kvanttimekaniikan perusperiaatteet

Esitys aiheesta: "kvanttimekaniikan perusperiaatteet"— Esityksen transkriptio:

1 kvanttimekaniikan perusperiaatteet
hiukkasta kuvaa todennäköisyysaalto  (=”aaltofunktio”) mittauksessa kaikista aaltofuktion sisältämistä mahdollisuuksista toteutuu yksi (”aaltofunktion romahdus”) vetyatomin stabiilisuus  mikromaailman mekaniikka

2 Tieteen historian paras, tarkin ja ilmiömaailman kuvailu
hiukkaset voivat olla epämääräisssä tiloissa … Tieteen historian paras, tarkin ja kattavin ilmiömaailman kuvailu … mutta se ei merkitse sitä, että - kaikki on epäselvää - mistään ei voi tietää mitään - fysiikan voi unohtaa - kaikki kertomukset ovat yhtä päteviä kvanttifysiikka toimii – mitä se tarkoittaa?

3 filosofisessa mielessä kvanttimekaniikka ei ole epäilyttävämpi
kuin esim. väite ”Maa kiertää Aurinkoa” ”Australia on olemassa”, ”Maa kiertää Aurinkoa”, ”atomit käyttäytyvät Schrödingerin yhtälön osoittamalla tavalla” ovat filosofisesti samanarvoisia lauseita, joskin teknisesti todennettavissa/falsifioitavissa mikä helpommin, mikä vaikeammin vaikeatajuisuus ei ole peruste hylätä teoriaa! sekä kopernikaaninen systeemi että kvanttimekaniikka voisivat olla vain kuvailuinstrumentteja molemmat perustuvat julkisiin, falsifioitavissa oleviin tarkkuus- havaintoihin se, että kvantteja ei silmin nähdä, on filosofisesti irrelevanttia puutteellinen teoria huono teoria mutta voidaan kysyä: 1. Onko kvanttimekaniikka sisäisesti ristiriitainen? 2. Johtuvatko sen merkillisyydet puutteista tiedoissamme?

4 kvanttiparadoksit? informaatio valoa nopeammin? (EPR-paradoksi)
voiko myös makroskooppinen kappale olla epämääräisessä tilassa: Schrödingerin kissa

5 monet alkeishiukkaset hajoavat sekunnin murto-osissa
hajoavat hiukkaset - kvanttifysikaalinen satunnaisprosessi - yksittäisen hiukkasen hajoamishetkeä ei voi ennustaa - hiukkanen hajoaa tietyllä hetkellä tietyllä todennäköisyydellä ( eksponentiaalinen hajoamislaki) esim. radioaktiivinen hajoaminen 14C  14N + e- +  _ ”radiohiili” C N N 5700 vuotta kosminen neutroni monet alkeishiukkaset hajoavat sekunnin murto-osissa

6 kvanttimekaaninen tila on kokonaisuus
lomittuminen (=’entanglement’) PING vasta mittaus kertoo, missä hajoamistuotteet menevät (’romauttaa aaltofunktion’)

7 esimerkki: hajoamistuotteiden hiukkasten spin
aaltofunktio romahtaa PING spin-0 –hiukkasen hajoaminen epämääräinen spin-tila: toisen spin ↑, toisen ↓ - mutta kumman? mittauksen seurauksena toisenkin hitusen spin tiedetään välittömästi hiukkaset (ja niiden spinit) ovat lomittuneet

8 EPR-paradoksi (Einstein, Podolsky, Rosen)
siirtyykö kvantimekaanisessa mittauksessa informaatiota valoa nopeammin? mistä tämä tietää heti että spin on mitattu? PING informaatio? voi sijaita vaikka Marsissa

9 A B informaatiota ei voi välittää aaltofunktion romahduksella PING
spin ↑ ”Aurinko paistaa” = spin ↑ … mutta spin ↓ tietyllä toden- köisyydellä spin ↓ … mutta sitä ei voi tietää kuin mittaamalla … A:n aaltofunktio romahtaa … ja mistä silloin tietää että B on todella suorittanut oman mittauksensa?

10 kaukovaikutus kvanttimekaniikka ei ole lokaali teoria! PING PING
lokaali = vuorovaikutukset paikallisia, tieto niistä etenee max valon nopeudella kaukovaikutus PING PING korrelaatioita hyvinkin pitkien matkojen yli - välittömästi

11 MILLAISIA KORRELAATIOITA
Einstein: kaukovaikutus näennäistä PIILOMUUTTUJATEORIA vetyatomin elektroni ’oikeasti’ jossakin: todennäköisyys = tietämättömyyttä kvanttifysiikka vain karkeistus  ‘oikean teorian’ muuttujat MILLAISIA KORRELAATIOITA MAAILMASSA VALLITSEE?

12 millaisia korrelaatioita?
jos täällä spin alas … ’Bertlmannin sukat’ John S. Bell … tuolla spin ylös myös monimutkaisempia korrelaatioita jos täällä fotonin polarisaatio osoittaa klo 2:een … … täällä se osoittaa klo 10:een todennäköisyydellä X kun fotonien alkuperä sama

13 millaisia korrelaatioita?
’beam splitter’ 1980-luvulla opittiin lähettämään valoa 1 fotoni kerrallaan valonsäde

14 BELLIN EPÄYHTÄLÖT M F katsoo tai pelaa tai ei katso ei pelaa
”Kauniita ja rohkeita” katsovien miesten lkm ”Kauniita ja rohkeita” katsovien, lottoa pelaavien miesten ja naisten lkm klassisia todennäköisyysrelaatioita kvanttifysiikassa voi pelata lottoa tai olla pelaamatta samanaikaisesti  ei-klassisia todennäköisyysrelaatioita fotonien polarisaatioiden välille  Bellin epäyhtälöt kvantifioivat

15 TODELLISUUS POHJIMMILTAAN
testataan Bellin epäyhtälöitä Alain Aspect et al 1982: fotonien polarisaatioiden korrelaatiot ei-klassisia maailmaa eivät kuvaa (lokaalit) piilomuuttujateoriat vetyatomin elektroni EI ’oikeasti’ jossakin: todennäköisyys = EI tietämättömyyttä erittäin merkittävä (filosofinen) empiirinen havainto! TODELLISUUS POHJIMMILTAAN EI-KLASSINEN Aspect: korrelaatiot yhtäpitäviä kvanttifysiikan ennusteiden kanssa

16 ei-klassisuus EI pelkästään mikroskooppista
Tittel et al 1998 U. Geneva Bellevue Bernex 10 km kokoinen lomittunut kvanttitila Geneven alla 10 km

17 lomittuminen  teleportaatio
laboratoriossa n. metrin matka siirretään hiukkasen ominaisuudet toiselle hiukkaselle kaukovaikutuksen kautta ei aineen kaukosiirtoa – ”aihio” on oltava olemassa Star Trek ei toimi

18 teleportaatio