Kvantförvirring i fysik

Kvantförvirring är en av de centrala principerna för kvantfysiken, även om den också är mycket missförstått. Kort sagt betyder kvanttrassling att flera partiklar kopplas samman på ett sådant sätt att mätningen av en partikels kvanttillstånd bestämmer de andra partiklarnas möjliga kvanttillstånd. Denna anslutning beror inte på partiklarnas plats i rymden. Även om du separerar intrasslade partiklar med miljarder mil, kommer en byte av en partikel att förändras i den andra. Trots att kvantförvirring verkar sända information direkt, bryter det inte faktiskt med den klassiska ljusets hastighet eftersom det inte finns någon "rörelse" genom rymden.

Exempel på klassisk kvantförvirring

Det klassiska exemplet på kvantförvirring kallas EPR-paradoxen. I en förenklad version av det här fallet ska du överväga en partikel med kvantspinn 0 som sönderfaller i två nya partiklar, partikel A och partikel B. Partikel A och partikel B avlägsnas i motsatta riktningar. Emellertid hade den ursprungliga partikeln en kvantsnurr på 0. Var och en av de nya partiklarna har en kvantspinn på 1/2, men eftersom de måste lägga till upp till 0 är en +1/2 och en är -1/2.

Detta förhållande innebär att de två partiklarna är sammankopplade. När du mäter centrifugeringen av partikel A har den mätningen påverkan på de möjliga resultaten du kan få när du mäter rotationen av partikel B. Och detta är inte bara en intressant teoretisk förutsägelse utan har verifierats experimentellt genom test av Bell's teorem.

En viktig sak att komma ihåg är att i kvantfysiken är den ursprungliga osäkerheten om partikelns kvanttillstånd inte bara en brist på kunskap. En grundläggande egenskap hos kvantteorin är att före mätningen är partikeln verkligen har inte ett bestämt tillstånd, men ligger i en superposition av alla möjliga tillstånd. Detta modelleras bäst av det klassiska tankeexperimentet med kvantfysik, Schroedinger's Cat, där en kvantmekanik tillvägagångssätt resulterar i en obemärkt katt som är både levande och död samtidigt.

Universums vågfunktion

Ett sätt att tolka saker är att betrakta hela universum som en enda vågfunktion. I denna representation skulle denna "universums vågfunktion" innehålla en term som definierar kvanttillståndet för varje partikel. Det är denna strategi som lämnar dörren för att hävda att "allt är anslutet", som ofta manipuleras (antingen avsiktligt eller genom ärlig förvirring) för att hamna i saker som fysikfelen i Hemligheten.

Även om denna tolkning betyder att kvanttillståndet för varje partikel i universum påverkar vågfunktionen för varje annan partikel, gör det det på ett sätt som bara är matematiskt. Det finns verkligen inget slags experiment som någonsin - även i princip - kan upptäcka effekten på ett ställe som dyker upp på en annan plats.

Praktiska tillämpningar av kvantförvirring

Även om kvantförvirring verkar som bisarrt science fiction, finns det redan praktiska tillämpningar av konceptet. Det används för djup rymdkommunikation och kryptografi. Till exempel demonstrerade NASA: s Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) hur kvantförvirring kunde användas för att ladda upp och ladda ner information mellan rymdskeppet och en markbaserad mottagare.

Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.