Войти в аккаунт
Хотите наслаждаться полной версией, а также получить неограниченный доступ ко всем материалам?
Заявка на добавление в друзья

Теорема Белла - противовес теориям Эйнштейна???

<tbody> </tbody>

Теорема Белла 

Можно экспериментально определить, имеются ли в квантовой механике неучтенные скрытые параметры. В 1964 д-р Джон С. Белл опубликовал один опыт, который до сих пор не дает покоя физикам. Белл вроде бы доказал, что квантовые эффекты являются “нелокальными” в бомовском смысле; то есть они наблюдаются не просто здесь или там, а там и здесь одновременно. На первый взгляд это значит, что пространство и время реальны только для наших животных органов чувств; в действительности же они не реальны.

«Бог не играет в кости со Вселенной».

Этими словами Альберт Эйнштейн бросил вызов коллегам, разрабатывавшим новую теорию — квантовую механику. По его мнению, принцип неопределенности Гейзенберга и уравнение Шрёдингера вносили в микромир нездоровую неопределенность. Он был уверен, что Создатель не мог допустить, чтобы мир электронов так разительно отличался от привычного мира ньютоновских бильярдных шаров. Фактически, на протяжении долгих лет Эйнштейн играл роль адвоката дьявола в отношении квантовой механики, выдумывая хитроумные парадоксы, призванные завести создателей новой теории в тупик. Тем самым, однако, он делал доброе дело, серьезно озадачивая теоретиков противоположного лагеря своими парадоксами и заставляя глубоко задумываться над тем, как их разрешить, что всегда бывает полезно, когда разрабатывается новая область знаний.

Есть странная ирония судьбы в том, что Эйнштейн вошел в историю как принципиальный оппонент квантовой механики, хотя первоначально сам стоял у ее истоков. В частности, Нобелевскую премию по физике за 1921 год он получил вовсе не за теорию относительности, а за объяснение фотоэлектрического эффекта на основе новых квантовых представлений, буквально захлестнувших научный мир в начале ХХ века.

Больше всего Эйнштейн протестовал против необходимости описывать явления микромира в терминах вероятностей и волновых функций (см. Квантовая механика), а не с привычной позиции координат и скоростей частиц. Вот что он имел в виду под «игрой в кости». Он признавал, что описание движения электронов через их скорости и координаты противоречит принципу неопределенности. Но, утверждал Эйнштейн, должны существовать еще какие-то переменные или параметры, с учетом которых квантово-механическая картина микромира вернется на путь целостности и детерминизма. То есть, настаивал он, нам только кажется, будто Бог играет с нами в кости, потому что мы не всё понимаем. Тем самым он первым сформулировал гипотезу скрытой переменной в уравнениях квантовой механики. Она состоит в том, что на самом деле электроны имеют фиксированные координаты и скорость, подобно ньютоновским бильярдным шарам, а принцип неопределенности и вероятностный подход к их определению в рамках квантовой механики — результат неполноты самой теории, из-за чего она и не позволяет их доподлинно определить.

Теорию скрытой переменной можно наглядно представить примерно так: физическим обоснованием принципа неопределенности служит то, что измерить характеристики квантового объекта, например электрона, можно лишь через его взаимодействие с другим квантовым объектом; при этом состояние измеряемого объекта изменится. Но, возможно, есть какой-то иной способ измерения с использованием неизвестных нам пока что инструментов. Эти инструменты (назовем их «субэлектронами»), возможно, будут взаимодействовать с квантовыми объектами, не изменяя их свойств, и принцип неопределенности будет неприменим к таким измерениям. Хотя никаких фактических данных в пользу гипотез такого рода не имелось, они призрачно маячили на обочине главного пути развития квантовой механики — в основном, я полагаю, по причине психологического дискомфорта, испытываемого многими учеными из-за необходимости отказа от устоявшихся ньютоновских представлений об устройстве Вселенной.

И вот в 1964 году Джон Белл получил новый и неожиданный для многих теоретический результат. Он доказал, что можно провести определенный эксперимент (подробности чуть позже), результаты которого позволят определить, действительно ли квантово-механические объекты описываются волновыми функциями распределения вероятностей, как они есть, или же имеется скрытый параметр, позволяющий точно описать их положение и импульс, как у ньютоновского шарика. Теорема Белла, как ее теперь называют, показывает, что как при наличии в квантово-механической теории скрытого параметра, влияющего на любую физическую характеристику квантовой частицы, так и при отсутствии такового можно провести серийный эксперимент, статистические результаты которого подтвердят или опровергнут наличие скрытых параметров в квантово-механической теории. Условно говоря, в одном случае статистическое соотношение составит не более 2:3, а в другом — не менее 3:4.

(Тут я хочу в скобках заметить, что в том году, когда Белл доказал свою теорему, я был студентом-старшекурсником в Стэнфорде. Рыжебородого, с сильным ирландским акцентом Белла было трудно не заметить. Помню, я стоял в коридоре научного корпуса Стэнфордского линейного ускорителя, и тут он вышел из своего кабинета в состоянии крайнего возбуждения и во всеуслышание заявил, что только что обнаружил по-настоящему важную и интересную вещь. И, хотя доказательств на этот счет у меня нет никаких, мне очень хотелось бы надеяться, что я в тот день стал невольным свидетелем его открытия.)

Однако опыт, предлагаемый Беллом, оказался простым только на бумаге и поначалу казался практически невыполнимым. Эксперимент должен был выглядеть так: под внешним воздействием атом должен был синхронно испустить две частицы, например два фотона, причем в противоположных направлениях. После этого нужно было уловить эти частицы и инструментально определить направление спина каждой и сделать это тысячекратно, чтобы накопить достаточную статистику для подтверждения или опровержения существования скрытого параметра по теореме Белла (выражаясь языком математической статистики, нужно было рассчитать коэффициенты корреляции).

Самым неприятным сюрпризом для всех после публикации теоремы Белла как раз и стала необходимость проведения колоссальной серии опытов, которые в ту пору казались практически невыполнимыми, для получения статистически достоверной картины. Однако не прошло и десятилетия, как ученые-экспериментаторы не только разработали и построили необходимое оборудование, но и накопили достаточный массив данных для статистической обработки. Не вдаваясь в технические подробности, скажу лишь, что тогда, в середине шестидесятых, трудоемкость этой задачи казалась столь чудовищной, что вероятность ее реализации представлялась равной тому, как если бы кто-то задумал посадить за пишущие машинки миллион дрессированных обезьян из пословицы в надежде отыскать среди плодов их коллективного труда творение, равное Шекспиру.

Когда в начале 1970-х годов результаты экспериментов были обобщены, всё стало предельно ясно. Волновая функция распределения вероятностей совершенно безошибочно описывает движение частиц от источника к датчику. Следовательно, уравнения волновой квантовой механики не содержат скрытых переменных. Это единственный известный случай в истории науки, когда блестящий теоретик доказал возможность экспериментальной проверки гипотезы и дал обоснование метода такой проверки, блестящие экспериментаторы титаническими усилиями провели сложный, дорогостоящий и затяжной эксперимент, который в итоге лишь подтвердил и без того господствующую теорию и даже не внес в нее ничего нового, в результате чего все почувствовали себя жестоко обманутыми в ожиданиях!

Однако не все труды пропали даром. Совсем недавно ученые и инженеры к немалому собственному удивлению нашли теореме Белла весьма достойное практическое применение. Две частицы, испускаемые источником на установке Белла, являются когерентными (имеют одинаковую волновую фазу), поскольку испускаются синхронно. И это их свойство теперь собираются использовать в криптографии для шифровки особо секретных сообщений, направляемых по двум раздельным каналам. При перехвате и попытке дешифровки сообщения по одному из каналов когерентность мгновенно нарушается (опять же в силу принципа неопределенности), и сообщение неизбежно и мгновенно самоуничтожается в момент нарушения связи между частицами.

А Эйнштейн, похоже, был неправ: Бог все-таки играет в кости со Вселенной. Возможно, Эйнштейну все-таки следовало прислушаться к совету своего старого друга и коллеги Нильса Бора, который, в очередной раз услышав старый припев про «игру в кости», воскликнул: «Альберт, перестань же ты, наконец, указывать Богу, что ему делать!»

Джон Стюарт БЕЛЛ

John Stewart Bell, 1928–91

Физик из Северной Ирландии. Родился в Белфасте, в бедной семье. В 1949 году окончил Белфастский Королевский университет, после чего недолгое время работал там же в должности ассистента физической лаборатории.

После нескольких лет работы в Институте атомной энергии в г. Харвелл (Harwell) в 1960 году Белл был приглашен в Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве и проработал там оставшуюся часть жизни.

Жена ученого Мэри Белл также была физиком и сотрудником ЦЕРНа.

Принесшую ему известность теорему Белл сформулировал во время краткосрочной стажировки в США.

Источник: http://elementy.ru/trefil/21102

30.11.2012 14:44
Все права защищены 2011    
Источник: elementy.ru
{{ rating.votes_against }} {{ rating.rating }} {{ rating.votes_for }}

Комментировать

осталось 1800 символов
Свернуть комментарии

Все комментарии (12)

Дмитрий Степанов

комментирует материал 02.12.2012 #

Как интересно!
Только что Вы, Владимир, ссылались на авторитет Эйнштейна по вопросу бытия божьего, а оказалось, Эйнштейн и физике всё наврал!

no avatar
Сергиенко Владимир

отвечает Дмитрий Степанов на комментарий 02.12.2012 #

Истина только Творец, а все остальное могут быть ???

no avatar
Дмитрий Степанов

комментирует материал 02.12.2012 #

А вот название неверное.
Теориями Эйнщтейна называются СТО и ОТО, а они Беллом даже не затрагиваются.

no avatar
Aquarius Waterly

комментирует материал 02.12.2012 #

Ну и что ? Объекты микромира ведут себя совершенно иначе чем объекты макромира; а теории Энштейна относились прежде всего к объектам макромира. Что касается фотоэлектрического эффекта, то он не имеет к волновой механике Шредингера никакого непосредственного отношения; это просто терминологическая путаница: речь лишь о "порционности" энергии, которая поглощается электроном, чтобы быть "оторванным" от металла, но вовсе не о форме электронного облака (о чём говорят решения уравнения Шредингера).
Автор, у Вас что, задание "наехать" на Энштейна ?

no avatar
Андрей Петров

комментирует материал 02.12.2012 #

Если честно, то не понимаю в чём у них загвоздка.
В катодной трубке перемещаются электроны? Тогда проектировщикам ЭЛТ прекрасно известно как они перемещаются. При изготовлении таких лучевых приборов принимаются меры к тому, чтобы электрон попадал именно в нужную точку, а не куда ему самому захочется попасть.
А куда ему захочется попасть? Для того, чтобы заставить его лететь в нужную точку, это необходимо заранее предвидеть, то есть, знать. И с этой задачей практикующие физики прекрасно справляются.
Есть, правда, проблема. У Макса Борн в "Атомная физика" упоминаются анодные лучи. С ними экспериментировали, но более никакой информации нет. Наверное, это позитроны. :-)) Но об этом лучше молчать.

no avatar
Mученик Hауки

комментирует материал 02.12.2012 #

На самом деле физика устроена иначе.
1) То, что нам выдаётся за уравнение Шредингера, на самом деле слегка преобразованное волновое уравнение.
2) То что нам выдаётся за плотность вероятности обнаружения частицы в том или ином месте - на самом деле это реальное распределение плотности частицы. Все частицы - это реально размазанные в пространстве волновые вихревые объекты.
3) Квантовая физика появляется из-за того, что решения волнового уравнения имеют дискретный спектр. То бишь функциональный ряд. Причём от двух целых чисел (m,n). И каждый член этого ряда есть одна из элементарных частиц. (0,0) - электрон, (1,0) - нейтрон, (1,1) - протон и так далее.
4) Всё что касается теорий Белла по квантовой физике - так это не более чем аналог критики ТО Эйнштейна. Никакого нового содержания здесь нет.

no avatar
Николай Сайнюк

комментирует материал 02.12.2012 #

Квантовая механика только приближенно описывает процессы происходящие в микромире. Здесь прав Мученик Науки "То что нам выдаётся за плотность вероятности обнаружения частицы в том или ином месте - на самом деле это реальное распределение плотности частицы. Все частицы - это реально размазанные в пространстве волновые вихревые объекты." Другими словами волновая функция только приближенно отражает этот факт. И копенгагенская интерпретация волновой функции ошибочна. А скрытые параметры в квантовой механике существуют (www.mtokma.narod.ru/srytyje_parametry.doc).

no avatar
Павел Каравдин

комментирует материал 03.12.2012 #

Современная теоретическая физика родилась на основе ошибочного совмещения двух несовместимых физик Ньютона и Аристотеля Парижской АН в 1818 году. Отсюда началась двойственность. Более подробно http://www.proza.ru/2012/11/23/846

no avatar
×
Заявите о себе всем пользователям Макспарка!

Заказав эту услугу, Вас смогут все увидеть в блоке "Макспаркеры рекомендуют" - тем самым Вы быстро найдете новых друзей, единомышленников, читателей, партнеров.

Оплата данного размещения производится при помощи Ставок. Каждая купленная ставка позволяет на 1 час разместить рекламу в специальном блоке в правой колонке. В блок попадают три объявления с наибольшим количеством неизрасходованных ставок. По истечении периода в 1 час показа объявления, у него списывается 1 ставка.

Сейчас для мгновенного попадания в этот блок нужно купить 1 ставку.

Цена 10.00 MP
Цена 40.00 MP
Цена 70.00 MP
Цена 120.00 MP
Оплата

К оплате 10.00 MP. У вас на счете 0 MP. Пополнить счет

Войти как пользователь
email
{{ err }}
Password
{{ err }}
captcha
{{ err }}
Обычная pегистрация

Зарегистрированы в Newsland или Maxpark? Войти

email
{{ errors.email_error }}
password
{{ errors.password_error }}
password
{{ errors.confirm_password_error }}
{{ errors.first_name_error }}
{{ errors.last_name_error }}
{{ errors.sex_error }}
{{ errors.birth_date_error }}
{{ errors.agree_to_terms_error }}
Восстановление пароля
email
{{ errors.email }}
Восстановление пароля
Выбор аккаунта

Указанные регистрационные данные повторяются на сайтах Newsland.com и Maxpark.com

Перейти на мобильную версию newsland