Einsteins 'Spooky Action at a Distance'-paradox äldre än trodde

Einsteins fras skrämmande action på avstånd har blivit synonymt med en av de mest kända episoderna i fysikens historia - hans kamp med Bohr på 1930-talet om kvantmekanikens fullständighet.

Einsteins vapen i denna strid var tankeexperiment som han designade för att belysa vad han trodde var bristerna i den nya teorin.

Den mest kända av dessa är EPR-paradoxen, tillkännagiven 1935 och uppkallad efter dess uppfinnare Einstein, Boris Podolsky och Nathan Rosen.

Det involverar ett par partiklar som är sammanlänkade av den märkliga kvantegenskapen för intrassling (ett ord som myntades mycket senare). Entanglement uppstår när två partiklar är så djupt sammanlänkade att de delar samma existens. På kvantmekanikens språk beskrivs de av samma matematiska relation som kallas en vågfunktion.

Entangling uppstår naturligt när två partiklar skapas vid samma punkt och ögonblick i rymden, till exempel.

Intrasslade partiklar kan separeras brett i rymden. Men ändå innebär matematiken att en mätning på den ena omedelbart påverkar den andra, oavsett avståndet mellan dem.

Einstein och co påpekade att enligt speciell relativitet var detta omöjligt och därför måste kvantmekaniken vara fel, eller åtminstone ofullständig. Einstein kallade det kusligt action på avstånd.

EPR-paradoxen störde Bohr och löstes inte förrän 1964, långt efter Einsteins död. CERN-fysikern John Bell löste det genom att tänka på intrassling som ett helt nytt slags fenomen, som han kallade icke-lokalt.

Grundtanken här är att tänka på överföring av information. Entanglement tillåter en partikel att omedelbart påverka en annan men inte på ett sätt som tillåter klassisk information att färdas snabbare än ljus. Detta löste paradoxen med speciell relativitetsteori men lämnade mycket av mysteriet intakt. Nuförtiden är den nyfikna karaktären av intrassling föremål för intensivt fokus i labb runt om i världen.

Men det berättar inte hela historien, säger Hrvoje Nikoli vid Rudjer Boskovic-institutet i Kroatien. Idag avslöjar han att även om historien först registrerar denna paradox 1935, snubblade Einstein omedvetet över den mycket tidigare, 1930.

Vid den här tiden arbetade han på en annan paradox, som han presenterade vid den sjätte Solvay-konferensen i Bryssel 1930. Detta problem fokuserade på Heisenbergs osäkerhetsrelation mellan energi och tid, som säger att man inte kan mäta båda med hög noggrannhet.

För att utmana detta kom Einstein på följande tankeexperiment. Föreställ dig en låda som kan öppnas och stängas snabbt och som innehåller en ensemble av fotoner. När den är öppen avger lådan en enda foton.

Tiden för utsläpp kan mätas med godtycklig precision - det är bara hur lång tid lådan var öppen. Enligt kvantmekaniken begränsar detta upplösningen med vilken du kan mäta fotonens energi.

Men Einstein påpekade att även detta kan mätas med godtycklig precision, inte genom att mäta fotonen utan genom att mäta lådans energiförändring när fotonen emitteras, vilket måste vara lika med fotonens energi. Därför är kvantmekaniken inkonsekvent, sa han.

Einsteins stora rival, Bohr, förbryllade länge och hårt över detta men kom till slut med följande argument. Han sa att Einsteins egen teori om allmänna relativitetsteori gav svaret.

Eftersom tidsmätningen sker i ett gravitationsfält måste tidsförloppet då lådan är öppen också bero på lådans position.

Osäkerheten i position är en ytterligare faktor som Einstein inte hade tagit hänsyn till, och detta löste enligt Bohr paradoxen. Einstein skickades packning.

Naturligtvis är detta inte ett särskilt tillfredsställande svar för det moderna ögat. Det antyder, för en sak, att kvantmekaniken kräver att allmän relativitet är konsekvent, en idé som moderna fysiker helt och hållet skulle förkasta.

Nikoli säger att detta problem aldrig har analyserats på ett tillfredsställande sätt ur ett modernt perspektiv. Tills nu.

Han säger att den rätta lösningen är att tänka på systemets totala energi, vilket är energin i lådan och energin hos fotonen. Den totala energin är konstant och styrs av en enda matematisk enhet, även efter att fotonen emitterats.

Så lådan och fotonen måste vara intrasslade.

Detta väcker omedelbart problemet som Einstein senare slog på i EPR-paradoxen. En mätning på lådan påverkar omedelbart fotonen och vice versa - skrämmande verkan på avstånd.

Av denna anledning är fotonparadoxen likvärdig med EPR-paradoxen, säger Nikoli. Hade Einstein märkt det hade han kunnat stoppa Bohr i hans spår.

Det är en intressant historisk fotnot. Bohrs triumf över Einstein vid detta tillfälle anses allmänt ha varit hans största.

Men nu är det lätt att se att saker och ting kunde ha varit betydligt annorlunda om Einstein hade omformulerat sitt argument i termer av förveckling.

Så är historien förfalskad!

Ref: arxiv.org/abs/1203.1139 : EPR före EPR: Ett Einstein-Bohr tankeexperiment från 1930 återbesökt

Dölj