alain aspect, leuk maar hoe dan?

[biskwie]

hallo vrinden,

ik vond de volgende 2 aparte citaten m.b.t. het vaak geciteerde experiment van alain aspect:

“What happens in this experiment is that an atom emits two quanta of light, called photons, going opposite ways, and somehow these photons affect one another's behavior at a distance, without exchanging any signals through space. Notice that: without exchanging any signals through space but instantly affecting each other. Instantaneously.”

“Aspect and his team discovered that under certain circumstances subatomic particles such as electrons are able to instantaneously communicate with each other regardless of the distance separating them. It doesn't matter whether they are 10 feet or 10 billion miles apart. Somehow each particle always seems to know what the other is doing.“

vragen:

1) hoe verander je het gedrag/richting van 1 enkele photon/electron?

2) hoe registreer je het gedrag/richting van 1 enkele photon/electron?

3) in het ene citaat is sprake van photonen die van elkaar weten en in het andere citaat heeft men het over electronen maar dat zijn toch 2 verschillende dingen? of geldt het voor allebij partikels? zo ja wat voor andere partikels vertonen dit gedrag?

4) ik probeer mij een voorstelling van zaken te maken en dacht aan een volgende analogie:

een man met 1 voetbal in de linker en 1 in de rechterhand gooit die ballen gelijktijdig van zich af. 10 meter rechts van de man vandaan staat nog een man die de bal een hengst geeft op moment dat de bal voorbij komt. de bal verandert van richting maar miraculeus verandert de bal die zijn linkerhand verliet ook van richting (zelfde richting) zonder te zijn gehengst. moet ik mij dit wonder ongeveer zo voorstellen of ligt dat anders? en is er sprake van lijn- punt - of andere vorm van symmetrie?

alvast mijn dank, marie

(ik lees net dat men liever niet heeft dat je achteraf bedankt)

[DePurpereWolf]

Er is echter het probleem dat fotonen geen deeltjes zijn maar meer golven.

En ja dat verschijnsel zie je ook al bij elektronen.

Maar verder tastik ook in het duister, mischien moet je eens een link geven waar meer info op staat.

[Bert]

Deze experimenten staan bekend onder de naam EPR en EPRB (afkorting van de namen Einstein Podolsky Rosen en (als ik niet vergis) Bohm). Onder die namen valt heel wat te vinden op internet. De oorspronkelijke versie (EPR) is door Einstein cs bedacht gedachten experiment waarmee Einstein wilde aantonen dat quantummechanica geen volledige beschrijving van de natuur gaf en dat het wel degelijk mogelijk was (onder nauwkeurig geprepareerde omstandigheden) plaats en impuls van een deeltje nauwkeurig te kennen. Het berust op het feit dat het mogelijk is een paar electronen in gezamelijke toestand te brengen waarin informatie over het ene electron de toestand van het andere electron ogenblikkelijk vastlegt (althans volgens de quantummechica). Van de beide "gekoppelde" electronen gaat er een naar links en een naar rechts. De som van hun impulsen is 0 en het verschil van hun posities is het midden van het laboratorium (ook 0 als je wilt). Door nu van het rechtse deeltje de impuls te meten ligt de impuls van het linkse deeltje vast (gelijk maar tegengesteld) en door van het linkse deeltje de plaats te meten weten we van dat deeltje dus tegelijkertijd de plaats en de impuls met iedere gewenste nauwkeurigheid. Dat is ogenschijnlijk in tegenstelling met Heisenberg, vandaar dat Bohr zich er fel tegen verzette.

Bohm heeft later het experiment aangepast in een vorm die het geschikt maakte om een echte meting uit te voeren (de EPRB versie) door niet impuls en positie te nemen als te meten grootheden maar spin in 2 verschillende richtingen (in dit geval is de gezamelijke spin van de 2 deeltjes 0). Dat maakt het experiment geschikt om met licht uit te voeren omdat er een direct verband is tussen spin (bij deeltjes met massa 0 spreekt men eigenlijk niet van spin maar van heliciteit) en polarisatie. Dat laatste is door Alain Aspect uitgevoerd. De uitkomst (namelijk dat de natuur zich inderdaad zo vreemd gedraagt als dat de quantummechanica voorspelt) zou zowel Einstein als Bohr verbaasd hebben denk ik.

[DVR]

De uitkomst (namelijk dat de natuur zich inderdaad zo vreemd gedraagt als dat de quantummechanica voorspelt) zou zowel Einstein als Bohr verbaasd hebben denk ik.

Zegt dit experiment niet alleen wat over de wijze waarop foton-paren worden gecreëerd?

En, waarom zou het Einstein verbaasd hebben? Vanuit zijn meer deterministische oogpunt is dit effect prima te verklaren met de Bohm interpretatie..

[biskwie]

hoi bert, dank je, ik begrijp nu een beetje de context waarin dit experiment geboren is, dat helpt. wat ik nog steeds niet begrijp is de laboratorium opstelling van dit experiment. niet in detail want ik ben een leek maar het principe zou ik graag beter begrijpen en ook wat er nou helemaal gebeurd.

je schrijft:

“Het berust op het feit dat het mogelijk is een paar electronen in gezamelijke toestand te brengen waarin informatie over het ene electron de toestand van het andere electron ogenblikkelijk vastlegt (althans volgens de quantummechica).“

ik begrijp daar niets van.. hoe breng je bijvoorbeeld een paar electronen in gezamelijke toestand? liggen ze een nachtje samen onder een deken ?

wordt die spin op fotogevoelig papier vastgelegd?

DvR ik geloof dat ik de link heb gevonden in een van je threads:

http://twm.co.nz/hologram.html

uitgaande van paren.. moet ik dan denken dat de ene zigzag-pad aflegt en dat die andere dan precies hetzelfde pad maar dan gespiegeld doet?

[Bert]

ik begrijp daar niets van.. hoe breng je bijvoorbeeld een paar electronen in gezamelijke toestand? liggen ze een nachtje samen onder een deken ?

In detail weet ik ook niet hoe dat zou moeten, zeker niet bij 2 electronen. Om 2 fotonen met tegengestelde spin te krijgen wordt ervoor gezorgd dat het ontstaansproces van het fotonenpaar zodanig is dat de totale spin 0 moet zijn maar hoe dat precies werkt weet ik ook niet.

wordt die spin op fotogevoelig papier vastgelegd?

Bij electronen kan dat maar dan moet er wel een magnetisch veld zijn om de spin-up van de spin-down electronen te scheiden.

Bij fotonen is het eenvoudiger door middel van polarisatie filters.

uitgaande van paren.. moet ik dan denken dat de ene zigzag-pad aflegt en dat die andere dan precies hetzelfde pad maar dan gespiegeld doet?

In de traditionele opvatting van de quantummechanica gedraagt een electron zich in de vlucht meer als een golf zonder exact pad. In de interpretatie van Bohm: de "pilot-wave" interpretatie (loods-golf interpretatie zou ik het vertalen maar ik weet niet of dat de gebruikelijke vertaling is) volgt het electron inderdaad een zig-zag baan daarbij geloodsd door een golfverschijnsel.

[Bert]

Zegt dit experiment niet alleen wat over de wijze waarop foton-paren worden gecreëerd?

Mijns inziens zegt het experiment vooral veel over de wijze waarop de natuur in elkaar zit en het legt beperkingen op aan de theorie die gebruikt wordt om de natuur te beschrijven (een pure lokale theorie zoals Einstein die voorstond kan bijvoorbeeld niet juist zijn).

En, waarom zou het Einstein verbaasd hebben? Vanuit zijn meer deterministische oogpunt is dit effect prima te verklaren met de Bohm interpretatie.

Omdat Einstein een verklaard tegenstander was van "spooky action at a distance" terwijl dat in de quantummechanica schering en inslag was. Het EPR experiment was niet bedacht om aan te tonen dat dat kon maar juist om een zwakheid in de quantummechanica aan te tonen.

[DVR]

Omdat Einstein een verklaard tegenstander was van "spooky action at a distance" terwijl dat in de quantummechanica schering en inslag was. Het EPR experiment was niet bedacht om aan te tonen dat dat kon maar juist om een zwakheid in de quantummechanica aan te tonen.

Ja ok, ik begrijp dat je dat bedoelt.. Maar heb ik dan het experiment niet goed begrepen?

Het is toch als volgt:

Bijvoorbeeld, een muon vervalt in een electron positron paar.. De twee deeltjes bewegen zich van elkaar af..

Wordt nu van bv. het electron zijn spin gemeten, dan staat vast wat de spin van het positron is (simpelweg omdat totale spin 0 is).. Evenzo met de impuls; wordt van het positron de impuls gemeten dan is die van het electron daarmee bekend..

Ik zie niet in hoe hier 'spooky action at a distance' ter sprake komt.. Er is toch geen overdracht van informatie tussen beide deeltjes?

Vanuit de Bohm interpretatie betekent het gewoon dat die deeltjes (ongeacht of je ze meet of niet) een bepaalde spin hebben.. Vanuit de Kopenhagen interpretatie betekent het dat de deeltjes een soort gekoppelde toestandsfunctie hebben..

Dus, waar gaat mijn redenering de mist in?

DvR ik geloof dat ik de link heb gevonden in een van je threads:

http://twm.co.nz/hologram.html

Pfwoo, das lang geleden

[Bert]

Bijvoorbeeld, een muon vervalt in een electron positron paar.. De twee deeltjes bewegen zich van elkaar af..

Wordt nu van bv. het electron zijn spin gemeten, dan staat vast wat de spin van het positron is (simpelweg omdat totale spin 0 is).. Evenzo met de impuls; wordt van het positron de impuls gemeten dan is die van het electron daarmee bekend..

Ik zie niet in hoe hier 'spooky action at a distance' ter sprake komt.. Er is toch geen overdracht van informatie tussen beide deeltjes?

Vanuit de Bohm interpretatie betekent het gewoon dat die deeltjes (ongeacht of je ze meet of niet) een bepaalde spin hebben.. Vanuit de Kopenhagen interpretatie betekent het dat de deeltjes een soort gekoppelde toestandsfunctie hebben..

Dus, waar gaat mijn redenering de mist in?

Het punt waar het om gaat is dat tot op het moment dat de spin gemeten wordt de deeltjes geen welbepaalde spin hebben. Stel je voor dat je meet wat de spin is in vertikale richting. Daarbij gebruik je een vertikaal magneet veld. De kans dat het linkse deeltje een spin-up krijgt ten gevolge van dat magneet veld is 50%. Hetzelfde geldt voor het rechtse deeltje. Als klassieke wetten van waarschijnlijkeidsrekening van toepassing zouden zijn dan zou je tussen de beide deeltjes geen correlatie verwachten. De kans dat het linkse deeltje een spin-up heeft en rechts een spin-down zou 25% mogen zijn. Quantummechanica voorspelt echter een kans van 100% en dat lijkt door de experimenten bevestigd te worden. Hetzelfde vindt je als beide magneetvelden horizontaal zijn. Dit laat maar twee verklaringen toe:

1 het proces waarin de deeltjes worden gecreeerd weet van te voren hoe de magneetvelden zijn gericht en produceert twee deeltjes met precies de juiste spin

2 De deeltjes zijn zodanig met elkaar verstrengeld dat het vastleggen van de spin van het ene deeltje ook het andere deeltje vastlegt.

De eerste mogelijkheid lijkt mij absurd en dus blijft de tweede mogelijkheid over (hoewel ik moet toegeven dat ik me ook dat moeilijk kan voorstellen).

[DVR]

Het punt waar het om gaat is dat tot op het moment dat de spin gemeten wordt  de deeltjes geen welbepaalde spin hebben.

Inderdaad, met de Kopenhagen interpretatie niet.. Echter, met de Bohm interpretatie hebben de deeltjes al een spin of je het nu meet of niet..

Dit is ook waarom ik niet snap dat de EPR paradox wordt genoemd als argument vóór de kopenhagen/bohr interpretatie, en tegen de deterministische interpretatie van Einstein..

Met de Kopenhagen interpretatie heeft het deeltje voor de meting nog geen spin, eigenlijk IS het deeltje er niet eens! Het heeft alleen een kans om aangetroffen te worden.. Vanuit deze redenatie kom je inderdaad uit op wat jij zei:

"De deeltjes zijn zodanig met elkaar verstrengeld dat het vastleggen van de spin van het ene deeltje ook het andere deeltje vastlegt."

Echter vanuit het deterministische oogpunt, de Bohm interpretatie, zijn de toestanden van de deeltjes niet met elkaar 'verstrengeld' maar hebben de deeltjes bij de creatie ervan een tegengestelde spin gekregen.. Deze spin hebben ze ongeacht of je het meet.. Heel klassiek eigenlijk..

In mijn oogpunt kan de EPR paradox dus ook als bevestiging van de Bohm interpretatie worden gebruikt..

Veel, eigenlijk alle, wetenschappers gebruiken de Kopenhagen interpretatie van de quantummechanica simpelweg omdat deze de eerste was.. "Waarom overstappen op een andere theorie als deze toch exact dezelfde voorspellingen doet? Het voegt niets toe.."

Dit is naar mijn idee een vrij instrumentalistische visie..

Nu zeg ik niet dat de Bohm interpretatie beter is dan de Bohr/Kopenhagen interpretatie, vanuit een realistisch standpunt concludeer ik slechts dat minimaal 1 van de 2 interpretaties niet de juiste kan zijn (mischien zijn beide onjuist, who knows)..

Goed, nu dwaal ik een beetje af.. Echter, het is me nog steeds niet duidelijk hoe het nu precies zit..

Ik snap niet waarom de uitvoering van het experiment van de EPR paradox Einsteins deterministische beeld tegenspreekt wanneer je het experiment bekijkt vanuit de Bohm interpretatie..

Probeer het me aub nog één keer uit te leggen

[Bert]

Goed, nu dwaal ik een beetje af.. Echter, het is me nog steeds niet duidelijk hoe het nu precies zit..

Ik snap niet waarom de uitvoering van het experiment van de EPR paradox Einsteins deterministische beeld tegenspreekt wanneer je het experiment bekijkt vanuit de Bohm interpretatie..

Probeer het me aub nog één keer uit te leggen

Het spreekt niet perse een deterministisch wereldbeeld tegen maar wel een lokaal deterministisch beeld. Alain Aspect heeft aangetoond dat de quantummechanica de uitkomst van het experiment juist voorspelt. Daarmee is nog niet gezegd dat de Kopenhagen interpretatie de juiste verklaring geeft maar wel dat iedere concurrerende theorie dezelfde voorspelling zal moeten doen op dit punt. Laten we eens aannemen dat de deeltjes inderdaad op het moment dat ze ontstaan een welbepaalde spin hebben (ik ga nu erg slordig formuleren maar hoop dat het beeld duidelijk is). Stel bijvoorbeeld het ene deelte heeft een up-spin en het andere een spin-down. Als de magneetvelden voor de detectoren vertikaal gericht zijn dan is de correlatie tussen de meetresultaten natuurlijk 100%, maar vraag je eens af wat er gebeurt als de magneetvelden horizontaal gericht zijn. Volgens de rekenregels van de quantummechanica zal ook in dat geval de correlatie 100% zijn. Klassiek is dat niet te verklaren.

Kijk ook eens naar de bevindingen van Bell die in de zestiger jaren heeft bewezen dat het niet mogelijk is om een klassieke deterministische lokale theorie te construeren die dezelfde voorspellingen doet als de quantummechanica. Voor zover mij bekend is de theorie van Bohm ook niet lokaal (maar ik heb er nooit echt een studie van gemaakt).

[DVR]

Ok, het is al duidelijker

Ik zal ook ff googelen naar Bell..