Warum müssen verschränkte Teilchen ihren Spin augenblicklich mitteilen? [Duplikat]

Sagen sie ausdrücklich "kommunizieren", oder paraphrasieren Sie? Denn kommunizieren ist falsch. Zumindest wenn die Spin-Messereignisse durch ein raumartiges Intervall getrennt sind (das sind die Situationen, in denen Verschränkung mysteriös ist), ist Kommunikation >>unmöglich<< . In solchen Situationen kommunizieren verschränkte Teilchen einfach nicht.

Lassen Sie mich Ihnen ein nicht mysteriöses klassisches Beispiel geben. Angenommen, Sie verstecken zwei Kugeln in zwei identisch aussehenden Kästen, eine rote Kugel in der einen und eine blaue Kugel in der anderen. Nun, ich beeile mich, sofort zu sagen, dass das >>nicht<< wie Verschränkung ist – die Ballfarben sind vorbestimmt (ich gebe Ihnen unten ein nichtvorbestimmtes klassisches Beispiel). Wie auch immer, nehmen Sie an, Sie trennen Ihre beiden Boxen jetzt um mehrere Meilen (oder Lichtjahre, wenn Sie möchten). Wenn jemand eine Kiste öffnet und einen roten Ball sieht, dann wissen wir, dass jemand, der die andere Kiste öffnet, blau sieht. Recht? Aber es ist keine "Kommunikation" notwendig. Recht?

Nun, genau das passiert mit verschränkten Teilchen. Kein Geheimnis, außer dem Folgenden, wo das versprochene nicht vorherbestimmte Beispiel wie folgt ins Spiel kommt. Anstelle von zwei Bällen nehmen Sie an, dass jede Schachtel eine Münze enthält, die Sie in die Luft geworfen haben, und die Münzen drehen sich immer noch. Sie werden schließlich Kopf oder Zahl landen, aber sie landen nicht, bis ihre jeweilige Box geöffnet wird. Das Geheimnis ist, dass, wenn sie „verheddert“ sind, dann, wenn einer Kopf landet, der andere Zahl landet und umgekehrt. Sie würden also schlussfolgern, dass irgendwie „kommuniziert“ werden muss.

In Analogie zu unseren spinverschränkten Teilchen wissen wir jedoch mit Sicherheit, dass es keine Kommunikation gibt. Und das ist das Rätsel – wir können unser klassisches Denken, wie es unsere Kugeln/Münzen-Beispiele zeigen, nicht intuitiv mit dieser nichtklassischen Realität in Einklang bringen. Um das durch diese klassischen Beispiele veranschaulichte Denken zusammenzufassen, erinnern Sie sich daran, dass die Bälle nicht kommunizieren, aber es gibt kein Geheimnis über die Korrelation zwischen ihren Ergebnissen. Die Münzen kommunizieren auch nicht, aber jetzt ist jede beobachtete Korrelation unerwartet/mysteriös. Dito die spinverschränkten Teilchen. Aber „Kommunizieren“ ist nicht die Antwort (noch hat niemand eine intuitiv zufriedenstellende Antwort).

Bearbeiten , da der Kommentar unten mehrere positive Stimmen erhalten hat, lassen Sie mich diese Bemerkung wie folgt etwas erweitern ...

Die beobachtete Korrelation zwischen Messungen verschränkter Teilchen, wann immer die Messereignisse durch ein raumartiges Intervall getrennt sind, kann nicht durch Ursache-Wirkungs-„Kommunikation“ erklärt werden. Rufen Sie die beiden Messereignisse auf$m_1$und$m_2$. Dann kann ein Beobachter sehen$m_1$vorher auftritt$m_2$während ein zweiter Beobachter (in einem anderen Inertialsystem) sehen kann$m_2$vorher auftritt$m_1$. Es gibt also keine eindeutige Möglichkeit zu sagen, was zuerst da war, die   $m_1=\mbox{chicken}$   oder der   $m_2=\mbox{egg}$   (Entschuldigung, ich konnte nicht widerstehen:). Sie können also nicht sagen, dass das eine das andere "verursacht" hat, einfach weil Sie nicht einmal sagen können, dass das eine vor dem anderen aufgetreten ist.

Das einzige, was Sie eindeutig sagen können, ist, dass das einzelne Vorbereitungsereignis, das beide Teilchen in einem einzigen verschränkten Zustand vorbereitete, vor den beiden nachfolgenden Messungen stattfand (es ist in ihren beiden vergangenen Lichtkegeln). Und es ist dieses Vorbereitungsereignis, das irgendwie die nachfolgende Messkorrelation „verursacht“ hat. Das heißt, es hat nicht jedes einzelne Messergebnis per se verursacht, weil sie letztendlich zufällig sind, aber es hat irgendwie die Korrelation zwischen ihnen verursacht.

Und während Sie wahrscheinlich denken: „Huh? … wie verursacht man eine Korrelation, ohne die korrelierten Ereignisse zu verursachen?“, ist das wahrscheinlich ein Problem mit unserer Intuition, die sich im Laufe eines Lebens entwickelt hat, als wir klassische Phänomene beobachteten.

Eine sehr gute Frage, denn "sofort" ist im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie nicht wirklich aussagekräftig. "Sofort" würde die gleichzeitige Beobachtung der beiden Teilchenzustände implizieren, aber das hängt von unserem Bezugssystem ab. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Spacetime#Relativity_of_simultaneity .

Was sie in diesen Videos wirklich meinen und was Experimente zeigen, ist, dass die Zustände der beiden Teilchen korrelieren , selbst wenn die beiden Messungen außerhalb der Lichtkegel des anderen stattfinden. Mit anderen Worten, wir sehen eine Korrelation auch dann, wenn zwischen den beiden Messungen eine räumliche Trennung besteht. Aktuelle Theorien erlauben keine Informationsreise zwischen den beiden raumartig getrennten Messungen. (Übrigens können wir bei raumartiger Trennung immer einen Referenzrahmen finden, dessen Beobachter sieht, dass die beiden Messungen wirklich gleichzeitig stattfinden.)

Vielleicht interessiert Sie dieser Artikel über ein bestimmtes Experiment aus dem Jahr 2013. Die Ereignisse sind in diesem Diagramm dargestellt:

Es gibt keine (bekannte) Möglichkeit, dass das Ergebnis von Messung A das Ergebnis von Messung B beeinflusst haben könnte oder umgekehrt. Aber "sofort kommunizieren" ist immer noch grob irreführend.

Hier ist die Antwort eines Experimentators:

Die Quantenmechanik ist das zugrunde liegende Gerüst der Natur, aus dem das klassische Gerüst hervorgeht. Es ist ein mathematisches Modell, das von Postulaten wie zusätzlichen Axiomen abhängt , um aus allen möglichen Lösungen der quantenmechanischen Wellengleichungen diejenigen auszuwählen, die zu den Daten passen. Bisher gab es keine Verfälschung dieser Berechnungen. dh sie beschreiben bestehende Daten und prognostizieren erfolgreich neue Situationen.

Das QM-Modell sagt Wahrscheinlichkeitsdichten voraus, dh die mathematischen Lösungen, die Wellenfunktionen, die durch die Randbedingungen des Problems definiert sind, ergeben konjugiert komplex quadriert die Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung für eine Wechselwirkung oder einen Zerfall oder .... Experimentell sind Wahrscheinlichkeitsdichten Ereignis für Ereignis aufgebaut, und dann werden die Verteilungen mit den Vorhersagen der Theorie verglichen.

Die Wellenfunktion ist keine messbare Größe, nur die Anhäufung vieler Ereignisse kann die Wellenfunktion validieren.

Wellenfunktionen decken den gesamten verfügbaren Phasenraum in Raum und Zeit ab, und die Erhaltungssätze gelten für einzelne Ereignisse. Beispielsweise enthält die Wellenfunktion für die Streuung zweier Elektronen alle Wahrscheinlichkeiten für die Streuung eines Elektrons an einem anderen Elektron und deren Spins summieren sich zu Null, alle Spininformationen sind in der Wellenfunktion enthalten. Wenn ein einzelnes Ereignis gemessen wird, dh ein Elektron mit einem Spin von 1/2 gemessen wird, sagen uns die Erhaltungsgesetze sofort, dass das andere einen Spin von -1/2 hat. Es erfolgt keine Weitergabe von Informationen.

Komplizierter wird es bei Lösungen relativistischer Differentialgleichungen, da es Lösungen/Wellenfunktionen geben kann, die außerhalb des Lichtkegels eine mathematische Beschreibung haben können . Da wir wissen, dass schnellere als Lichtkommunikation experimentell ausgeschlossen ist, bedeutet dies, dass diese spezielle Lösung nicht verwendet werden kann, um eine physikalisch sinnvolle Situation zu beschreiben. Siehe meine Antwort auf eine relevante Frage hier .

Verschränkung ist eine Kurzform dafür, dass es eine vollständige quantenmechanische Lösung für diese Randbedingungen und dieses System gibt. Wenn die Lösung valide ist, enthält sie per Konstruktion alle Informationen, es wird nichts kommuniziert, sie wird nur beschrieben/modelliert.

Jedes Gerede von „sofortiger Kommunikation“ ist bestenfalls eine Lüge für Kinder : eine Vereinfachung, die eigentlich nicht funktioniert und wichtige Aspekte des Themas falsch darstellt, die aber als erste Annäherung an das Thema vage geeignet ist. Wir verstehen die Verschränkung nicht so gut, wie wir es gerne hätten, aber nur sehr wenige ernsthafte Physiker, die sich mit dem Thema befassen, glauben, dass es eine solche Kommunikation gibt.

Das Veritasium-Video, das Sie verlinkt haben, ist jedoch sehr vorsichtig, um diese Falle zu vermeiden, und Derek Muller behauptet nie , dass die Partikel kommunizieren: Wenn Sie tatsächlich zuhören, was er sagt,

Wenn ein Teilchen gemessen und sein Spin bestimmt wird, wissen Sie sofort, was die gleiche Messung des anderen Teilchens sein wird

er macht deutlich, dass jede Momentanität auf Seiten des Beobachters liegt und keine physikalische Kommunikation zwischen den Teilchen; das gleiche gilt für das spätere Zitat

es ist, als hätte die Wahl der Messung das Ergebnis der zweiten schneller als die Lichtgeschwindigkeit beeinflusst, so interpretieren tatsächlich einige Theoretiker das Ergebnis.

Es ist äußerst schwierig, den Begriff der augenblicklichen Kommunikation mit der speziellen Relativitätstheorie in Einklang zu bringen, da in der SR Gleichzeitigkeit ein relatives Konzept ist : In einem Bezugssystem mögen die beiden Messungen augenblicklich aussehen, aber wenn Sie das Experiment in einem anderen Inertialsystem untersuchen, dann das Die Messung an Partikel B findet vor der an A statt. Angesichts dessen, wie kann A seine Erfahrungen an B weitergeben und die Informationen dort erhalten, bevor sie gemessen werden?

Also, warum ist das kein Problem? Nun, wie im Video erwähnt, kann Verschränkung nicht zur Kommunikation verwendet werden , und uns steht kein physikalisches Phänomen zur Verfügung, das mit der speziellen Relativitätstheorie bricht. Jeder Eindruck von Gleichzeitigkeit oder Unmittelbarkeit ist ausschließlich ein Artefakt davon, wie wir Dinge beobachten und wie wir sie interpretieren.

Das mag jetzt nach einer ziemlich schwafeligen und unverbindlichen Antwort klingen, und es könnte auch so klingen, als würden wir Verschränkung nicht so gut verstehen, wie wir es gerne hätten. Das letzte Bit ist völlig korrekt, und jeder, der Ihnen sagt, dass er es versteht, macht sich selbst etwas vor. Die Quantenmechanik legt nahe, dass, wenn es eine zugrunde liegende Realität gibt, die wir dann messen, diese Realität in gewissem Sinne nichtlokal ist, aber bisher hat sich die Natur dieser Nichtlokalität als äußerst schwer fassbar erwiesen. Es ist sehr verlockend, das zu tun, was kpv in der akzeptierten Antwort getan hat, und diese Lücke mit Spekulationen zu füllen, aber ehrlich gesagt halte ich das nicht für besonders hilfreich. Es gibt Dinge, die wir nicht verstehen, und es ist in Ordnung, es dabei zu belassen.

Es gibt drei Arten von Möglichkeiten, die die KOMBINATION von zwei Arten von folgenden Beobachtungen in Bezug auf Verschränkung erklären können.

1. Korrelation zweier Teilchen eines einzelnen verschränkten Paares. Perfekte Antikorrelation (entgegengesetzte Spins bei Messung in derselben Richtung) ist ein Spezialfall davon, der am häufigsten gesichtet wird

2. Statistische Korrelation zwischen Messergebnissen zahlreicher Paare bei Messung unter beliebigen Winkeln. 1.) kann auch als Spezialfall von 2.) angesehen werden.

Um die obige Kombination von Beobachtungen zu erklären, gibt es drei Arten von Möglichkeiten. Das sind nur Möglichkeiten, niemand weiß, wie sich eigentlich die Zusammenhänge bilden.

1) Es gibt eine aktive Verbindung zwischen den beiden Partikeln des verschränkten Paares, die bei FTL signalisieren kann, daher beeinflusst die Messung eines Partikels den Zustand des anderen, und dann ist es leicht, die beobachtete statistische Korrelation zu erwarten. Diese Möglichkeit ist diejenige, von der Sie sprechen, und sie wird auch am häufigsten von der Öffentlichkeit angenommen, wenn sie versucht, die Zusammenhänge zu erklären / zu verstehen.

Mit Signal meine ich hier die Mittel, durch die die Verschränkung angeblich bei der Messung des ersten Teilchens kollabiert. Dieses Signal kann von keinem Beobachter für irgendwelche/Informations-/Kommunikationszwecke verwendet/erkannt werden. Es ist nur eine Spekulation darüber, wie die Verstrickung zusammenbrechen könnte. siehe No-Communication-Theorem im Wiki.

2) Realität/Lokalität ist nicht so, wie wir sie verstehen. Das heißt, zwei Teilchen, die räumlich weit voneinander entfernt sind, können im Quantensinn immer noch am selben Ort betrachtet werden. Dadurch kann die Messung eines Teilchens die des anderen beeinflussen, ohne die Lichtgeschwindigkeit zu verletzen, und dann ist es leicht, die beobachtete statistische Korrelation zu erwarten. Dies scheint die Linie zu sein, die von den meisten Mainstream-Wissenschaftlern eingeschlagen wird.

3) Es gibt einen noch zu entdeckenden klassischen Mechanismus, der die statistischen Korrelationen über die Dauer des Experiments bildet. Lokale versteckte Variablen allein reichen nicht aus, um einen solchen Mechanismus zu unterstützen, und das wurde durch Bells Ungleichung bewiesen und durch experimentelle Ergebnisse gestützt.

Damit ein solcher Mechanismus funktioniert, muss er "lokale versteckte Variablen" PLUS eine Art globalen Speicher/Akkumulation/Ausgleich/Synchronisation beinhalten. Global bedeutet, dass die natürliche Umgebung in der Nähe des Experiments Informationen über Entstehungs- und Messergebnisse früherer Paare akkumuliert und die Entstehungs- und Messergebnisse nachfolgender Paare so steuert, dass sie sich per Quantenmechanik über eine große Anzahl von Paaren ausgleichen .

Ich habe nicht genug Literatur gesehen, die überzeugen würde, dass diese Möglichkeit (3) vollständig, kritisch und ehrlich ausgeschlossen wurde. Die meiste Literatur erwähnt Bells Ungleichung, die nur lokale verborgene Variablen widerlegt.

Manche Leute spekulieren auch viele Welten, was meiner Meinung nach noch seltsamer ist.

Einige Leute versuchen es auch mit zufälligen Wahrscheinlichkeiten zu erklären, so wie ein Münzwurf schließlich zu etwa 50/50 Prozent Kopf und Zahl ergibt. Diese Erklärung wird schwach, wenn Sie versuchen, beide Arten von Beobachtungen zu erklären, die am Anfang dieser Antwort aufgeführt sind. Sie können perfekte Antikorrelation nicht als zufällige Wahrscheinlichkeit erklären. Für einige Zustände ist perfekte Antikorrelation garantiert. Es gibt keine Garantien für Zufälligkeit.