Järgmisel aastal möödub sada aastat suvest, mil Saksa teoreetiline füüsik Werner Heisenberg otsis Põhjamere saarel Helgolandi heinapalaviku eest varju. Seal mõtles ta välja, kuidas väljendada matemaatilisel kujul aatomite hämmastavaid spektroskoopilisi vaatlusi, mille käigus nad neelasid ja kiirgasid valgust täpselt määratletud iseloomulikel sagedustel. Heisenbergi mentor, Taani füüsik Niels Bohr pakkus välja, et spektreid saab mõista eeldusel, et aatomi elektronidel võib olla ainult teatud energia, lülitudes ühelt energiatasemelt teisele, kiirgades või neeldes ühe energiaga valguse kvanti. võrdeline selle sagedusega. Selle valguse kvanthüpoteesi pakkus välja Albert Einstein 1905. aastal ja Bohr töötas selle välja uueks aatomiteooriaks – ehkki selliseks, millel klassikalises mõttes polnud mõtet.
Väljendades nende "kvanthüpete" lubatud energiaid eksperimentaalselt vaadeldud väärtuste maatriksina, muutis Heisenberg ad hoc, tekkivast kvantteooriast ehtne kvantmehaanika. Tema maatriksalgebra viitas sellele, et üheaegselt ei olnud võimalik suvalise täpsusega teada nii osakese asukohta kui ka impulssi. See "määramatuse printsiip" viitas sellele, et kvantfüüsika seadis piirangud teadmistele, mis meil võivad olla aatomimaailma kohta.
Bohr, Heisenberg ja nende kaastöötajad Kopenhaagenis väitsid, et see piirang on põhiline. Asi pole selles, et me oleme määratud teadmatusse asjade seisu kohta, vaid pigem selles, et pole mõtet "kuidas asjad on", kuni neid pole mõõdetud. See ettepanek tekitas Bohri ja Einsteini vahel heasüdamliku, kuid terava vaidluse, mis kestis suure osa nende ühisest elust. "Einstein ei saanud järeleandmist teha. See hävitaks eraldiseisvad üksikud objektid, vastuvõetava maailmapildi olulised jooned,” kirjutavad John Heilbron ja Jim Baggott oma uues raamatus. Kvantdraama: Bohr-Einsteini debatist kuni takerdumise mõistatuseni. Füüsik ja teaduskirjanik Baggott ning 2023. aastal surnud teadusajaloolane Heilbron jutustavad kvantmehaanika ajalugu alates selle loomisest kuni tänapäevase kvantinfotehnoloogia tipptasemeni.
Einstein ei väsinud “Kopenhaageni” vaatele uusi vastuväiteid välja mõtlemast. 1930. aasta Solvay konverentsil Belgias, mis tõi kokku toonased juhtivad füüsikud, seisis ta Bohri silmitsi paradoksaalse mõtteeksperimendiga, mis hõlmas vedru küljes rippuvat rasket kasti, mis sisaldas footonit (mis põgeneb) ja fikseeritud kella. Bohr andis mõistatusele vastuse, mis leevendas palju kahtlusi, kuid näib, et see ei rahuldanud Bohri ennast. "Ta muretses selle pärast kogu ülejäänud elu," ütlevad Heilbron ja Baggott. "Aparaadi umbkaudne visand oli tema tahvlil päeval, mil ta suri."
Einsteini vastuseis paljastas kvantmehaanika sügavalt intuitiivse olemuse – kõige kuulsamalt 1935. aastal koos tema nooremate kolleegide Boris Podolsky ja Nathan Roseniga koostatud mõtteeksperimendis. See "EPR [Einstein-Podolsky-Roseni] eksperiment" näitas, et kui kaks osakest on omavahel interakteerunud, näis kvantmehaanika nõudvat, et nende omadused jääksid seejärel üksteisest sõltuvaks, nii et mõõtmine kutsub esile nende kahe vahel võimatu hetkesignaali. Erwin Schrödinger, kes jagas Einsteini antipaatiat Kopenhaageni vaate suhtes, nimetas seda efekti "põimumiseks".
Einsteini arvates sai EPR paradoksi lahendada ainult eeldades, et takerdunud osakestel olid kogu aeg fikseeritud omadused, ehkki sellised, mis olid mittejälgitavad ja mida iseloomustasid seega "varjatud muutujad". Probleem oli selles, et nii Bohri kui ka Einsteini tõlgendused tegid identsed eksperimentaalsed ennustused. Kuna selle küsimuse lahendamiseks polnud selget viisi, jäeti see kõrvale ning paljud 1940. ja 1950. aastate uurijad pidasid selliseid "aluselisi" küsimusi mõttetuks või isegi ebasobivaks. Keda huvitas, kui kvantmehaanika praktikas nii hästi töötas? Seda suhtumist iseloomustas Ameerika füüsik David Mermin kui "ole vait ja arvuta", mis oli eriti domineeriv pragmaatilises USA-s. Selliste küsimuste vastu huvi tundmine võib võrduda karjääri enesetapuga. "Te ei saa kunagi doktorikraadi, kui lasete end sellistel kergemeelsustel segada," öeldi Merminile Harvardis raamatu järgi. Ta märgib, et "see oli väga ebafilosoofiline aeg".
Nobeli preemia laureaat Murray Gell-Mann süüdistas Bohri füüsikute põlvkonna ajupesus ja arvas, et kvantmehaanika mõistatused on ammu lahendatud.
Tema 1999. aasta raamatus Kvantdialoog, teadusajaloolane Mara Beller süüdistas Bohri ja tema kolleege oma Kopenhaageni ortodoksia pealesurumises ning alternatiivsete tõlgenduste, nagu David Bohmi „pilootlainete” ja Hugh Everetti „universaalse lainefunktsiooni”, mida tuntakse ka kvantmehaanika „paljude maailmade” tõlgendusena, marginaliseerimises või naeruvääristamises. Nobeli preemia laureaat Murray Gell-Mann süüdistas Bohri füüsikute põlvkonna ajupesus ja arvas, et kvantmehaanika mõistatused on juba ammu lahendatud. Kuid Heilbron ja Baggott näitavad, et õiglasem on süüdistada kogu kogukonna apaatsust. Nagu Paul Dirac ütles teooria metafüüsiliste mõistatuste kohta: "Paljud inimesed elavad pikki ja viljakaid elusid, ilma et nad [nende pärast] muretseksid."
Kolmkümmend aastat "vastu mõõtmist"
See suhtumine hakkas aga muutuma 1964. aastal, kui Põhja-Iiri füüsik John Bell leidsid viisi, kuidas eristada niinimetatud peidetud muutujate mudeleid lihtsast kvantmehaanikast. Kõik, mis vajas, oli tõsine järelemõtlemine – "Belli ebavõrdsuses ei olnud midagi, mida kvantide asutajad ei teadnud," ütlevad autorid.
Iroonilisel kombel tuli Bell välja oma kuulsa testiga, kuna tahtis Bohri kvantmehaanikas viga leida. Nii tegi ka esimene katse eksperimentaalselt läbi viinud inimene John Clauser, kes töötas koos Stuart Freedmaniga California ülikoolis Berkeleys. Ometi on see eksperiment ja paljud teised hiljem läbi viidud katsed tõrgeteta toetanud ainult kvantmehaanikat ja välistanud kõik peidetud muutujad – vähemalt need, mis kehtivad. kohapeal et määrata igale osakesele enne mõõtmist kindlas asendis fikseeritud omadused. (See ei tähenda, et Bohril oleks õigus, kuigi näib olevat peaaegu võimatu päästa Einsteini positsiooni.) Raamat annab suurepärase ülevaate Belli ja Clauseri tööst järgnenud huvi taastumisest kvantaluste vastu, kaasates eelkõige Clauseri 2022. Nobeli preemia laureaadid Anton Zeilinger ja Alain Aspect. Sellised uuringud ei ole kaugeltki tühi filosofeerimine, vaid hõlmavad nüüd selliseid tehnoloogiaid nagu kvantarvutus ja kvantkrüptograafia.
Kvantdraama jutustab keerulist lugu suure näitlejaskonnaga. Kui autorid nõuavad vahel oma lugejatelt palju, siis paremat ülevaadet pole ma lugenud: tasakaalukas, autoriteetne ja elegantse vaimukusega vürtsitatud. Kirjeldades mitmete varajase kvantpioneeride tehtud reisi Jaapanisse, kirjeldavad Heilbron ja Baggott, kuidas pagoodist mööda kõndides „Heisenberg spontaanselt selle peale ronis ja selle kõige tipul (laius ∆q) ühel jalal ulguva tuule käes seistes, säilitas õnnelikult ebakindluse ∆p, mis on liiga väike, et teda ümber lükata.
See raamat ei ole kõigi jaoks kõikehõlmav. Nagu ka Heilbroni varasema raamatu puhul Niels Bohr: Väga lühike sissejuhatus, on selle Bohri aatomi kirjeldus nii tehniline, et see on peaaegu läbimatu kõigile peale spetsialistide, tekitades nii varakult tohutu takistuse. Ja on teisigi juhuseid, näiteks Belli testide kirjeldustes, kus igatsetakse detailide sekka kvalitatiivse tähenduse sümpaatset kokkuvõtet. Vahel visatakse lugejale ridamisi ekspertide kommentaare, ilma et oleks palju vihjeid selle kohta, kuidas nende vastuoludes navigeerida.
Kuid kui see muudab raamatu tavalugejale aeg-ajalt väljakutseks, on visaduse tasuvus märkimisväärne. Kvantmehaanika populaarse aruande autorina soovitan kõhklemata jätta sellised jõupingutused selle mahukama köite kasuks kõrvale – kuid kindlasti soovitaksin suhtuda kõigisse sellistesse kontodesse ettevaatlikult, kuni olete seda lugenud.
- 2024 Oxford University Press, 352 lk, 25 hb
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://physicsworld.com/a/entangled-entities-bohr-einstein-and-the-battle-over-quantum-fundamentals/
