Принцип локальности

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В физике принцип локальности/близкодействия утверждает, что на объект влияет только его непосредственное окружение. Квантовая механика предсказывает посредством неравенств Белла прямое нарушение этого принципа[1]. Эксперименты Белла[en] показали, что квантово запутанные частицы нарушают этот принцип. Было показано, что они влияют друг на друга, будучи физически удаленными друг от друга на значительные расстояния, тем самым подтверждая, что принцип локальности/близкодействия неверен[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17].

Мнение Эйнштейна[править | править код]

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена[править | править код]

Альберт Эйнштейн ощущал, что, по его мнению, было что-то фундаментально неверное в квантовой механике из-за её предсказаний нарушения локальности/близкодействия. В знаменитой работе он со своими соавторами описал ЭПР парадокс. Тридцать лет спустя Джон Стюарт Белл ответил на это работой, которая показала, что никакая физическая теория локальных скрытых переменных/параметров (англ.) не может воспроизвести все предсказания квантовой механики (Теорема Белла).

Философский взгляд[править | править код]

Эйнштейн допускал/предполагал, что принцип локальности/близкодействия был необходим, и что не могло быть его нарушений. Он отмечал[18]:

«Следующая идея характеризует относительную независимость пространственно разнесенных/удаленных объектов A и B: внешнее воздействие на A прямо не отражается на B; это известно как Принцип Локальности/Близкодействия, который сообразно используется только в теории поля. Если совершенно отвергнуть эту аксиому, тогда идея существования квазизамкнутых (quasienclosed) систем, и следовательно тем самым постулирование законов, которые могут быть проверены эмпирически в общепринятом смысле (accepted sense), стала бы невозможной.»

Существует мнение, что в отсутствие локальности мир обладал бы магическими свойствами, «причем не в хорошем смысле»[19].

Локальный реализм[править | править код]

Локальный реализм — это комбинация принципа локальности с «реалистичным» предположением, что все объекты обладают «объективно существующими» значениями своих параметров и характеристик для любых возможных измерений, могущих быть произведенными над этими объектами, ПЕРЕД тем как эти измерения производятся. Эйнштейн, будучи, по всей видимости, сторонником локального реализма, любил в связи с этим говорить, что Луна не исчезает с неба, даже если её никто не наблюдает. Данные современной квантовой механики, основанные на проведенных экспериментах (см. Неравенства Белла, Bell test experiments), ставят под сомнение адекватность модели локального реализма «устройству» реальности[20].

Реализм[править | править код]

Реализм в том смысле, в котором его используют физики, не прямо идентичен значению слова реализм в метафизике[21]. Последнее — это своего рода утверждение, что существует в некотором смысле мир независимый от сознания. Даже если результаты какого-либо возможного измерения не существуют до проведения измерения, это не означает, что они создаются наблюдателем (как в интерпретации квантовой механики под названием «сознание вызывает коллапс (англ.)»). Более того, независимое от сознания свойство может и не быть значением какой-либо физической переменной/параметра, к примеру, положение или импульс. Свойство может быть диспозиционным (англ.) — то есть имеющим тенденцию, то есть оно может быть тенденцией, в том смысле что стеклянные объекты имеют тенденцию разбиваться, или расположены/имеют склонность разбиваться, даже если они не разбиваются в реальности/на самом деле. Сходным образом, независимые от сознания свойства квантовых систем могли бы состоять из тенденции отвечать на определённого рода измерения определённого рода значениями с некоторой вероятностью.[22] Такая онтология была бы метафизически реалистична и не будучи реалистичной в смысле, который физики вкладывают в словосочетания "локальный реализм" (которые требует, чтобы чёткое и единственное определённое значение измеряемой величины получалось бы с определённостью и достоверностью).

Локальный Реализм является существенной чертой классической механики, общей теории относительности и теории Максвелла, но квантовая механика по большому счету отвергает этот принцип из-за присутствия квантовой запутанности безотносительно к расстоянию, наиболее чётко продемонстрированной ЭПР Парадоксом и количественно формализованной неравенствами Белла.[23] Любая теория, к примеру квантовая механика, которая нарушает неравенства Белла, должна отвергнуть или локальный реализм, или противофактическую определённость-конечность (англ.). (Некоторые физики в ходе диспутов указывают, что эксперименты продемонстрировали нарушения неравенств Белла, на основании того, что подкласс неоднородных неравенств Белла (англ.) не был протестирован/проверен или соображения такого порядка: экспериментальные ограничения (англ.)). Различные интерпретации квантовой механики отвергают различные части локального реализма и/или противофактическую определённость.

Копенгагенская интерпретация[править | править код]

В большинстве обычных интерпретаций, таких как копенгагенская интерпретация и интерпретация, основанная на совместных историях (англ. consistent histories), где волновая функция не предполагается как имеющая прямую физическую интерпретацию реальности, отвергается именно реализм. Определенные конечные свойства физической системы «не существуют» до измерения, и волновая функция имеет ограниченную интерпретацию как не более чем математический инструмент используемый для расчета вероятностей исходов экспериментов, что находится в согласии с позитивизмом в философии как единственный возможный материал/сюжет/тема, которую наука и должна обсуждать.

В версии копенгагенской интерпретации, где волновая функция предполагается как имеющая физическую интерпретацию реальности (природа которой не уточняется) принцип локальности/близкодействия нарушается в ходе процесса измерения посредством коллапса волновой функции. Это не локальный процесс так как правило Борна, применяемое к волновой функции системы, дает плотность вероятности для всех областей пространства и времени. При измерении физической системы, плотность вероятности исчезает одновременно везде, кроме того места где (и когда – момент времени) система над которой производят измерение обнаруживается как существующая. Это «исчезновение» рассматривается как реальный физический процесс, и определенно нелокальный (происходящий быстрее чем скорость света) если волновая функция рассматривается как физически реальная и плотность вероятности стремится к нулю на произвольно далеких расстояниях в течение конечного времени, требуемого для процесса измерения.

Интерпретация Бома[править | править код]

Интерпретация Бома хочет сохранить реализм, и для этого ей необходимо нарушить принцип локальности для того, чтобы достигались необходимые корреляции.

Многомировая интерпретация[править | править код]

В многомировой интерпретации реализм и локальность/близкодействие сохраняются, но «counterfactual definiteness» (вариант перевода: противоречащая фактам определенность) отвергается путём расширения понятия реальность до принятия возможности существования параллельных вселенных.

Из-за того, что различия между интерпретациями в основном носят философский характер (кроме интерпретации Бома и многомировой интерпретации), физики обычно используют язык, в котором важные утверждения не зависят от выбираемой нами интерпретации. В этих рамках, только измеряемое удаленное действие на расстоянии — сверхсветовое движение передача/распространение реальной, физической информации рассматриваются физиками как нарушение локальности/близкодействия. Такие явления не были зарегистрированы научным сообществом и не предсказываются современными теориями (возможно за исключением теории Бома).

Относительность[править | править код]

Локальность/близкодействие — одна из аксиом релятивистской квантовой теории поля, как и требуется для причинности. Формализация локальности/близкодействия в этом случае следующая: если у нас есть две наблюдаемых, каждая из которых локализована в соответствующем отдельном пространственно-временном участке/регионе, которые пространственно-подобно (англ.) разделены друг от друга, то эти наблюдаемые обязаны коммутировать. В качестве альтернативы, решение уравнений поля является локальным, если лежащие в основе уравнения являются или инвариантом Лоренца или, в более общем случае, общековариантны или являются локальным инвариантом Лоренца.

Родственные темы[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ J. S. Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, (Cambridge University Press 1987)
  2. ↑ A. Aspect et al., Experimental Tests of Realistic Local Theories via Bell's Theorem, Phys. Rev. Lett. 47, 460 (1981)
  3. ↑ A. Aspect et al., Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New Violation of Bell's Inequalities, Phys. Rev. Lett. 49, 91 (1982),
  4. ↑ A. Aspect et al., Experimental Test of Bell's Inequalities Using Time-Varying Analyzers, Phys. Rev. Lett. 49, 1804 (1982),
  5. ↑ Barrett, 2002 Quantum Nonlocality, Bell Inequalities and the Memory Loophole: quant-ph/0205016 (2002).
  6. ↑ J. F. Clauser, M.A. Horne, A. Shimony and R. A. Holt, Proposed experiment to test local hidden-variable theories, Phys. Rev. Lett. 23, 880-884 (1969),
  7. ↑ J. F. Clauser and M. A. Horne, Experimental consequences of objective local theories, Phys. Rev. D 10, 526-35 (1974)
  8. ↑ S. J. Freedman and J. F. Clauser, Experimental test of local hidden-variable theories, Phys. Rev. Lett. 28, 938 (1972)
  9. ↑ R. García-Patrón, J. Fiurácek, N. J. Cerf, J. Wenger, R. Tualle-Brouri, and Ph. Grangier, Proposal for a Loophole-Free Bell Test Using Homodyne Detection, Phys. Rev. Lett. 93, 130409 (2004)
  10. ↑ R.D. Gill, Time, Finite Statistics, and Bell's Fifth Position: quant-ph/0301059, Foundations of Probability and Physics — 2, Vaxjo Univ. Press, 2003, 179-206 (2003)
  11. ↑ D. Kielpinski et al., Recent Results in Trapped-Ion Quantum Computing (2001)
  12. ↑ P.G. Kwiat, et al., Ultrabright source of polarization-entangled photons, Physical Review A 60 (2), R773-R776 (1999)
  13. ↑ M. Rowe et al., Experimental violation of a Bell’s inequality with efficient detection, Nature 409, 791 (2001)
  14. ↑ E. Santos, Bell's theorem and the experiments: Increasing empirical support to local realism: quant-ph/0410193, Studies In History and Philosophy of Modern Physics, 36, 544-565 (2005)
  15. ↑ Tittel, 1997: W. Tittel et al., Experimental demonstration of quantum-correlations over more than 10 kilometers, Phys. Rev. A, 57, 3229 (1997)
  16. ↑ Tittel, 1998: W. Tittel et al., Experimental demonstration of quantum-correlations over more than 10 kilometers, Physical Review A 57, 3229 (1998); Violation of Bell inequalities by photons more than 10 km apart, Physical Review Letters 81, 3563 (1998)
  17. ↑ Weihs, 1998: G. Weihs, et al., Violation of Bell’s inequality under strict Einstein locality conditions, Phys. Rev. Lett. 81, 5039 (1998)
  18. ↑ "Quantum Mechanics and Reality" ("Quanten-Mechanik und Wirklichkeit", Dialectica 2:320-324, 1948)
  19. ↑ Массер, 2018, с. 11.
  20. ↑ Существование объективной реальности вновь поставили под сомнение
  21. ↑ Norsen, T. — Against "Realism"
  22. ↑ Ian Thomson's dispositional quantum mechanics
  23. ↑ Ben Dov, Y. Local Realism and the Crucial experiment.

Литература[править | править код]

  • Джордж Массер. Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего = Musser George. Spooky action at a distance. — Альпина Нон-фикшн, 2018. — ISBN 978-5-91671-810-2.

Ссылки[править | править код]

П: Портал «Физика»
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Принцип_локальности&oldid=92649859