EPR-paradoksi
EPR-paradoksi on kvanttimekaniikan varhainen ja voimakas kritiikki. Albert Einstein ja hänen työtoverinsa Boris Podolsky ja Nathan Rosen sanoivat, että Niels Bohr, Werner Heisenberg ja muut Kööpenhaminan tutkijat olivat väärässä epävarmuuden suhteen. Heisenberg väitti, että minkään atomin kokoisen tai sitä pienemmän hiukkasen sijaintia ja liikemäärää (tai nopeutta tai liikerataa) ei voi koskaan tietää. Ajatuksena oli, että näitä kahta ei voitaisi mitata samanaikaisesti ja että heti kun toinen mitataan, tapahtuu muutos, eikä toisesta saada samaa vastausta kuin jos se olisi mitattu ensin. Einstein ja hänen ryhmänsä sanoivat, että Heisenbergin pitäisi miettiä asiaa uudelleen. Oletetaan, että on kaksi hyvin pientä hiukkasta. Mittaat kummankin painon ja liimaat ne sitten yhteen. Työnsit niitä hieman. Sitten jokin rikkoi ne erilleen. Niillä pitäisi olla sekä sijainnit että nopeudet, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Jos siis mittaat toisen hiukkasen sijainnin, vaikka olettaisitkin, että Heisenberg oli oikeassa ja että sen nopeus ei voi mitattaessa mennä sekaisin, se ei varmasti tarkoita, että sillä ei olisi koskaan ollut tiettyä nopeutta. Todisteeksi Einstein sanoi, että seuraavaksi voitaisiin mitata toisen hiukkasen nopeus, ja koska kaikki on matemaattisesti sidoksissa toisiinsa, tiedettäisiin ensimmäisen hiukkasen nopeus.
Heisenberg saattoi olla oikeassa vain yhdellä tavalla, jota Einstein piti järjettömänä: Entä jos ensimmäisen hiukkasen sijainnin mittaaminen sekoittaisi toisen hiukkasen nopeuden? Se olisi kuin taikuutta. Miten kukaan voisi selittää tällaisen vaikutuksen? Oletetaan, että kaksi hiukkasta liikkuivat hyvin nopeasti ja että aikaa oli kulunut kauan. Jos jokin ensimmäiselle hiukkaselle tapahtunut tapahtuma vaikuttaisi jotenkin toiseen hiukkaseen, sen vaikutuksen täytyisi kulkea valonnopeutta nopeammin, mikä on mahdotonta. Erwin Schrödingerin kaltaiset fyysikot ehdottivat, että ehkä sijainnin ja nopeuden suhde vain katoaisi vähitellen jotenkin. Schrödinger kutsui kahden hiukkasen välistä yhteyttä (ja kaikkea vastaavaa, joka tapahtui muille asioille) "kietoutumiseksi".
"Aavemainen etätoiminta", kuten Einstein sitä kutsui, on yksi tapa ymmärtää tämä paradoksi. Einstein ei voinut tietää, että tulevat kokeet osoittaisivat kietoutumisen olemassaolon. Lopulta John Stewart Bell osoitti matemaattisesti, että piilomuuttujat eivät voi mitenkään selittää kokeellisia tuloksia, jotka osoittavat kietoutumista.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on EPR-paradoksi?
V: EPR-paradoksi on Albert Einsteinin, Boris Podolskyn ja Nathan Rosenin esittämä varhainen ja voimakas kritiikki kvanttimekaniikkaa kohtaan. He väittivät, että Niels Bohr, Werner Heisenberg ja muut tutkijat Kööpenhaminassa olivat väärässä epävarmuuden suhteen.
K: Mitä Heisenberg väitti?
A: Heisenberg väitti, että minkään atomin kokoisen tai sitä pienemmän hiukkasen sijaintia ja liikemäärää (tai nopeutta tai liikerataa) ei voi koskaan tietää. Ajateltiin, että toisen mittaaminen aiheuttaisi muutoksen toisessa, joten niitä ei voitaisi mitata samanaikaisesti.
Kysymys: Miten Einstein vastasi tähän väitteeseen?
V: Einstein sanoi, että jos kaksi hyvin pientä hiukkasta olisi kiinni toisissaan sen jälkeen, kun niiden paino on mitattu, ja jos niitä sitten työnnettäisiin, ennen kuin ne hajotettaisiin jälleen toisistaan, niiden sijainnin ja nopeuden pitäisi olla suhteessa toisiinsa. Jos siis mitataan yhden hiukkasen sijainti, vaikka se sekoittaisi samalla nopeutensa, sillä on silti täytynyt olla tietty nopeus ennen mittausta.
K: Mitä selitystä Erwin Schrödinger ehdotti tälle paradoksille?
V: Erwin Schrödinger ehdotti, että ehkä sijainnin ja nopeuden välinen yhteys katoaisi vähitellen jotenkin; hän kutsui tätä kahden hiukkasen välistä yhteyttä "kietoutumiseksi". Einstein kutsui tätä ilmiötä "aavemaiseksi etävaikutukseksi".
Kysymys: Uskoiko Einstein, että kietoutuminen oli olemassa?
V: Ei, Einstein ei voinut tietää, että tulevat kokeet osoittaisivat kietoutumisen olemassaolon.
K: Kuka osoitti matemaattisesti, että kietoutuminen on olemassa?
V: John Stewart Bell osoitti matemaattisesti, että piilomuuttujat eivät voi mitenkään selittää kokeellisia tuloksia, jotka osoittavat, että kietoutuminen on olemassa.
