Was ist falsch an der Verletzung der Lokalität (EPR-Paradoxon)?

Beim Studium des EPR-Paradoxons müssen wir uns irgendwann damit abfinden, dass Realität und Lokalität in der aktuellen Theorie der Quantenmechanik nicht beide wahr sein können.

In Physics.SE wurde viel über das EPR-Paradoxon und über Verschränkung gesagt, aber meine Frage ist ganz anders. Für mich sieht die Verletzung der Lokalität nicht nach einer großen Sache aus: Durch die Verschränkung übertragen Sie eigentlich nichts, weder physikalische Größen (Energie, Impuls, ...) noch nur Informationen. Und tatsächlich widerspricht diese Form der Verletzung der Lokalität nicht der Speziellen Relativitätstheorie. Es scheint mir wirklich, dass nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen wird. Wir gewinnen nur Informationen über etwas, das sogar in einer raumähnlichen Entfernung sein könnte, aber was ist daran falsch?

Gibt es eigentlich eine Theorie, die durch diese Art der Verletzung der Lokalität widerlegt wird? Irgendein Experiment? Oder sträuben sich Wissenschaftler, die Lokalität nur aufgrund ihres gesunden Menschenverstandes und einer klassischen Weltanschauung aufzugeben?

Beachten Sie, dass, Bell oder nicht Bell, die Quantenmechanik lokal ist , in dem Sinne, dass eine superluminale Kommunikation nicht möglich ist (und die Genauigkeit der Quantenmechanik unzählige Male getestet wurde). Abgesehen von der Philosophie würde ich argumentieren, dass es etwas seltsam wäre, eine nichtlokale Theorie / einen nichtlokalen Formalismus verwenden zu müssen, um streng lokale Phänomene zu beschreiben.

Antworten (4)

Oder sträuben sich Wissenschaftler, die Lokalität nur aufgrund ihres gesunden Menschenverstandes und einer klassischen Weltanschauung aufzugeben?

Genau das ist es.

Das EPR-Paradoxon ist nicht wirklich ein Paradoxon. Es wird durch Verschränkung und (die Kopenhagener Interpretation der) Quantenmechanik erklärt. Es findet keine Übertragung statt, da es nur eine Wellenfunktion gibt, die sich räumlich ausdehnt, um beide Körper einzukapseln, und ihr Kollaps überall gleichzeitig stattfindet. Es ist also per se sogar ein Lokalitätsproblem .

Außerdem ist im üblichen EPR-Gedankenexperiment die Wahrscheinlichkeit, den Spin zu erhöhen oder zu verringern, genau 50-50, also rein zufällig. Sie können dies also nicht einmal zur Übermittlung von Informationen verwenden . Wenn die Wahrscheinlichkeit nicht 50-50 war, dann müssen Sie vor dem Ereignis Informationen über den jeweiligen Zerfallsvorgang gehabt haben ...

Der springende Punkt des "Paradoxons" ist, dass Sie klassischerweise erwarten, dass Dinge, die unendlich weit voneinander entfernt sind, unabhängig voneinander sind. Die ganze Frage lautet: "Wie weit müssen die beiden Körper, die zum Zeitpunkt 0 kurz miteinander interagierten, sein, damit der andere nicht einbezogen werden muss, um den ersten zu beschreiben?". Quantenmechanisch lautet die Antwort nie .

"Niemals" antwortet nicht wirklich "wie weit?". Das ist etwas verwirrend. Ich schätze, Sie meinten "das Ziel wird jedoch nicht erreicht".
@Ruslan Ich verstehe die Kritik nicht wirklich. Hättest du gewollt, dass ich „im Unendlichen“ antworte? Aber das setzt voraus, dass der Grad der Verschränkung exponentiell abnimmt, was ich, obwohl vielleicht wahr, nicht annehmen wollte. Meine Logik war wie die Antwort "Ich verkaufe das Auto nicht" auf jemanden, der fragt "Wie viel kostet dieses Auto".
Klassischerweise müssen sie nicht in irgendeiner Entfernung oder Zeit einbezogen werden, um sich gegenseitig zu beschreiben. EPR korreliert absichtlich zwei Partikel und sendet sie in verschiedene Richtungen, um sie zu messen. Nach der Trennung haben sie klassisch oder sonstwie nichts mehr miteinander zu tun.

Wir gewinnen nur Informationen über etwas, das sogar in einer raumähnlichen Entfernung sein könnte, aber was ist daran falsch?

Ich denke, Sie unterbieten hier das Paradox ein wenig. Natürlich können Sie sich eine klassische Situation vorstellen, in der Sie Informationen über ein Objekt raumartig von Ihnen getrennt erhalten, auf eine Weise, die niemanden überraschen würde. Wenn Sie zum Beispiel einen Ball aus einer Tasche mit einem roten und einem blauen Ball ziehen, ohne auf die Farbe zu achten, und dann in die Andromeda-Galaxie reisen und nachsehen, kennen Sie sofort auch die Farbe des anderen Balls.

Bell zeigte als einfache mathematische Tatsache, dass dies nicht ausreicht, um die Verschränkung in der Quantenmechanik zu erklären. Eine einfache Möglichkeit, dies zu beschreiben, ist das CHSH-Spiel, bei dem Alice und Bob (während des gesamten Spiels durch Leerzeichen getrennt) unabhängige zufällige Bits gegeben werden X , j und sie müssen Bits ausgeben A , B so dass A + B = X j Mod 2 . Klassischerweise ist es nicht schwer, sich selbst davon zu überzeugen, dass sie am besten raten können A = B = 0 und gewinnen 75 % der ganzen Zeit. Aber wenn sie ein verschränktes Teilchenpaar teilen, können sie gewinnen 85 % der ganzen Zeit. Das ist viel schwerer zu bewältigen als die Situation im vorherigen Absatz.

Letzten Endes ist daran natürlich nichts auszusetzen, und es wurde schlüssig durch Experimente gezeigt, dass das Universum wirklich so funktioniert. Aber es ist definitiv etwas Überraschendes und widerspricht unserer klassischen Intuition.

Es gibt eine Computeranalogie zur Erklärung von QM, der ich glaube, niemand wird widersprechen. Es ist die rechnerische Version der Quantenmechanik, die besagt, dass ein verschränkter Zustand in QM nicht von zwei separaten Computern simuliert werden kann, die jedes Teilchen separat modellieren. Das heißt, wenn Sie zwei verschränkte Teilchen simulieren, die sich voneinander entfernen, können Sie nicht jedem Teilchen einen separaten Computer zuweisen, selbst wenn es getrennt ist. Weitere Einzelheiten finden Sie hier . In diesem Sinne ist QM nicht lokal. Viele Physiker sind aus irgendeinem Grund immer noch nicht davon überzeugt, dass diese Computeranalogie etwas zur Diskussion beiträgt. Für mich ist es ein Beweis dafür, dass Nichtlokalität unvermeidlich ist.

Wir gewinnen nur Informationen über etwas, das sogar in einer raumähnlichen Entfernung sein könnte, aber was ist daran falsch?

Nichts. Es gibt einfach zwei Gesichtspunkte, wie man mit Verstrickungen umgeht. Das Übliche ist, dass die Überlagerung eine vorübergehende, aber reale Sache ist, auch über die Entfernung. Und die Verschränkung ist nach der Produktion abgeschlossen und nur unser Wissen über die Bauteile ist bis zur Messung null. Die Komplikation ergibt sich aus drei Tatsachen, dass die Zustände zerstört werden, aber das richtige Ergebnis für beide Partikel bei weniger als 50 Prozent erzielt wird.

Trotzdem ist es immer noch möglich, zwei Objekte zu korrelieren (nicht zu verschränken) und sie mit Ergebnissen, die der Quantenmechanik entsprechen, an zwei separate Tester zu senden. Die Messungen folgen dem Malus-Gesetz cos2theta.