Anonim

Kvasarer kan vise sig kvantekonflikt - eller en 12 mia. Årig sammensværgelse

Fysik

Michael Irving

21. august 2018

2 billeder

Lys fra fjerne kvasarer er blevet anvendt som kosmisk "møntflip " for at hjælpe med at tilvejebringe de stærkeste beviser indtil nu om kvanteforstramning (Credit: draco-zlat / Depositphotos)

Quantum entanglement - ideen om at to partikler kan forblive uløseligt forbundet på tværs af store afstande - er et uhyggeligt begreb, som Einstein selv havde problemer med at acceptere, og i løbet af de sidste par årtier er det vist eksperimenteret igen og igen. Men er der andre involverede variabler, som vi simpelthen ikke forstår endnu? For at finde ud af, har MIT-forskere nu udført et eksperiment, der indtil videre giver det stærkeste bevis for hverken kvantekonflikt eller en "konspiration", der går ud over 12 milliarder år.

Hvis du skulle studere et par partikler, der var kvanteindviklede, påvirker de fysiske egenskaber af en partikel øjeblikkeligt den samme egenskab hos sin partner, uanset hvor meget plads adskiller de to. Klassisk fysik siger, at intet kan rejse hurtigere end lysets hastighed - men kvantekonflikt bryder reglerne ved tilsyneladende at lade disse partikler kommunikere mere end 10.000 gange hurtigere.

Da fænomenet først blev bemærket af Einstein, der famously kaldte det "uhyggelig handling på afstand", blev det betragtet som bevis for, at vores forståelse af kvantteori var ufuldstændig. Einstein sagde "skjulte variabler " skal interferere, som stadig skulle opdages.

I 1960'erne forsøgte fysiker John Bell at kvantificere indflydelsen af ​​disse skjulte variabler. Hvis du tester parparenter, siger Bell, der er en vis grænse, hvor korrelationerne bliver alt for regelmæssige til at være en tilfældighed. Eventuelle korrelationer højere end denne grænse er mest sandsynlige tegn på kvantekonfusion. Frustrerende kunne eksperimenter, der var designet til at teste Bells ulighed, imidlertid introducere smuthuller, hvorved de skjulte variabler kan ødelægge resultaterne igen.

Lukning af smuthulet

Disse smuthuller kan være lige så uhyggelige som kvantklemning selv. En af de sværeste at lukke er "frihedens valg " eller "frivilje " smuthullet - dybest set hvad om nogle ukendte kræfter er manipuleret med forskerens beslutning om, hvad man skal måle, hvilket gør Resultatet ser ud som en sammenhæng, når det faktisk ikke er?

En måde at lukke det smuthull på er at fjerne den menneskelige beslutning fra eksperimentet. I tidligere tests brugte forskere tilfældige talgeneratorer til at gøre et andet valg om, hvilken egenskab der skulle måles mellem par fotoner, men selv det var tænkt at forlade et hul. Lokal virkelighed kan trods alt ikke have for meget tid til at påvirke en begivenhed lige nanosekunder, før den opstår.

Så besluttede MIT-forskerne for den ultimative test: Hvad nu hvis "beslutningen" allerede er lavet, milliarder af år før eksperimentet nogensinde blev opfattet?

Kosmisk møntflip

Lad os sige, at du studerer to gummi bolde for at se om de er det samme. Du kan enten kontrollere, om de er i samme farve eller i samme størrelse, og for at træffe beslutningen skal du vende en mønt for at randomisere den. Det er i det væsentlige hvad MIT forskerne gjorde i det seneste forsøg - men mønten blev vendt for 8 milliarder år siden. Skjulte variabler vil have svært ved at forstyrre det.

Forskerne strålede par indviklede fotoner i modsatte retninger ned ad en tunnel mod detektorer i begge ender. Før fotoner ramte detektorerne, ændrede en "møntflip " vinklen af ​​disse detektorer for at måle en anden egenskab af fotonerne.

I dette tilfælde var "mønt " lys fra to fjerne kvasarer. Forskerne brugte to store teleskoper på De Kanariske Øer til at overvåge disse utroligt lyse himmelske objekter og træffe beslutningen. Hvis lyset af en enkelt foton fra kvasaren var rød, ville den vippe detektoren til en vinkel. Hvis den var blå, ville den vippe en anden måde.

Kickeren er, at en af ​​disse kvasarer er 7, 8 mia. Lysår væk, og den anden er 12, 2 mia. Lysår, hvilket betyder, at lyset fra dem tog så lang tid at komme her. Beslutningen om hvordan man måler de indviklede fotoner var op til 12, 2 milliarder år i frembringelsen.

"Jorden er omkring 4, 5 milliarder år gammel, så enhver alternativ mekanisme - forskellig fra kvantemekanik - som kunne have produceret vores resultater ved at udnytte dette smuthul ville have været på plads længe før selv om der var en planet på jorden, lad alene en MIT, "siger David Kaiser, medforfatter af undersøgelsen. "Så vi har skubbet eventuelle alternative forklaringer tilbage til meget tidligt i kosmisk historie. "

Forskerne kørte det samme eksperiment to gange i 15 minutter hver gang ved hjælp af to forskellige kvasarer. Samlet set målte de mere end 30.000 par indviklede partikler, som viste korrelationer langt ud over Bells grænsen. Holdet beregnede derefter, at chancen for skjulte klassiske variabler, der messede med resultaterne, ville være omkring en på hundrede milliarder milliarder.

"Hvis nogen sammensværgelse sker for at simulere kvantemekanik ved en mekanisme, der rent faktisk er klassisk, ville denne mekanisme have været nødt til at begynde sine operationer - på en eller anden måde at vide præcis hvornår, hvor og hvordan dette forsøg skulle udføres - mindst 7, 8 mia. for mange år siden, "siger Alan Guth, medforfatter af undersøgelsen. "Det virker utroligt umuligt, så vi har meget stærke tegn på, at kvantemekanik er den rigtige forklaring. "

Forskerne indrømmer, at der stadig er en ekstremt lille chance for, at resultaterne kommer gennem et smuthul. I fremtiden planlægger holdet at køre en lignende test ved hjælp af nogle af de ældste lys i universet - mikrobølgestråling tilbage fra Big Bang selv.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

Kilde: MIT

Et diagram der forklarer MIT teamets eksperimentelle opsætning (Credit: MIT)

Lys fra fjerne kvasarer er blevet anvendt som kosmisk "møntflip " for at hjælpe med at tilvejebringe de stærkeste beviser indtil nu om kvanteforstramning (Credit: draco-zlat / Depositphotos)

Anbefalet Redaktørens Valg