Wenn ich eine Stunde Zeit hätte, würde ich Sie mit den Zitaten von Newton, Einstein, Bohr und all diesen anderen großen Männern überfluten. Ich würde Ihnen sagen, wie undenkbar es ist, eine entfernte Situation ändern zu können, indem Sie hier etwas tun. Ich denke, die Gründerväter der Quantenmechanik brauchten Einsteins Argumente zur Notwendigkeit, Fernwirkungen auszuschließen, nicht wirklich, weil sie woanders suchten. Die Vorstellung von Determinismus oder Fernwirkung war ihnen so abstoßend, dass sie wegschauten. Nun, es ist eine Tradition, und wir müssen manchmal im Leben lernen, neue Traditionen zu lernen. Und es kann passieren, dass wir nicht so sehr Fernhandlungen akzeptieren müssen, sondern die Unzulänglichkeit "kein Fernwirken" hinnehmen müssen.

[Die Einwände gegen Nicht-Lokalität] scheinen mehr oder weniger ein Vorurteil zu sein, das sich mit der modernen Wissenschaft entwickelt hat. [...] In den frühesten Stadien der Entwicklung der Wissenschaft gab es lange Argumente dafür, das loszulassen, was durchaus als primitiver Aberglaube und magische Vorstellungen hätte wahrgenommen werden können. Nicht-Lokalität war eindeutig ein Schlüsselbegriff. Es kann eine tief verwurzelte Angst vor der Idee bleiben, dass die Nicht-Lokalität die Schleusen wieder öffnet, die uns vor den als irrational wahrgenommenen Gedanken schützen, die unter der Oberfläche der modernen Kultur liegen. Selbst wenn dies der Fall wäre, wäre dies kein stichhaltiges Argument gegen Nicht-Lokalität

• Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass die Verschränkung die beiden einer Interaktion unterworfenen Objekte „vereinigt“: Die beiden Objekte bleiben trotz ihrer räumlichen Distanz „eins“ („Bernard d'Espagnats Nichtlokalität “). Diese Distanzierung kann in Wirklichkeit sogar zeitlich sein: sie ist im Grunde raum-zeitlich. Bisher gibt es keine Erklärung dafür, was eher als Versuchsergebnis denn als Erklärung oder Interpretation dieses Ergebnisses angesehen wird. Dieser Ansatz, der auf die Erklärung von experimentellen Fakten abzielt, ist der der Rationalisten .
• Der dritte besteht unsere Vorstellung von Kausalität in wechselnden und in das Prinzip einer retrograden Annahme Kausalität (a aus der Zukunft in die Vergangenheit fließen kausal), die aber nicht kann auf die klassischen Philosophen ‚teleologische‘ ‚assimiliert werden Endursache .‘ Niemand ist da, um Ereignisse nach einem Ziel auszurichten: Die Natur der Rückwärtskausalität ist identisch mit der Kausalität, wie wir sie verstehen ("effiziente Kausalität" der klassischen Philosophen), außer dass sie in Bezug auf die Zeit rückwärts fließt und sich selbst "addieren" kann zur "klassischen" Kausalität. Diese Interpretation erfordert, dass die irreversible Natur der Zeit nur im makroskopischen Maßstab wahr ist ( zweiter Hauptsatz der Thermodynamik ). Zahlreiche Physiker lehnen die Idee ab, wie der Physiker und Philosoph Étienne Klein, der darauf hinweist, dass der Zeitpfeil seiner Meinung nach in die Symmetrien der Teilchenphysik eingeschrieben ist. Diese Deutung hat einigen Erfolg bei denen, die esoterische Interpretationen des Experiments entwickeln und sie verwenden, um parapsychologische Phänomene zu machen (umstritten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, insbesondere Präkognition . Olivier Costa de Beauregard ist berühmt für seine Verteidigung solcher Thesen.) Aber diese Interpretation ist offenkundig widerspricht den Ergebnissen des Experiments, wie sie am häufigsten durchgeführt wurden: Die Weltlinie, die die Ereignisse "P1-Messung" und "P2-Messung" der Raumzeit verbindet, ist eine Krümmung des Raumes . Tatsächlich mussten die Experimentatoren, um eine mögliche alternative Interpretation der in diesen Experimenten beobachteten Korrelationen zu widerlegen, zeigen, dass die relativistische "Kausalität" diese Ergebnisse zumindest teilweise nicht erklären konnte, eingeschlossen in Szenarien wie: "die Photon informiert, durch welchen relativistischen Prozess auch immer, das Photon über seinen Quantenzustand nach der ersten Messung..." Es ist jedoch völlig klar, dass die Vorkehrungen der Experimentatoren, alle relativistischen "kausalen" Erklärungen zu entfernen, gleichzeitig nach vorherrschender Ansicht jede "retrokausale" Erklärung beseitigen. Schließlich ist diese Art der Konzeption für die Anhänger der Leitkonzeption eine mutmaßliche Interpretation und bezieht sich nicht wirklich auf die bestehenden Experimente. Ihrer Meinung nach führt es zu Interpretationen an der Grenze der Wissenschaft oder sogar Pseudowissenschaft und bezieht die Quantenphysik in eine Debatte ein, in die sie nicht gehört.${\displaystyle \nu 1}$${\displaystyle \nu 2}$

Kein Physiker glaubt, dass die Ergebnisse des EPR-Experiments im Allgemeinen und des Experiments von Aspect im Besonderen – in perfekter Übereinstimmung mit der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik – das Relativitätsprinzip in irgendeiner Weise in Frage stellen, nach dem keine Energieform (Materie oder Kraft) ) und damit keine verwertbare Information, kann sich schneller als Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und stellt folglich auch das abgeleitete relativistische Kausalitätsprinzip in Frage. Es lässt sich leicht nachweisen, dass Quantenverschränkung nicht dazu verwendet werden kann, Informationen augenblicklich von einem Raum-Zeit-Punkt zum anderen zu übertragen. Die am ersten Partikel gemessenen Ergebnisse sind zufällig; die durch diese Messungen induzierten Zustandsänderungen des anderen Teilchens – so augenblicklich sie nach der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik und den Ergebnissen von Aspects Experiment auch sein mögen – führen zu Messergebnissen relativ zum zweiten Teilchen, die scheinbar ebenso zufällig sind: keine verwertbaren Informationen können bei der Messung separat erhalten werden, und die Korrelationen bleiben nicht nachweisbar, solange die Ergebnisse der beiden Reihen nicht verglichen werden. Solche Experimente zeigen die unvermeidliche Notwendigkeit eines "klassischen" Signals im relativistischen Sinne, um die zum Nachweis dieser Korrelationen notwendigen Informationen zu übermitteln. Ohne dieses Signal kann nichts übertragen werden. Es bestimmt die Geschwindigkeit der Informationsübertragung, die das fundamentale Prinzip der Relativität bestätigt. Als Ergebnis ist das relativistische Kausalitätsprinzip perfekt mit den Ergebnissen der EPR-Experimente kompatibel.

Siehe auch

• Superdeterminismus

Hinweise und Referenzen

Literaturverzeichnis

• Bernard d'Espagnat, Traité de physique et de philosophie , Fayard ISBN  2-213-61190-4 (auf Französisch). Siehe Kapitel 3. Nichttrennbarkeit und Bell-Theorem.
• Bernard d'Espagnat, À la recherche du réel , Bordas ISBN  2-266-04529-6 (auf Französisch).
• Bernard d'Espagnat, Étienne Klein, Regards sur la matière ISBN  2-213-03039-1 (auf Französisch). Siehe Kapitel VIII. Nicht-Trennbarkeit korrelierender Paare.

Externe Links

• Videokonferenz zur Quantenoptik (17 min), von Alain Aspect , Forschungsleiter am Institut d'Optique in Orsay (auf Französisch).
• Zentrum für Quantenphilosophie