Нобелевская премия-2022: запутанные частицы, неравенство Белла и структура реальности

• Автор предлагает ввести новую рубрику на канале, посвященную разбору нобелевских премий по физике.  

• Первая премия 2022 года присуждена Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Сайлингеру за эксперименты с запутанными фотонами и новаторство в квантовой информатике.  

• Неравенство Белла было предложено в 1960-х годах для разрешения спора между основателями квантовой механики.  

• В квантовой механике невозможно точно предсказать результаты процессов из-за соотношения неопределенности Гейзенберга.  

• В классической физике можно точно предсказать результаты, зная начальные условия.  

• Копенгагенская интерпретация утверждает, что квантовый объект находится во всех возможных состояниях одновременно.  

• В момент измерения вселенная выбирает одно из состояний, что делает невозможным точное предсказание результатов.  

• Можно лишь описать вероятность получения определенного результата.  

• Альберт Эйнштейн не соглашался с фундаментальной случайностью физических процессов.  

• Он считал, что соотношение неопределенности Гейзенберга объясняется несовершенством наших знаний.  

• Теория скрытых параметров утверждает, что квантовые процессы детерминированы, но мы не можем их точно измерить.  

• В 1935 году Эйнштейн, Подольский и Розен предложили мысленный эксперимент, доказывающий неполноту копенгагенской интерпретации.  

• Эксперимент показал, что координаты и импульсы частиц могут быть определены одновременно.  

• Копенгагенская интерпретация объясняет это как случайное распределение вероятностей.  

• Теория скрытых параметров предполагает мгновенное взаимодействие на расстоянии.  

• Эйнштейн назвал это "пугающим взаимодействием на расстоянии".  

• Копенгагенская интерпретация требует либо мгновенного взаимодействия, либо скрытых параметров.  

• Вольфганг Паули считал спор бессмысленным, так как параметры системы до измерения все равно неизвестны.  

• В 1939 году мир был занят другими задачами, такими как создание атомной бомбы.  

• Джон Стюарт Белл предложил использовать спин для решения спора, что привело к новым экспериментам.  

• Спин частицы имеет абсолютное значение и направление в пространстве.  

• Направление спина можно определить вдоль любой оси.  

• Проекции спина на другие оси становятся неопределенными при точном измерении.  

• Проекция спина на любую ось может принимать значения плюс или минус.  

• При измерении спина частицы прибор показывает плюс или минус с вероятностью 50%.  

• Спин дочерних частиц в сумме равен нулю.  

• При измерении спина вдоль одной оси результаты противоположны.  

• При перпендикулярном измерении результаты независимы и случайны.  

• Вероятность совпадения результатов равна квадрату синуса половины угла между приборами.  

• При угле 90 градусов вероятность равна 50%.  

• Приборы могут иметь три ориентации: угол а, угол б и угол в.  

• Возможны девять вариантов взаимной ориентации детекторов.  

• Теория скрытых параметров предсказывает определенные результаты.  

• Возможны восемь вариантов ориентации спинов частиц.  

• Вероятность результата а плюс б минус равна одной трети.  

• Вероятность исхода а плюс в минус также равна одной трети.  

• Вероятность исхода а плюс б минус плюс б плюс в плюс больше вероятности исхода а плюс б минус.  

• Это неравенство должно наблюдаться при соблюдении трех условий: запутанность частиц, случайность ориентаций детекторов, наличие скрытых параметров.  

• В копенгагенской интерпретации вероятность совпадения результатов равна квадрату синуса угла между приборами.  

• Вероятность исхода а плюс б минус равна одной шестой квадрата косинуса угла между а и б.  

• Копенгагенский аналог неравенства Белла: квадрат косинуса угла AB пополам должен быть меньше или равен квадрату косинуса угла AB пополам плюс квадрат синуса угла AB пополам.  

• Пример: угол AB равен 60 градусам, угол AB равен 120 градусам.  

• В этом случае неравенство не выполняется, что указывает на отсутствие скрытых параметров.  

• Нобелевские лауреаты 2022 года Аспект, Клаузер и Сайлингер провели эксперименты, подтверждающие отсутствие скрытых параметров.  

• Неравенство Белла и его аналоги не выполняются, что подтверждает случайность квантовых объектов.  

• Спор о детерминизме и случайности в квантовой механике остается открытым.  

• Для реализации неравенства Белла требуется полная случайность в выборе ориентации приборов.  

• Скептики сомневаются в возможности обеспечения случайной ориентации в макроскопическом мире.  

• Эксперименты с использованием квазаров для генерации случайных чисел не убеждают скептиков.  

• Герард Хофт предложил концепцию супер-детерминизма, согласно которой все физические процессы предопределены с момента рождения вселенной.  

• В этом случае неравенство Белла не может быть реализовано, и доказательства его нарушения не имеют значения.  

• Проверка гипотезы супер-детерминизма пока невозможна, что оставляет открытым вопрос о скрытых параметрах.  

• Проверка гипотезы супер-детерминизма остается актуальной задачей.  

• Возможно, в будущем появится новый эксперимент, который сделает проверку возможной.  

• Физики продолжат искать ответы на загадки вселенной, и новые интересные темы будут обсуждаться на канале.