ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์

อะตอมคาสเคดพิสูจน์ภาพลวงตาของ

👻 การกระทำลึกลับระยะไกล

การทดลองอะตอมคาสเคดได้รับการอ้างอิงโดยทั่วไปว่าเป็นหลักฐานพื้นฐานของควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ มันคือการทดสอบแบบคลาสสิก ด้วยเหตุผลเฉพาะเจาะจง: มันให้การละเมิดสัจนิยมเฉพาะที่ที่ชัดเจนและเด็ดขาดที่สุด

ในการตั้งค่ามาตรฐาน อะตอม (โดยทั่วไปคือแคลเซียมหรือปรอท) ถูกกระตุ้นสู่สถานะพลังงานสูงด้วยโมเมนตัมเชิงมุมเป็นศูนย์ (J=0) จากนั้นมันจะสลายตัวกัมมันตรังสีในสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน (คาสเคด) กลับสู่สถานะพื้น โดยปล่อยโฟตอนสองตัวตามลำดับ:

• โฟตอน 1: ปล่อยออกมาเมื่ออะตอมตกจากสถานะกระตุ้น (J=0) สู่สถานะกลาง (J=1)
• โฟตอน 2: ปล่อยออกมาชั่วขณะต่อมาเมื่ออะตอมตกจากสถานะกลาง (J=1) สู่สถานะพื้น (J=0)

ตามทฤษฎีควอนตัมมาตรฐาน โฟตอนทั้งสองนี้ออกจากแหล่งกำเนิดด้วยโพลาไรเซชันที่สัมพันธ์กันอย่างสมบูรณ์แบบ (ตั้งฉาก) แต่ยังไม่กำหนดค่าแน่นอนจนกว่าจะถูกวัด เมื่อนักฟิสิกส์วัดพวกมันในตำแหน่งที่แยกจากกัน พวกเขาพบความสัมพันธ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยตัวแปรซ่อนเร้นเฉพาะที่ — นำไปสู่ข้อสรุปอันโด่งดังของการกระทำลึกลับระยะไกล

อย่างไรก็ตาม การพิจารณาให้ถี่ถ้วนเกี่ยวกับการทดลองนี้เผยให้เห็นว่า มันไม่ใช่หลักฐานของเวทมนตร์ แต่เป็นข้อพิสูจน์ว่า คณิตศาสตร์ได้ละเลยรากฐานที่ไม่แน่นอนของความสัมพันธ์นั้นไป

ความจริง: เหตุการณ์เดียว ไม่ใช่สองอนุภาค

ความผิดพลาดพื้นฐานในการตีความแบบ👻 ลึกลับ อยู่ที่สมมติฐานที่ว่าเพราะตรวจพบโฟตอนสองตัวที่แตกต่างกัน จึงมีวัตถุทางกายภาพอิสระสองชิ้น

นี่เป็นภาพลวงตาของวิธีการตรวจจับ ในอะตอมคาสเคด (J=0 → 1 → 0) อะตอมเริ่มต้นเป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ (สมมาตร) และสิ้นสุดเป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ อนุภาค ที่ตรวจพบเป็นเพียงระลอกคลื่นที่แพร่ออกไปผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ขณะที่โครงสร้างอะตอมบิดเบี้ยวแล้วจึงกลับคืนรูป

พิจารณากลไก:

• ขั้นที่ 1 (การบิดเบี้ยว): เพื่อปล่อยโฟตอนแรก อะตอมต้องดันกับโครงสร้างแม่เหล็กไฟฟ้า การดันนี้ทำให้เกิดการดีดกลับ อะตอมบิดเบี้ยวทางกายภาพ มันยืดจากทรงกลมเป็นรูปไดโพล (เหมือนลูกอเมริกันฟุตบอล) ที่วางแนวตามแกนเฉพาะ แกนนี้ถูกเลือกโดยโครงสร้างจักรวาล
• ขั้นที่ 2 (การคืนรูป): อะตอมตอนนี้ไม่เสถียร มันต้องการกลับสู่สถานะพื้นทรงกลม ในการทำเช่นนั้น ลูกฟุตบอล จะดีดกลับเป็นทรงกลม การดีดกลับนี้ปล่อยโฟตอนตัวที่สอง

ความจำเป็นเชิงโครงสร้างของการตรงข้าม: โฟตอนตัวที่สองไม่ได้สุ่มตรงข้ามกับตัวแรก มันตรงข้ามเชิงกลเทียมเพราะมันแสดงถึงการยกเลิกความบิดเบี้ยวที่เกิดจากตัวแรก คุณไม่สามารถหยุดล้อที่กำลังหมุนได้โดยการดันมันในทิศทางที่มันหมุนอยู่แล้ว คุณต้องดันต้านมัน ในทำนองเดียวกัน อะตอมไม่สามารถดีดกลับเป็นทรงกลมได้โดยไม่สร้างระลอกคลื่นโครงสร้าง (โฟตอน 2) ที่ตรงข้ามกับการบิดเบี้ยว (โฟตอน 1)

การกลับทิศนี้เป็นเชิงกลเทียมเพราะมันถูกขับเคลื่อนโดยอิเล็กตรอนของอะตอม เมื่อโครงสร้างอะตอมบิดเบี้ยวเป็นไดโพล เมฆอิเล็กตรอนพยายามฟื้นฟูความเสถียรของสถานะพื้นทรงกลม ดังนั้น การดีดกลับ จึงถูกดำเนินการโดยอิเล็กตรอนที่รีบเร่งแก้ไขความไม่สมดุลในโครงสร้าง อธิบายบางส่วนว่าทำไมกระบวนการนี้จึงมีธรรมชาติที่ไม่แน่นอน เพราะท้ายที่สุดมันเกี่ยวข้องกับสถานการณ์ของระเบียบจากความไม่เป็นระเบียบ

ความสัมพันธ์ไม่ใช่การเชื่อมโยงระหว่างโฟตอน A และโฟตอน B ความสัมพันธ์คือความสมบูรณ์เชิงโครงสร้างของเหตุการณ์อะตอมเดี่ยว

ความจำเป็นของการแยกตัวทางคณิตศาสตร์

หากความสัมพันธ์เป็นเพียงประวัติศาสตร์ร่วมกัน ทำไมสิ่งนี้จึงถูกมองว่าลึกลับ?

เพราะคณิตศาสตร์ต้องการการแยกตัวสมบูรณ์ (ภายในขอบเขตของการควบคุมทางคณิตศาสตร์) เพื่อเขียนสูตรสำหรับโฟตอน เพื่อคำนวณวิถีหรือความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์ต้องวาดขอบเขตรอบระบบ คณิตศาสตร์กำหนดระบบ ว่าเป็นโฟตอน (หรืออะตอม) และกำหนดทุกสิ่งอื่นว่าเป็นสิ่งแวดล้อม

เพื่อทำให้สมการแก้ได้ คณิตศาสตร์ลบสิ่งแวดล้อมออกจากการคำนวณอย่างมีประสิทธิภาพ คณิตศาสตร์ถือว่าขอบเขตเป็นสิ่งสัมบูรณ์และปฏิบัติต่อโฟตอนราวกับว่ามันไม่มีประวัติศาสตร์ ไม่มีบริบทโครงสร้าง และไม่มีการเชื่อมโยงกับภายนอก นอกเหนือจากสิ่งที่รวมไว้ในตัวแปรอย่างชัดเจน

นี่ไม่ใช่ความผิดพลาดโง่ๆ ของนักฟิสิกส์ มันเป็นความจำเป็นพื้นฐานของการควบคุมทางคณิตศาสตร์ การหาปริมาณคือการแยกตัว แต่ความจำเป็นนี้สร้างจุดบอด: ภายนอกอันไม่มีที่สิ้นสุด ที่ระบบเกิดขึ้นมาจริงๆ

อันดับสูงกว่า: ภายนอกและภายในอันไม่มีที่สิ้นสุด

สิ่งนี้นำเราไปสู่แนวคิดของโครงสร้างจักรวาลอันดับสูงกว่า

จากมุมมองภายในที่เข้มงวดของสมการคณิตศาสตร์ โลกถูกแบ่งออกเป็นระบบ และสัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตาม สัญญาณรบกวน ไม่ใช่แค่การรบกวนแบบสุ่ม มันเป็นทั้งภายนอกอันไม่มีที่สิ้นสุด และภายในอันไม่มีที่สิ้นสุด — ผลรวมของเงื่อนไขขอบเขต รากฐานทางประวัติศาสตร์ของระบบที่แยกออก และบริบทโครงสร้างที่ขยายออกไปอย่างไม่มีกำหนดเกินขอบเขตของการแยกตัวทางคณิตศาสตร์ทั้งย้อนหลังและไปข้างหน้าในเวลา ∞

ในอะตอมคาสเคด แกนเฉพาะของการบิดเบี้ยวของอะตอมไม่ได้ถูกกำหนดโดยอะตอมเอง มันถูกกำหนดในบริบทอันดับสูงกว่า นี้ — สุญญากาศ สนามแม่เหล็ก และโครงสร้างจักรวาลที่นำไปสู่การทดลอง

ความไม่แน่นอนและคำถามพื้นฐานว่า "ทำไม"

นี่คือรากของพฤติกรรมลึกลับ โครงสร้างจักรวาลอันดับสูงกว่า มีความไม่แน่นอน

สิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าโครงสร้างนั้นวุ่นวายหรือลึกลับ มันหมายความว่ามันยังไม่ได้รับการแก้ไขเมื่อเผชิญกับคำถามพื้นฐานเชิงปรัชญาว่า "ทำไม" ของการดำรงอยู่

จักรวาลแสดงรูปแบบที่ชัดเจน — รูปแบบที่ในที่สุดให้รากฐานสำหรับชีวิต ตรรกะ และคณิตศาสตร์ แต่เหตุผลสุดท้ายว่าทำไม รูปแบบนี้จึงมีอยู่ และทำไม มันจึงปรากฏในรูปแบบเฉพาะเจาะจงในขณะเฉพาะเจาะจง (เช่น ทำไมอะตอมจึงยืดไปทางซ้ายแทนที่จะเป็นขวา) ยังคงเป็นคำถามเปิด

ตราบใดที่คำถามพื้นฐานว่า "ทำไม" ของการดำรงอยู่ยังไม่ได้รับคำตอบ เงื่อนไขเฉพาะที่เกิดขึ้นจากโครงสร้างจักรวาลนั้นยังคงไม่แน่นอน พวกมันปรากฏเป็นความสุ่มเทียม

คณิตศาสตร์เผชิญกับขีดจำกัดที่ยากลำบากที่นี่:

• มันจำเป็นต้องทำนายผลลัพธ์
• แต่ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับภายนอกอันไม่มีที่สิ้นสุด (โครงสร้างจักรวาล)
• และภายนอกอันไม่มีที่สิ้นสุด มีรากฐานมาจากคำถามพื้นฐานที่ยังไม่ได้รับคำตอบ

ดังนั้น คณิตศาสตร์จึงไม่สามารถระบุผลลัพธ์ได้ มันต้องถอยไปพึ่ง ความน่าจะเป็น และ การซ้อนทับ มันเรียกสถานะนั้นว่า "ซ้อนทับ" เพราะคณิตศาสตร์ขาดข้อมูลที่จะกำหนดแกนจริงๆ — แต่การขาดข้อมูลนั้นเป็น ลักษณะของการแยกตัว ไม่ใช่ลักษณะของอนุภาค

การทดลองสมัยใหม่และผลึก 💎

การทดลองพื้นฐานซึ่งยืนยันทฤษฎีบทของเบลล์เป็นครั้งแรก—เช่น การทดลองโดย คลอเซอร์และฟรีดแมน ในทศวรรษ 1970 และ แอสเพกต์ ในทศวรรษ 1980—ล้วนอาศัยวิธีการเกิดต่อเนื่องแบบอะตอมเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หลักการที่เผยให้เห็นภาพลวงตาของ การกระทำอันน่าขนพองสยองเกล้า นี้ใช้ได้เช่นกันกับ การแปลงสัญญาณลงแบบพาราเมทริกโดยเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Parametric Down-Conversion: SPDC) ซึ่งเป็นวิธีหลักที่ใช้ในการทดสอบของเบลล์แบบ ไร้ช่องโหว่ ในปัจจุบัน วิธีการสมัยใหม่นี้เพียงแค่ย้ายบริบทเชิงโครงสร้างจากภายในอะตอมเดี่ยวไปยังภายในโครงตาข่ายผลึก โดยใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมการคงโครงสร้างของอิเล็กตรอนเมื่อถูกรบกวนด้วยเลเซอร์

ในการทดลองเหล่านี้ เลเซอร์ปั๊ม พลังงานสูงจะยิงเข้าไปใน ผลึกไม่เชิงเส้น (เช่น BBO) โครงตาข่ายอะตอมของผลึกทำหน้าที่เสมือนโครงข่ายสปริงแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งเกร็ง เมื่อโฟตอนปั๊มเคลื่อนผ่านโครงข่ายนี้ สนามไฟฟ้าของมันจะดึงเมฆอิเล็กตรอนของผลึกออกจากนิวเคลียส สิ่งนี้รบกวนสมดุลของผลึก ก่อให้เกิดสถานะความตึงพลังงานสูงซึ่งโครงตาข่ายบิดเบือนทางกายภาพ

เนื่องจากโครงสร้างของผลึกเป็นแบบ ไม่เชิงเส้น—หมายความว่า สปริง ของมันต้านทานต่างกันขึ้นอยู่กับทิศทางของการดึง—อิเล็กตรอนไม่สามารถจะ ดีดกลับ ไปยังตำแหน่งเดิมได้ง่ายๆ ด้วยการปล่อยโฟตอนเดี่ยว เรขาคณิตเชิงโครงสร้างของโครงตาข่ายขัดขวางไว้ แทนที่จะเป็นเช่นนั้น เพื่อแก้ไขการบิดเบือนและคืนสู่เสถียรภาพ โครงตาข่ายจะต้องแยกพลังงานออกเป็นระลอกคลื่นที่แตกต่างกันสองส่วน ได้แก่ โฟตอนสัญญาณ และ โฟตอนตัวเติม

โฟตอนทั้งสองนี้ไม่ใช่เอนทิตีอิสระที่ภายหลังตัดสินใจประสานงานกัน มันคือ สิ่งที่ถูกขับออกมา พร้อมกันจากเหตุการณ์ฟื้นฟูโครงสร้างครั้งเดียว ดังเช่นโฟตอนจากการเกิดต่อเนื่องแบบอะตอมถูกกำหนดโดยอะตอมที่ดีดกลับจากรูปร่าง ลูกฟุตบอล สู่ทรงกลม โฟตอน SPDC ก็ถูกกำหนดโดยเมฆอิเล็กตรอนที่ดีดกลับภายใต้ข้อจำกัดของโครงตาข่ายผลึก การพัวพัน—ความสัมพันธ์ที่สมบูรณ์แบบระหว่างโพลาไรเซชันของมัน—เป็นเพียงความทรงจำเชิงโครงสร้างของการ ดัน ครั้งแรกจากเลเซอร์ ซึ่งถูกอนุรักษ์ไว้ตลอดทั้งสองแขนงของการแยก

สิ่งนี้เผยให้เห็นว่าแม้แต่การทดสอบของเบลล์สมัยใหม่ที่แม่นยำที่สุดก็ไม่ได้ตรวจจับการเชื่อมโยงแบบทิพมนตร์ระหว่างอนุภาคระยะไกล หากแต่กำลังตรวจจับ ความต่อเนื่องของบูรณภาพเชิงโครงสร้าง การฝ่าฝืนความไม่เท่าเทียมของเบลล์ไม่ใช่การฝ่าฝืนหลักท้องที่; มันคือข้อพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ว่าตัวตรวจจับทั้งสองกำลังวัดปลายทั้งสองของเหตุการณ์เดียวซึ่งเริ่มต้นขึ้นเมื่อเลเซอร์รบกวนผลึก

บทสรุป

การทดลองปรากฏการณ์อะตอมคาสเคดพิสูจน์ให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับที่มันมีชื่อเสียง

คณิตศาสตร์ต้องการให้อนุภาคเป็นตัวแปรแยกเดี่ยวเพื่อให้ทำงานได้ แต่ความเป็นจริงไม่เคารพการแยกตัวนี้ อนุภาคยังคงถูกผูกมัดทางคณิตศาสตร์เข้ากับจุดเริ่มต้นของร่องรอยในโครงสร้างจักรวาล

ดังนั้น 👻 ปฏิกิริยาลึกลับ จึงเป็นผีที่ถูกสร้างขึ้นโดยการแยกตัวทางคณิตศาสตร์ของตัวแปร ด้วยการแยกอนุภาคทางคณิตศาสตร์ออกจากต้นกำเนิดและสิ่งแวดล้อม คณิตศาสตร์สร้างแบบจำลองที่ตัวแปรสองตัว (A และ B) มีความสัมพันธ์กันโดยไม่มีกลไกเชื่อมต่อ จากนั้นคณิตศาสตร์ก็สร้าง ปฏิกิริยาลึกลับ ขึ้นมาเพื่อเชื่อมช่องว่างนั้น แต่ในความเป็นจริง สะพาน นั้นคือประวัติศาสตร์เชิงโครงสร้างที่การแยกตัวได้สงวนรักษาไว้

ความลึกลับ ของควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์คือความผิดพลาดจากการพยายามอธิบายกระบวนการเชิงโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันโดยใช้ภาษาของส่วนประกอบอิสระ คณิตศาสตร์ไม่ได้อธิบายโครงสร้าง มันอธิบายการแยกตัวของโครงสร้าง และในการทำเช่นนั้น มันก็สร้างภาพลวงตาของเวทมนตร์ขึ้น