ПАРАДОКС ЭЙНШТЕЙНА – ПОДОЛЬСКОГО – РОЗЕНА

Содержание статьи

• Волновая функция.
• Парадокс ЭПР.
• Разрешение парадокса.

ПАРАДОКС ЭЙНШТЕЙНА – ПОДОЛЬСКОГО – РОЗЕНА.

Волновая функция.

С развитием квантовой механики в физике появилось множество новых, непривычных понятий и идей. Одно из таких понятий – волновая функция, которая в квантовой теории служит для описания объектов и, тем самым, заменяет совокупность «привычных» параметров: координата, скорость, энергия и т.д. Частица в квантовой механике оказывается как бы «размазанной» по координате, по энергии и пр., и это «размазывание» характеризуется волновой функцией. Волновую функцию можно представить себе как «волну вероятности»: например, вероятность того, что квантовая частица находится в точке с заданными координатами, равна квадрату ее волновой функции, аргументом которой является координата. Соответственно, вероятность того, что частица имеет определенный импульс, равна квадрату волновой функции с импульсом в качестве аргумента. Поэтому у квантовой частицы нет фиксированной координаты или импульса – они принимают то или другое значение лишь с какой-то вероятностью. Однако измерение этих величин сразу же делает их фиксированными – так, пропустив частицу через очень маленькое отверстие, можно утверждать, что ее координаты равны координатам отверстия. При этом волновая функция частицы оказывается ненулевой только в том месте, где расположено отверстие. Тем самым, измерение меняет волновую функцию частицы – она как бы «схлопывается», становясь отличной от нуля только там, где частица была зарегистрирована.

Парадокс ЭПР.

В 1935 Эйнштейн, Подольский и Розен предложили мысленный эксперимент, из которого, по их мнению, следовала «неполнота» квантовой механики, т.е. неправильность описания физических объектов с помощью волновой функции. Они рассмотрели систему двух коррелированных частиц (см. КВАНТОВАЯ ОПТИКА; НЕРАВЕНСТВА БЕЛЛА), т.е. таких частиц, свойства которых связаны, не будучи точно заданными. Например, частицы А и Б рождаются в одной точке, а затем разлетаются в разные стороны, так что ни у одной из них не заданы координата и импульс, но в силу закона сохранения импульса сумма их импульсов, как и сумма координат, всегда равна нулю. Теперь, если провести измерения над частицей А, например, измерить ее координату, то ее волновая функция «схлопнется» в соответствующей точке. Но в то же время «схлопнется» и волновая функция частицы Б, поскольку ее координата после такого измерения тоже станет известной точно Если волновая функция полностью характеризует частицу, то значит, с частицей Б действительно что-то произойдет, а ведь измерение проводилось над частицей А, которая могла быть в этот момент очень далеко от частицы Б. А если изменится только волновая функция частицы А, а сама частица останется точно такой же, значит, волновая функция – плохая характеристика квантовой частицы. В этом и заключается парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена или, сокращенно, парадокс ЭПР.

Разрешение парадокса.

В действительности, рассуждение, предложенное Эйнштейном, Подольским и Розеном, нисколько не опровергает квантовую механику и даже концепцию волновой функции. Дело в том, что, как стало ясно уже после выхода статьи ЭПР, коррелированные частицы характеризуются лишь одной общей волновой функцией; каждой же из двух частиц определенную волновую функцию приписать нельзя. Поэтому в момент измерения над одной частицей действительно меняется как общая волновая функция обеих частиц, так и соответствующий квантовый объект – две коррелированные частицы.

Парадокс ЭПР имел большое значение для развития квантовой теории. Прежде всего, он стимулировал развитие ряда новых понятий и вызвал интерес к коррелированным состояниям квантовых частиц. Когда такие состояния были обнаружены экспериментально для фотонов, началось бурное развитие новой области в физике – квантовой оптики. Кроме того, эксперименты с коррелированными парами квантовых частиц (их также называют ЭПР-парами) позволили проверить, действительно ли вероятностное поведение характерно для отдельной квантовой частицы или это свойство совокупности частиц.

Мария Чехова