[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Przyjęcie takiej hipotezy prowadzi do wniosku, że łączne praw-dopodobieństwo otrzymania różnych wyników pomiaróww A i B jest inne, niż to wynika z mechaniki kwantowej.Do-wód Bella jest bardzo jasny i prosty.Jego twierdzenie maogromne znaczenie teoretyczne, a pózniejsze pomiary, zwłasz-cza wykonane przez Alaina Aspecta w Paryżu, potwierdziłyprzewidywania mechaniki kwantowej.Rysunek 2.5 przedsta-wia schemat jego doświadczenia, polegającego na pomiarzepolaryzacji fotonów wyemitowanych w przeciwnych kierun-kach z jednego zródła.W doświadczeniu Aspecta wybór kierunku pomiaru polary-zacji fotonów był dokonywany dopiero wtedy, gdy fotonyleciały już w stronę detektorów A i B.Wyniki pomiarów po-twierdziły, że łączne prawdopodobieństwo wykrycia fotonówo określonej polaryzacji w punktach A i B jest zgodne z przewi-dywaniami mechaniki kwantowej.Większość fizyków, w tymrównież sam Bell, spodziewała się takiego wyniku, który jestsprzeczny z hipotezą, że dwa odległe fotony stanowią niezależ-ne od siebie układy fizyczne.Z doświadczenia Aspecta wynika,że istnieją efekty związane z korelacjami kwantowymi międzyobiektami odległymi o 12 metrów.Słyszałem, że obecnie sąprowadzone eksperymenty z wykorzystaniem takich efektóww kwantowej kryptografii, w których odległość między detekto-rami wynosi kilka kilometrów.Chciałbym podkreślić, że choć obserwujemy efekty nielokal-ne, to zdarzenia w oddalonych punktach A i B łączą się ze so-bą w bardzo tajemniczy sposób.Korelacje między nimi są bar-dzo subtelne.W szczególności nie można ich wykorzystać do 12 metrówRys.2.5.(a) Cząstka z zerowym spinem rozpada się na dwie cząstki ze spinem1/2, elektron Ei pozyton P.Pomiar spinu jednej z cząstek natychmiast powo-duje, że spin drugiej również ma określoną wartość, (b) Eksperyment EPRzrealizowany przez Alaina Aspecta i jego kolegów.yródło emituje pary skore-lowanych fotonów.Kierunek pomiaru polaryzacji fotonów wybiera się wtedy,gdy fotony już lecą w kierunku detektorów, a zatem jest już zbyt pózno, abysygnał z informacją o kierunku pomiaru polaryzacji jednego fotonu mógł do-trzeć do drugiego.przesyłania sygnałów między punktami A i B z prędkościąwiększą niż prędkość światła.To bardzo ważne, gdyż inaczejmechanika kwantowa byłaby sprzeczna z teorią względności.Kwantowe korelacje to coś bardzo dziwnego - jest to pewienstan przejściowy między całkowitą niezależnością cząstek i za-chowaniem łączności między nimi.Ten czysto kwantowy efektnie ma żadnego odpowiednika na poziomie klasycznym.Drugą Z-tajemnicą, o której chciałbym wspomnieć, jest pro-blem pomiarów zerowych, którego świetną ilustrację stanowiproblem testowania bomb Elitzura-Vaidmana.Proszę sobiewyobrazić, że grupa terrorystów znalazła duży magazyn bomb.Każda bomba ma superczuły detonator, tak czuły, że wystar-czy przekaz pędu związany z uderzeniem jednego fotonu świa-tła widzialnego w lustro detonatora, by bomba wybuchła.Znaczna część bomb w magazynie jest jednak zepsuta.Pro-blem polega na tym, że delikatna dzwignia, do której przymo-cowane jest lusterko, została zablokowana, a zatem gdy poje-dynczy foton uderza w lustro, detonator nie działa i bomba nie TAJEMNICE FIZYKI KWANTOWEJ.75wybucha (rys.2.6 (a)).Lusterko zepsutej bomby ma ustalonepołożenie i nie może się poruszać jak w sprawnym detonato-rze.Zadanie polega na wyszukaniu dobrej bomby spośród du-żego zbioru zepsutych.Zgodnie z regułami fizyki klasycznej za-danie to jest niewykonalne.%7łeby sprawdzić, czy bomba jestsprawna, należy poruszyć detonator, a wtedy dobra bombawybuchnie.Zdumiewające, ale mechanika kwantowa pozwala spraw-dzić, czy coś mogłoby się zdarzyć, choć się nie zdarzyło.Mamytu do czynienia z możliwością sprawdzenia zdań, które filozo-fowie zwą kontrfaktycznymi.Zadziwiające, że zgodnie z me-chaniką kwantową zachodzą pewne zjawiska, będące konse-kwencją sytuacji, które się nie zdarzyły!Oto jak można rozwikłać ten problem.Rysunek 2.6 (b)przedstawia schemat oryginalnego rozwiązania, przedstawio-nego przez Elitzura i Vaidmana w 1993 roku.Przypuśćmy, żesprawdzamy zepsutą bombę.Lustro detektora jest zablokowa-ne i nie może się poruszać, a zatem gdy uderza w nie foton,bomba nie wybucha.Wykonujemy teraz doświadczenie przed-stawione na rysunku 2.6 (b).Wyemitowany foton napotyka napółprzepuszczalne lustro.Takie lustro przepuszcza połowę pa-dającej wiązki światła, a połowę odbija.Ktoś mógłby sądzić, żeto oznacza, iż połowa fotonów przenika przez lustro, a połowaulega odbiciu.Na poziomie kwantowym sytuacja wygląda jed-nak inaczej.Każdy pojedynczy foton po spotkaniu z lustremznajduje się w stanie będącym superpozycją dwóch możliwo-ści, dwóch stanów, z których jeden opisuje foton odbity, a dru-gi przepuszczony.Lustro bomby jest umieszczone pod kątem45� do trajektorii wiązki przepuszczonej.Wiązka odbita napo-tyka na zwykłe zwierciadło, również ustawione pod kątem 45�,po czym obie wiązki spotykają się na powierzchni kolejnegopółprzepuszczalnego lustra, za którym są ustawione detektoryA\B.Rozważmy, co się dzieje z pojedynczym fotonem, gdy bombajest zepsuta.Gdy foton napotyka pierwsze półprzepuszczalnelustro, przechodzi do stanu będącego superpozycją dwóch sta-nów.Pierwszy opisuje foton, który przeleciał przez lustro i teraz 76 " MAKROSWIAT, MIKROSWIAT I LUDZKI UMYSABU(b)Rys.2.6 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl centka.pev.pl
.Przyjęcie takiej hipotezy prowadzi do wniosku, że łączne praw-dopodobieństwo otrzymania różnych wyników pomiaróww A i B jest inne, niż to wynika z mechaniki kwantowej.Do-wód Bella jest bardzo jasny i prosty.Jego twierdzenie maogromne znaczenie teoretyczne, a pózniejsze pomiary, zwłasz-cza wykonane przez Alaina Aspecta w Paryżu, potwierdziłyprzewidywania mechaniki kwantowej.Rysunek 2.5 przedsta-wia schemat jego doświadczenia, polegającego na pomiarzepolaryzacji fotonów wyemitowanych w przeciwnych kierun-kach z jednego zródła.W doświadczeniu Aspecta wybór kierunku pomiaru polary-zacji fotonów był dokonywany dopiero wtedy, gdy fotonyleciały już w stronę detektorów A i B.Wyniki pomiarów po-twierdziły, że łączne prawdopodobieństwo wykrycia fotonówo określonej polaryzacji w punktach A i B jest zgodne z przewi-dywaniami mechaniki kwantowej.Większość fizyków, w tymrównież sam Bell, spodziewała się takiego wyniku, który jestsprzeczny z hipotezą, że dwa odległe fotony stanowią niezależ-ne od siebie układy fizyczne.Z doświadczenia Aspecta wynika,że istnieją efekty związane z korelacjami kwantowymi międzyobiektami odległymi o 12 metrów.Słyszałem, że obecnie sąprowadzone eksperymenty z wykorzystaniem takich efektóww kwantowej kryptografii, w których odległość między detekto-rami wynosi kilka kilometrów.Chciałbym podkreślić, że choć obserwujemy efekty nielokal-ne, to zdarzenia w oddalonych punktach A i B łączą się ze so-bą w bardzo tajemniczy sposób.Korelacje między nimi są bar-dzo subtelne.W szczególności nie można ich wykorzystać do 12 metrówRys.2.5.(a) Cząstka z zerowym spinem rozpada się na dwie cząstki ze spinem1/2, elektron Ei pozyton P.Pomiar spinu jednej z cząstek natychmiast powo-duje, że spin drugiej również ma określoną wartość, (b) Eksperyment EPRzrealizowany przez Alaina Aspecta i jego kolegów.yródło emituje pary skore-lowanych fotonów.Kierunek pomiaru polaryzacji fotonów wybiera się wtedy,gdy fotony już lecą w kierunku detektorów, a zatem jest już zbyt pózno, abysygnał z informacją o kierunku pomiaru polaryzacji jednego fotonu mógł do-trzeć do drugiego.przesyłania sygnałów między punktami A i B z prędkościąwiększą niż prędkość światła.To bardzo ważne, gdyż inaczejmechanika kwantowa byłaby sprzeczna z teorią względności.Kwantowe korelacje to coś bardzo dziwnego - jest to pewienstan przejściowy między całkowitą niezależnością cząstek i za-chowaniem łączności między nimi.Ten czysto kwantowy efektnie ma żadnego odpowiednika na poziomie klasycznym.Drugą Z-tajemnicą, o której chciałbym wspomnieć, jest pro-blem pomiarów zerowych, którego świetną ilustrację stanowiproblem testowania bomb Elitzura-Vaidmana.Proszę sobiewyobrazić, że grupa terrorystów znalazła duży magazyn bomb.Każda bomba ma superczuły detonator, tak czuły, że wystar-czy przekaz pędu związany z uderzeniem jednego fotonu świa-tła widzialnego w lustro detonatora, by bomba wybuchła.Znaczna część bomb w magazynie jest jednak zepsuta.Pro-blem polega na tym, że delikatna dzwignia, do której przymo-cowane jest lusterko, została zablokowana, a zatem gdy poje-dynczy foton uderza w lustro, detonator nie działa i bomba nie TAJEMNICE FIZYKI KWANTOWEJ.75wybucha (rys.2.6 (a)).Lusterko zepsutej bomby ma ustalonepołożenie i nie może się poruszać jak w sprawnym detonato-rze.Zadanie polega na wyszukaniu dobrej bomby spośród du-żego zbioru zepsutych.Zgodnie z regułami fizyki klasycznej za-danie to jest niewykonalne.%7łeby sprawdzić, czy bomba jestsprawna, należy poruszyć detonator, a wtedy dobra bombawybuchnie.Zdumiewające, ale mechanika kwantowa pozwala spraw-dzić, czy coś mogłoby się zdarzyć, choć się nie zdarzyło.Mamytu do czynienia z możliwością sprawdzenia zdań, które filozo-fowie zwą kontrfaktycznymi.Zadziwiające, że zgodnie z me-chaniką kwantową zachodzą pewne zjawiska, będące konse-kwencją sytuacji, które się nie zdarzyły!Oto jak można rozwikłać ten problem.Rysunek 2.6 (b)przedstawia schemat oryginalnego rozwiązania, przedstawio-nego przez Elitzura i Vaidmana w 1993 roku.Przypuśćmy, żesprawdzamy zepsutą bombę.Lustro detektora jest zablokowa-ne i nie może się poruszać, a zatem gdy uderza w nie foton,bomba nie wybucha.Wykonujemy teraz doświadczenie przed-stawione na rysunku 2.6 (b).Wyemitowany foton napotyka napółprzepuszczalne lustro.Takie lustro przepuszcza połowę pa-dającej wiązki światła, a połowę odbija.Ktoś mógłby sądzić, żeto oznacza, iż połowa fotonów przenika przez lustro, a połowaulega odbiciu.Na poziomie kwantowym sytuacja wygląda jed-nak inaczej.Każdy pojedynczy foton po spotkaniu z lustremznajduje się w stanie będącym superpozycją dwóch możliwo-ści, dwóch stanów, z których jeden opisuje foton odbity, a dru-gi przepuszczony.Lustro bomby jest umieszczone pod kątem45� do trajektorii wiązki przepuszczonej.Wiązka odbita napo-tyka na zwykłe zwierciadło, również ustawione pod kątem 45�,po czym obie wiązki spotykają się na powierzchni kolejnegopółprzepuszczalnego lustra, za którym są ustawione detektoryA\B.Rozważmy, co się dzieje z pojedynczym fotonem, gdy bombajest zepsuta.Gdy foton napotyka pierwsze półprzepuszczalnelustro, przechodzi do stanu będącego superpozycją dwóch sta-nów.Pierwszy opisuje foton, który przeleciał przez lustro i teraz 76 " MAKROSWIAT, MIKROSWIAT I LUDZKI UMYSABU(b)Rys.2.6 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
