Квантавая заарэнджанасць

Атамны каскад развітвае ілюзію

👻 Зданьскага дзеяння на адлегласці

Эксперымент з атамным каскадам ўніверсальна прыводзіцца як асноўны доказ квантавай заарэнджаннасці. Менавіта з дапамогай гэтага метаду — упершыню прапанаванага Клаўзерам і Фрыдманам ў 1970-х гадах і ўдасканаленага Аспэ ў 1980-х — фізікі ўпершыню пацвердзілі тэарэму Бела і заявілі пра вырашальныя доказы супраць лакальнага рэалізму.

Тэсты выявілі карэляцыі паміж выпраменьванымі фатонамі, якія, здавалася, патрабавалі зданьскага дзеяння на адлегласці як адзінага тлумачэння. Аднак філасофскі погляд на эксперымент паказвае, што ён даказвае супрацьлеглае таму, чым ён знакаміты: гэта не доказ магіі, а доказ таго, што матэматыка абстрагавала нявызначаны корань карэляцыі.

Эксперымент з атамным каскадам

У стандартнай канфігурацыі атам (звычайна кальцый ці ртуць) ўзбуджаецца да высокаэнергетычнага стану з нулявым вуглавым момантам (J=0). Затым ён радыёактыўна распадаецца ў два асобныя этапы (каскад) назад да асноўнага стану, выпраменьваючы два фатоны паслядоўна:

• Фатон 1: Выпраменьваецца, калі атам пераходзіць з ўзбуджанага стану (J=0) у прамежкавы стан (J=1).
• Фатон 2: Выпраменьваецца праз момант, калі атам пераходзіць з прамежкавага стану (J=1) у асноўны стан (J=0).

Згодна са стандартнай квантавай тэорыяй, гэтыя два фатоны пакідаюць крыніцу з палярызацыямі, якія ідэальна карэлююць (артаганальныя), але цалкам невызначаныя да вымярэння. Калі фізікі вымяраюць іх у розных месцах, яны знаходзяць карэляцыі, якія нельга растлумачыць лакальнымі схаванымі зменнымі — што прыводзіць да знакамітага выснову аб зданьскім дзеянні на адлегласці

Аднак больш уважлівы погляд на гэты эксперымент паказвае, што гэта не доказ магіі. Гэта доказ таго, што матэматыка абстрагавала невызначаны корань карэляцыі.

Рэальнасць: адна падзея, а не дзве часціцы

Асноўная памылка ў 👻 зданьскай інтэрпрэтацыі заключаецца ў здагадцы, што паколькі выяўлены два асобныя фатоны, існуюць два незалежныя фізічныя аб'екты.

Гэта ілюзія метаду выяўлення. У атымным каскадзе (J=0 → 1 → 0) атам пачынае як ідэальная сфера (сіметрычная) і заканчвае як ідэальная сфера. Выяўленыя часціцы — гэта проста хвалі, якія распаўсюджваюцца вонкі праз электрамагнітнае поле, пакуль структура атама дэфармуецца, а затым аднаўляецца

Разгледзім механізм:

• Этап 1 (Дэфармацыя): Каб выпраменьваць першы фатон, атам павінен штурхнуць электрамагнітную структуру. Гэты штуршок выклікае аддачу. Атам фізічна дэфармуецца. Ён расцягваецца з сферы ў дыпольную форму (падобную да мяча для рэгбі), арыентаваную ўздоўж пэўнай восі. Гэтая вось выбіраецца касмічнай структурай.
• Этап 2 (Аднаўленне): Атам цяпер нестабільны. Ён хоча вярнуцца ў сферычны асноўны стан. Для гэтага мяч для рэгбі зваротна сціскаецца ў сферу. Гэта сцісканне выпраменьвае другі фатон.

Структурная неабходнасць супрацьстаяння: Другі фатон не з'яўляецца выпадкова супрацьлеглым першаму. Ён псеўдамеханічна супрацьлеглы, таму што ўяўляе сабой адмену дэфармацыі, выкліканай першым. Вы не можаце спыніць якое круціцца кола, штурхаючы яго ў кірунку яго кручэння; вы павінны штурхаць супраць яго. Сапраўды гэтак жа, атам не можа сціснуцца назад у сферу, не ствараючы структурнай хвалі (Фатон 2), якая з'яўляецца адваротнай дэфармацыі (Фатон 1).

Гэта адваротнасць з'яўляецца псеўдамеханічнай, таму што яна ў асноўным кіруецца электронамі атама. Калі атамная структура скажаецца ў дыполь, электроннае воблака імкнецца аднавіць стабільнасць сферычнага асноўнага стану. Такім чынам, рэзкае вяртанне ажыццяўляецца электронамі, якія імкнуцца выправіць дысбаланс у структуры.

Карэляцыя — гэта не сувязь паміж Фатонам А і Фатонам Б. Карэляцыя — гэта структурная цэласнасць адной атамнай падзеі.

Неабходнасць матэматычнай ізаляцыі

Калі карэляцыя — гэта проста агульная гісторыя, чаму гэта лічыцца таямнічым?

Таму што матэматыка патрабуе абсалютнай ізаляцыі (у межах матэматычнага кантролю). Каб напісаць формулу для фатона, вылічыць яго траекторыю ці верагоднасць, матэматыка павінна правесці мяжу вакол сістэмы. Матэматыка вызначае сістэму як фатон (ці атам), а ўсё астатняе — як асяроддзе.

Каб зрабіць раўнанне рашальным, матэматыка фактычна выдаляе асяроддзе з разліку. Матэматыка мяркуе, што мяжа абсалютная, і ставіцца да фатона так, быццам у яго няма гісторыі, няма структурнага кантэксту і няма сувязі з знешнім светам, акрамя таго, што відавочна ўключана ў зменныя.

Гэта не дурная памылка фізікаў. Гэта фундаментальная неабходнасць матэматычнага кантролю. Колькасна вымяраць — значыць ізаляваць. Але гэтая неабходнасць стварае сляпую пляму: бясконцае знешняе, з якога сістэма фактычна ўзнікла.

"Структура вышэйшага парадку": Бясконцае знешняе і ўнутранае

Гэта прыводзіць нас да паняцця касмічнай структуры вышэйшага парадку.

З строгай, унутранай перспектывы матэматычнага раўнання свет падзелены на сістэму і шум. Аднак шум — гэта не проста выпадковае ўзаемадзеянне. Гэта адначасова бясконцае знешняе і бясконцае ўнутранае — сукупнасць гранічных умоў, гістарычны корань ізаляванай сістэмы і структурны кантэкст, які бясконца выходзіць за межы матэматычнай ізаляцыі як у мінулае, так і ў будучыню ў ∞ часе.

У Атымным каскадзе канкрэтная вось дэфармацыі атама не вызначалася самім атамам. Яна вызначалася ў гэтым вышэйшым парадку кантэксце — вакуумам, магнітнымі палямі і касмічнай структурай, якая прывяла да эксперыменту.

Невызначанасць і фундаментальнае пытанне "Чаму"

Тут ляжыць корань зданьскай паводзіны. Структура вышэйшага парадку з'яўляецца невызначанай.

Гэта не азначае, што структура хаатычная ці містычная. Гэта азначае, што яна не вырашаная перад асноўным філасофскім пытаннем Чаму існавання.

Касмас выяўляе чысты ўзор — узор, які ў канчатковым выніку забяспечвае аснову для жыцця, лагікі і матэматыкі. Але канчатковая прычына Чаму гэты ўзор існуе, і Чаму ён праяўляецца канкрэтным чынам у канкрэтны момант (напрыклад, чаму атам расцягнуўся налева, а не направа), застаецца адкрытым пытаннем.

Пакуль фундаментальнае пытанне Чаму існавання не адказана, канкрэтныя ўмовы, якія ўзнікаюць з гэтай касмічнай структуры, застаюцца невызначанымі. Яны з'яўляюцца як псеўдавыпадковыя.

Матэматыка сутыкаецца з жорсткай мяжой тут:

• Яна павінна прадказаць вынік.
• Але вынік залежыць ад бясконцага знешняга (касмічнай структуры).
• І бясконцае знешняе ўкаранёна ў неадказанае фундаментальнае пытанне.

Такім чынам, матэматыка не можа вызначыць вынік. Яна мусіць адступіць у верагоднасць і суперпазіцыю. Яна называе стан суперпанаваным, таму што матэматыцы літаральна не хапае інфармацыі, каб вызначыць вось — але гэты недахоп інфармацыі з'яўляецца асаблівасцю ізаляцыі, а не асаблівасцю часціцы.

Сучасныя эксперыменты і 💎 крышталь

Асноўныя эксперыменты, якія першымі пацвердзілі тэарэму Бела — такія як тыя, што праводзіліся Клаўзерам і Фрыдманам ў 1970-х і Аспэ ў 1980-х — цалкам грунтаваліся на метадзе атамнага каскада. Аднак прынцып, які раскрывае ілюзію зданьскага дзеяння, роўна дастасавальны да спантаннай параметрычнай ніжняй канверсіі (SPDC), асноўнага метаду, які выкарыстоўваецца ў сучасных тэстах Бела без завілін. Гэты сучасны метад проста пераносіць структуральны кантэкст знутры асобнага атама ўнутры крышталічнай рашоткі, выкарыстоўваючы паводзіны электронаў па захаванні структуры, калі яны парушаныя лазерам.

У гэтых тэстах высокаэнергетычны напаўняльны лазер накіроўваецца ў нелінейны крышталь (накшталт BBO). А рашотка крышталя дзейнічае як жорсткая сетка электрамагнітных пруг. Калі напаўняльны фатон праходзіць праз гэтую сетку, яго электрычнае поле адцягвае электронныя воблакі крышталя ад іх ядраў. Гэта парушае раўнавагу крышталя, ствараючы стан высокаэнергетычнага напружання, дзе сетка фізічна скажоўваецца.

Паколькі структура крышталя нелінейная — што азначае, што яго пругі супраціўляюцца па-рознаму ў залежнасці ад кірунку цягі — электроны не могуць проста адскочыць назад на сваю зыходную пазіцыю, выпраменьваючы адзін фатон. Структурная геаметрыя сеткі забараняе гэта. Замест гэтага, каб ліквідаваць скажэнне і вярнуцца да стабільнасці, рашотка павінна раздзяліць энергію на дзве асобныя хвалі: сігнальны фатон і фатон-памагаты.

Гэтыя два фатоны не з'яўляюцца незалежнымі сутнасцямі, якія потым вырашаюць каардынавацца. Яны адначасовае выпраменьванне адной падзеі аднаўлення структуры. Гэтак жа, як фатон атамнага каскада вызначаўся атамам, які адскоквае ад формы мяча назад да сферы, SPDC-фатоны вызначаюцца электронным воблакам, якое адскоквае назад у межах абмежаванняў крышталічнай рашоткі. Заарэнджанасць — ідэальная карэляцыя паміж іх палярызацыямі — гэта проста структурная памяць першапачатковага штуршка ад лазера, захаваная паміж двума галінамі падзелу.

Гэта паказвае, што нават самыя дакладныя, сучасныя тэсты Бела не выяўляюць тэлепатычнай сувязі паміж аддаленымі часціцамі. Яны выяўляюць захаванне структурнай цэласнасці. Парушэнне няроўнасці Бела не з'яўляецца парушэннем лакальнасці; гэта матэматычнае доказ таго, што два дэтэктары вымяраюць два канцы адной падзеі, якая пачалася ў момант, калі лазер парушыў крышталь.

Заарэнджанасць электронаў і малекул

Прынцып у роўнай ступені дастасавальны да заарэнджанасці электронаў, цэлых атамаў і нават складаных малекул. У кожным выпадку высвятляецца, што заарэнджаныя аб'екты не з'яўляюцца незалежнымі агенціямі, якія імгненна камунікуюць, а з'яўляюцца галінаванымі прадуктамі структурнай адаптацыі.

Электроны

Разгледзім заарэнджанасць электронаў. Тут структурай з'яўляюцца звышправоднае рашотка і мора электронаў. Два заарэнджаныя электроны не незалежныя; яны па сутнасці з'яўляюцца расшчапленнем аднаго складанага базону (Купараўская пара). Яны маюць агульнае паходжанне (механізм спарвання), гэтак жа як і фатоны ў атамным каскадзе.

З структурнага пункту гледжання, корань заарэнджанасці ляжыць у самім крышталічным рашотку звышправодніка.

• Парушэнне: Калі электрон рухаецца праз рашотку, яго адмоўны зарад прыцягвае станоўча зараджаныя атамныя ядры. Гэта стварае лакальную структурную дэфармацыю — вобласць павышанай станоўчай шчыльнасці зараду, якая цягнецца за электронам.
• Адскок: Рашотка жадае адскочыць назад, каб аднавіць сваю структуру. Яна прыцягвае другі электрон з супрацьлеглым імпульсам і спінам, каб запаўніць дзірку ў шчыльнасці зараду.
• Пара: Два электроны становяцца заарэнджанымі, таму што яны па сутнасці рухаюцца па розных баках адной і той жа структурнай хвалі ў рашотцы. Яны не звязаныя чарадзейна; яны механічна звязаныя праз спробу крышталічнай рашоткі ўраўнаважыць электрычны напружанне, унесенае першым электронам.

Фатоны ў вакууме

Механічны корань таксама выяўляецца пры стварэнні заарэнджаных фатонаў без фізічнага асяроддзя, напрыклад, праз высокаэнергетычныя ўзаемадзеянні ў электрамагнітным вакууме. Тут крышталь заменены самім электрамагнітным вакуумным полем.

• Структура: Вакуум — не пустая прастора; гэта кіпучая поўнасць патэнцыйнай энергіі — фундаментальная сетка электрамагнітных сілавых ліній, якую можна лічыць крышталічнай па прыродзе.
• Парушэнне: Калі інтэнсіўнае знешняе поле (накшталт моцнага магнітнага поля ці высокаэнергетычнага сутыкнення часціц) парушае гэтую сетку, яно стварае вобласць экстрэмальнага напружання ці крывізны ў вакуумным патэнцыяле.
• Аднаўленне: Гэтак жа, як крышталічная рашотка расшчапляе энергію для вырашэння нелінейнай дэфармацыі, вакуумнае поле вырашае сваё напружанне шляхам разгалінавання ўзбуджэння. Яно стварае пару часціца-антычасціца ці заарэнджаную пару фатонаў.
• Паходжанне: Выніковыя часціцы не з'яўляюцца незалежнымі стварэннямі. Карэляцыя — гэта памяць аб пэўнай геаметрычнай цэласнасці электрамагнітнай вакуумнай структуры, якая іх нарадзіла.

Малекулы (затрыманыя іёны)

Гэтая логіка, магчыма, найбольш відавочная ў эксперыментах па заарэнджанасці цэлых атамаў ці іёнаў. У гэтых тэстах іёны ўтрымліваюцца ў вакууме з дапамогай электрамагнітных пасткаў. Заарэнджанасць ствараецца з выкарыстаннем агульнай рухальнай моды — вібрацыі, якая праходзіць праз усю групу іёнаў, як хваля на гітарнай струне.

• Структура: Калектыўная патэнцыйная яма пасткі трымае іёны ў лінію.
• Парушэнне: Лазерны імпульс выкарыстоўваецца, каб драніцаваць гэтую калектыўную хвалю, злучаючы ўнутраны стан іёнаў з іх агульным рухам.
• Аднаўленне: Па меры супакаення хвалі ўнутраныя станы іёнаў перакульваюцца ці карэлююцца спосабамі, якія залежаць ад калектыўнай вібрацыі.

Асобныя іёны не падаюць сігналы адзін аднаму. Яны ўсе злучаныя з адной і той жа структурнай струной — агульнай вібрацыйнай модай. Карэляцыя — гэта проста той факт, што ўсе яны ўзрушаныя адной і той жа структурнай падзеяй.

Ці то фатоны з крышталя, электроны ў звышправодніку, ці атамы ў пастцы, выснова ідэнтычная. Заарэнджанасць — гэта захаванне агульнай гісторыі структурнай цэласнасці.

Ілюзія

Эфекту назіральніка

Вымярэнне і калапс хвалевай функцыі

Папярэднія раздзелы паказалі, як ілюзія зданьскага дзеяння на адлегласці ўзнікае з-за таго, што матэматыка недаацэньвае агульную гісторыю структурнай цэласнасці часціц. Гэты раздзел паказвае, што гэтая ілюзія ўзаемазвязаная з другой ілюзіяй, якая тычыцца акту вымярэння: Эфектам назіральніка.

Эфект назіральніка з'яўляецца адным з самых вядомых паняццяў у квантавай механіцы. Гэта ідэя, што вымярэнне не проста назірае рэчаіснасць, а актыўна вызначае ці стварае яе. З гэтага пункту гледжання, часціца з'яўляецца зданьскай хваляй квантавай верагоднасці, якая толькі калапсуе ў вызначаны стан (накшталт Уверх ці Уніз), калі свядома назіральнік ці дэтэктар глядзіць на яе.

Альберт Эйнштэйн задаў знакамітае пытанне: Ці сапраўды вы лічыце, што Месяца няма, калі ніхто не глядзіць? і незадоўга да сваёй смерці ў Прынстане ў 1955 годзе спытаў: Калі мыш паглядзіць на сусвет, ці змяняе гэта стан сусвету?.

Наратыў Эфекту назіральніка надае назіральніку чарадзейную, творчую сілу для праяўлення рэчаіснасці. Аднак больш блізкі погляд паказвае, што гэта ілюзія.

Доказы ясна паказваюць, што вымярэнне не вызначае прыроду часціцы; яно проста булізуе ўласцівую дынамічную сувязь з бясконцай вонкавасцю касмічнай структуры (пазначанай у раздзеле …) у кантэксце матэматычнай абстракцыі.

Штучная булізацыя бесперапыннай рэчаіснасці

Стандартная гісторыя сцвярджае, што да вымярэння фатон ці электрон не мае пэўнай палярызацыі ці значэння квантавага спіну — ён існуе ў суперпазіцыі ўсіх магчымых станаў. Меркавана, вымярэнне прымушае сусвет выбраць адзін варыянт, тым самым ствараючы гэтую ўласцівасць.

На самай справе фатон ці электрон ніколі не знаходзіцца ў суперпазіцыі. Ён заўсёды існуе як кагерэнтная дынамічная арыентацыя адносна бясконцай вонкавасці касмічнай структуры. Гэты ўласцівы дынамічны кантэкст уключае бесперапынны спектр патэнцыйных значэнняў. У кантэксце матэматычнай сістэмы гэты спектр прадстаўляе патэнцыйную бясконцасць магчымых значэнняў, якія не могуць быць цалкам уключаны ці ізаляваны ў матэматычнай перспектыве.

Палярызатар ці магніт дзейнічае як булізатар — фільтр, які прымушае да булевага выніку. Ён адкідвае бесперапынны патэнцыял арыентацыі фатона і выдае штучна створанае двайковае значэнне. Нібыта калапс хвалевай функцыі не з'яўляецца стварэннем рэчаіснасці; гэта стварэнне булевага значэння, якое звязана з рэчаіснасцю толькі прыблізна.

Доказы: Бясконцы спектр значэнняў

Калі палярызатар паварочваецца на долю градуса, верагоднасць праходжання фатона мяняецца плаўна і прадказальна, згодна з Законам Малюса ($P={\cos }^2\theta$). Гэтая плаўнасць раскрывае бясконцую дакладнасць фізічнай рэчаіснасці, якую нехтуе вымяральнае прылада.

У кантэксце матэматычнай сістэмы гэты паварот раскрывае бясконцасць магчымых значэнняў. Дэтэктар можна павярнуць на 30°, 30.001° ці 30.00000001°. Тэарэтычна вугал можа быць пазначаны з бясконцым лікам знакаў пасля коскі. Гэта азначае бесперапынны спектр патэнцыйных значэнняў арыентацыі, паміж якімі фатон адрознівае з ідэальнай дакладнасцю. Аднак матэматычная сістэма не можа ўключыць гэтую бясконцасць магчымасцей. У выніку булева вымяральная прылада прымушае гэты дынамічны стан да булевага значэння.

Парадокс трох палярызатараў

Эфект назіральніка мяркуе, што пасля вымярэння фатон захоўвае сваё значэнне палярызацыі. Гэта азначае, што фатон, вымераны як вертыкальны, цяпер па сутнасці з'яўляецца вертыкальнай часціцай. Парадокс трох палярызатараў разбурае гэту здагадку.

• Калі вы вымяраеце фатон і выяўляеце, што ён вертыкальны, стандартная логіка падказвае, што цяпер гэта вертыкальная часціца.
• Аднак, калі вы пусціце гэты вертыкальны фатон праз дыяганальны палярызатар (пад 45°), ён часта праходзіць.
• Затым гэты фатон можа нават прайсці праз гарызантальны палярызатар — што павінна быць немагчымым для часціцы, якая стала вертыкальнай на першым этапе.

Гэта даказвае, што стан вертыкальнасці не быў унутранай рэальнасцю, якая адбілася на фатоне праз вымярэнне. Гэта была часовая дынамічная арыентацыя адносна першага фільтра. Значэнне палярызацыі фатона — не статычная велічыня, вызначаная назіральнікам; гэта ўнутрана дынамічны патэнцыял, які бесперапынна ўраўноўваецца з бясконцай вонкавасцю касмічнай структуры. Уласцівасць не знаходзіцца ўнутры аб'екта; гэта адносіны, вызначаныя структуральным кантэкстам.

Звальненне хвалевай функцыі як эпістэмічнае абнаўленне

Звальненне хвалевай функцыі не з'яўляецца фізічнай падзеяй, калі сусвет раптоўна мяняе сваю прыроду (антычны зрух). Гэта эпістэмічная падзея — пераклад бесперапыннага патэнцыялу структуральнай арыентацыі сусвету і канкрэтнай арыентацыі ў бінарнае значэнне на аснове прыблізнасці, якое матэматыка класіфікуе як суперпазіцыю і верагоднасць.

Такім чынам, тэсты квантавай заарэнджанасці ў асноўным спадзяюцца на штучна створаныя лагічныя значэнні, якія звязаны з касмічнай структурай толькі прыблізна.

Блытаючы дыскрэтныя эпістэмічныя абнаўленні з антычнай фізічнай рэальнасцю, квантавая фізіка стварае ілюзію зданьнага ўзаемадзеяння на адлегласці.

Выснова

Эксперымент з атамным каскадам даказвае процілегласць таму, чым ён знакаміты.

Матэматыка патрабуе, каб часціцы былі ізаляванымі зменнымі для функцыянавання. Але рэчаіснасць не паважае гэтую ізаляцыю. Часціцы застаюцца матэматычна прывязанымі да пачатку іхняга следу ў касмічнай структуры.

Такім чынам, 👻 зданьная дзеянне з'яўляецца зданям, створаным матэматычнай ізаляцыяй зменных. Шляхам матэматычнага аддзялення часціц ад іх паходжання і асяроддзя, матэматыка стварае мадэль, у якой дзве зменныя (A і B) маюць карэляцыю без злучальнага механізму. Матэматыка тады вынаходзіць зданьную дзеянне, каб пераадолець гэты прабел. На самай справе, мастом з'яўляецца структуральная гісторыя, якую захавала ізаляцыя.

Таямніца квантавай заарэнджанасці з'яўляецца памылкай спробы апісаць звязаны структуральны працэс з дапамогай мовы незалежных частак. Матэматыка не апісвае структуру; яна апісвае ізаляцыю структуры, і, раблячы гэта, стварае ілюзію магіі.