Почему запутанные частицы должны мгновенно сообщать о своем вращении? [дубликат]

Они прямо говорят «общаться» или вы перефразируете? Потому что общаться неправильно. По крайней мере, когда события измерения спина разделены пространственным интервалом (а это ситуации, когда запутанность загадочна), связь >>невозможна<< . Так что в таких ситуациях запутанные частицы просто не общаются.

Приведу незагадочный классический пример. Предположим, вы спрятали два мяча в двух одинаковых ящиках: красный мяч в одном и синий в другом. Спешу сразу сказать, что это >>не<< похоже на запутанность — цвета шаров предопределены (ниже я приведу вам непредопределенный классический пример). Во всяком случае, предположим, что теперь вы разделяете свои два ящика на несколько миль (или световых лет, если хотите). Если кто-то откроет одну коробку и увидит красный шар, то мы знаем, что кто-то, открыв другую коробку, увидит синий. Верно? Но никакого «общения» не нужно. Верно?

Именно это и происходит с запутанными частицами. Никакой тайны, за исключением следующего, где появляется обещанный непредопределенный пример, а именно: Вместо двух шаров предположим, что в каждом ящике есть монета, которую вы подбросили в воздух, и монеты все еще вращаются. В конечном итоге они выпадут орлом или решкой, но они не приземлятся, пока не будет открыта соответствующая коробка. Загадка в том, что если они «запутались», то если один выпадет орлом, то другой выпадет решкой, и наоборот. Таким образом, вы бы сделали вывод, что должно происходить какое-то «общение».

Однако, по аналогии с нашими запутанными спинами частицами, мы точно знаем, что связи нет. И в этом загадка — мы не можем интуитивно примирить наше классическое мышление, как показано на наших примерах с шарами и монетами, с этой неклассической реальностью. Подводя итог размышлениям, проиллюстрированным этими классическими примерами, вспомним, что шары не общаются, но корреляция между их результатами не представляет собой никакой тайны. Монеты также не взаимодействуют, но теперь любая наблюдаемая корреляция является неожиданной/загадочной. То же самое и со спин-запутанными частицами. Но «общение» — это не ответ (ни у кого пока нет интуитивно удовлетворительного ответа).

Отредактируйте , поскольку комментарий ниже получил несколько голосов, позвольте мне немного расширить это замечание следующим образом...

Наблюдаемая корреляция между измерениями запутанных частиц, когда события измерений разделены пространственноподобным интервалом, не может быть объяснена причинно-следственной «связью». Вызовите два события измерения$m_1$а также$m_2$. Тогда один наблюдатель может увидеть$m_1$происходящее до$m_2$в то время как второй наблюдатель (в другой инерциальной системе отсчета) может видеть$m_2$происходящее до$m_1$. Так что нет однозначного способа сказать, что было первым,   $m_1=\mbox{chicken}$   или   $m_2=\mbox{egg}$   (извините, не удержался:). Таким образом, вы не можете сказать, что одно «вызвало» другое, просто потому, что вы даже не можете сказать, что одно произошло раньше другого.

Единственное, что можно сказать однозначно, это то, что единственное событие подготовки, приведшее обе частицы в единое запутанное состояние, произошло до обоих последующих измерений (в обоих их прошлых световых конусах). И именно это подготовительное событие каким-то образом «вызвало» последующую корреляцию измерений. То есть это не вызвало каждый отдельный результат измерения как таковой, потому что они в конечном счете случайны, но оно каким-то образом вызвало корреляцию между ними.

И хотя вы, вероятно, думаете: «А?… как вызвать корреляцию, не вызывая коррелирующих событий?», скорее всего, это проблема нашей интуиции, развившейся в течение жизни, наблюдающей за классическими явлениями.

Очень хороший вопрос, потому что «мгновенный» не имеет особого смысла в рамках специальной теории относительности. «Мгновенное» подразумевает одновременное наблюдение двух состояний частиц, но это будет зависеть от нашей системы отсчета. См . https://en.wikipedia.org/wiki/Spacetime#Relativity_of_simultaneity .

Что они действительно имеют в виду в этих видеороликах и что показывают эксперименты, так это то, что состояния двух частиц коррелируют, даже когда два измерения происходят вне световых конусов друг друга. Другими словами, мы видим корреляцию, даже когда между двумя измерениями существует пространственное разделение. Современные теории не допускают перемещения информации между двумя пространственно-подобными разделенными измерениями. (Кстати, с пространственным разделением мы всегда можем найти систему отсчета, наблюдатель которой увидит, что два измерения действительно происходят одновременно.)

Возможно, вас заинтересует эта статья о конкретном эксперименте 2013 года. События расположены на этой диаграмме:

Не существует (известного) способа, которым результат измерения А мог бы повлиять на результат измерения В или наоборот. Но «мгновенное общение» по-прежнему вводит в заблуждение.

Вот ответ экспериментатора:

Квантовая механика — это базовая структура природы, из которой возникает классическая структура. Это математическая модель, которая зависит от постулатов, таких как дополнительные аксиомы , чтобы выбрать из всех возможных решений квантово-механических волновых уравнений те, которые соответствуют данным. До сих пор в этих расчетах не было ни одной фальсификации. т.е. они описывают существующие данные и успешно предсказывают новые ситуации.

Модель КМ предсказывает плотности вероятности, т. е. математические решения, волновые функции, которые определяются граничными условиями задачи, при комплексно-сопряженном квадрате дают распределение плотности вероятности для взаимодействия или распада или... Экспериментально плотности вероятности событие за событием, а затем распределения проверяются на соответствие предсказаниям теории.

Волновая функция не является измеримой величиной, это всего лишь совокупность многих событий, которые могут подтвердить волновую функцию.

Волновые функции охватывают все доступное фазовое пространство в пространстве и времени, и законы сохранения выполняются для отдельных событий. Например, волновая функция для рассеяния двух электронов содержит все вероятности рассеяния электрона на другом электроне и суммирования их спинов до нуля, вся информация о спинах содержится в волновой функции. Когда измеряется единичное событие, т. е. измерено, что один электрон имеет спин 1/2, законы сохранения немедленно скажут нам, что другой имеет спин -1/2. Нет передачи информации.

С решениями релятивистских дифференциальных уравнений все усложняется, потому что могут существовать решения/волновые функции, которые могут иметь математическое описание за пределами светового конуса . Поскольку мы знаем, что связь быстрее скорости света экспериментально исключена, это означает, что это конкретное решение не может быть использовано для описания физически осмысленной ситуации. Смотрите мой ответ на соответствующий вопрос здесь .

Запутанность — это сокращенный способ сказать, что существует полное квантово-механическое решение для этих граничных условий и этой системы. Если решение правильное, оно по своей конструкции содержит всю информацию, ничего не сообщается, оно просто описывается/моделируется.

Любые разговоры о «мгновенном общении» — это в лучшем случае ложь детям : чрезмерное упрощение, которое на самом деле не работает и искажает важные аспекты темы, но которое смутно подходит для первого подхода к предмету. Мы не так хорошо понимаем запутанность, как хотелось бы, но очень немногие серьезные физики, работающие над этой темой, верят, что такая связь существует.

Тем не менее, видео Veritasium, на которое вы ссылаетесь, очень тщательно избегает этой ловушки, и Дерек Мюллер никогда не утверждает, что частицы взаимодействуют: если вы действительно слушаете, что он говорит,

когда измеряется одна частица и определяется ее спин, вы сразу знаете, каким будет такое же измерение другой частицы

он дает понять, что любая мгновенность со стороны наблюдателя, а не физическая связь между частицами; то же самое и с более поздней цитатой

это как если бы выбор измерения повлиял на результат секунды, превышающей скорость света, что действительно так интерпретируют результат некоторые теоретики.

Чрезвычайно трудно согласовать какое-либо понятие мгновенного сообщения со специальной теорией относительности, потому что в СТО одновременность — относительное понятие : в одной системе отсчета два измерения могут выглядеть мгновенными, но если вы исследуете эксперимент в другой инерциальной системе отсчета, то измерение частицы B происходит раньше, чем измерение частицы A. Учитывая это, как может A передать свой опыт B и получить там информацию до того, как она будет измерена?

Итак, почему это не проблема? Что ж, как упоминалось в видео, запутанность нельзя использовать для общения , и нам не доступно ни одно физическое явление, которое противоречит специальной теории относительности. Любое впечатление одновременности или мгновенности — полностью артефакт того, как мы наблюдаем вещи и как мы их интерпретируем.

Это может звучать как довольно бессвязный и уклончивый ответ, а также может звучать так, будто мы не так хорошо понимаем запутанность, как хотелось бы. Этот последний фрагмент абсолютно точен, и любой, кто говорит вам, что понимает его, обманывает себя. Квантовая механика предполагает, что если существует какая-то основная реальность, которую мы затем измеряем, то эта реальность в некотором смысле нелокальна, но до сих пор природа этой нелокальности оказывалась крайне неуловимой. Очень заманчиво сделать то, что сделал kpv в принятом ответе, и заполнить этот пробел предположениями, но, честно говоря, я не думаю, что это особенно полезно. Есть вещи, которых мы не понимаем, и на этом можно остановиться.

Есть три вида возможностей, которые могут объяснить КОМБИНАЦИЮ двух типов приведенных ниже наблюдений, относящихся к запутанности.

1. Корреляция двух частиц любой одиночной запутанной пары. Совершенная антикорреляция (противоположные вращения при измерении в одном направлении) является частным случаем этого, который чаще всего наблюдается.

2. Статистическая корреляция между результатами измерения множества пар при измерении под любыми углами. 1.) также можно считать частным случаем 2.)

Чтобы объяснить приведенную выше комбинацию наблюдений, существуют три вида возможностей. Это всего лишь возможности, никто не знает, как на самом деле формируются корреляции.

1) Между двумя частицами запутанной пары существует активная связь, способная сигнализировать на скорости FTL , таким образом, измерение одной частицы влияет на состояние другой, и тогда легко ожидать наблюдаемую статистическую корреляцию. Это та возможность, о которой вы говорите, и ее также чаще всего предполагает большая часть публики, когда они пытаются объяснить / понять корреляции.

Под сигналом здесь я подразумеваю средство, с помощью которого запутанность якобы разрушается при измерении первой частицы. Этот сигнал не может быть использован/обнаружен каким-либо наблюдателем для какой-либо/информационной/коммуникационной цели. Это всего лишь предположение о том, как запутанность может разрушиться. см. теорему об отсутствии связи на вики.

2) Реальность/Местность не такая, как мы ее понимаем. Это означает, что две частицы, находящиеся далеко друг от друга в пространстве, все же могут считаться находящимися в одном и том же месте в квантовом смысле. Это позволяет измерению одной частицы влиять на измерение другой без нарушения скорости света, и тогда легко ожидать наблюдаемой статистической корреляции. По-видимому, это линия, которой придерживается большинство ведущих ученых.

3) Существует еще не открытый классический механизм формирования статистических корреляций на протяжении эксперимента. Одних только локальных скрытых переменных недостаточно для поддержки такого механизма, и это было доказано неравенством Белла и подтверждено экспериментальными результатами.

Чтобы такой механизм работал, он должен включать «локальные скрытые переменные» ПЛЮС некую глобальную память/накопление/балансировку/синхронизацию. Глобальный означает, что естественная среда в непосредственной близости от эксперимента накапливает информацию о результатах создания и измерения предыдущих пар и управляет результатами создания и измерения последующих пар таким образом, что она уравновешивается в соответствии с квантовой механикой для большого количества пар. .

Я не видел достаточно литературы, которая убедила бы, что эта возможность (3) полностью, критически и честно исключена. В большей части литературы упоминается неравенство Белла, которое опровергает только локальные скрытые переменные.

Некоторые люди также предполагают множество миров, что, на мой взгляд, еще более странно.

Некоторые люди также пытаются объяснить это с точки зрения случайной вероятности, точно так же, как подбрасывание монеты в конечном итоге дает ~ 50/50 процентов орла и решки. Это объяснение становится слабым, когда вы пытаетесь объяснить оба вида наблюдений, перечисленных в начале этого ответа. Вы не можете объяснить идеальную антикорреляцию случайной вероятностью. Для некоторых состояний гарантируется идеальная антикорреляция. Нет никаких гарантий в случайности.