"Wir haben keine Idee" Buch erforscht größte Unknowns der Wissenschaft: Q & A mit den Autoren

Ein bahnbrechendes Quantenexperiment bestätigte kürzlich die Realität der "gruseligen Fernwirkung" - des bizarren Phänomens, das Einstein hasste - in dem die verbundenen Teilchen scheinbar schneller kommunizieren als die Lichtgeschwindigkeit.

Alles, was dazu nötig war, waren 12 Physikerteams in 10 Ländern, mehr als 100.000 freiwillige Spieler und über 97 Millionen Dateneinheiten - alle zufällig per Hand generiert.

Die Freiwilligen operierten von Orten auf der ganzen Welt und spielten am 30. November 2016 ein Online-Videospiel, das Millionen von Bits oder "Binärziffern" - die kleinste Einheit von Computerdaten - produzierte.

Physiker verwendeten diese zufälligen Bits dann in sogenannten Bell-Tests, um zu zeigen, dass verschränkte Teilchen oder Teilchen, deren Zustände geheimnisvoll verknüpft sind, Information irgendwie schneller übertragen können, als Licht sich bewegen kann, und dass diese Teilchen ihre Zustände scheinbar "wählen" in dem Moment, in dem sie gemessen werden. [Was ist Quantenmechanik?]

Ihre Ergebnisse, die kürzlich in einer neuen Studie veröffentlicht wurden, widersprachen Einsteins Beschreibung eines Staates, der als "lokaler Realismus" bekannt ist, wie Co-Autor Morgan Mitchell, Professor für Quantenoptik am Institut für Photonische Wissenschaften in Barcelona, ​​gegenüber Live Science in eine E-Mail.

"Wir haben gezeigt, dass Einsteins Weltanschauung des lokalen Realismus, in der Dinge Eigenschaften haben, ob man sie beobachtet oder nicht und kein Einfluss schneller als das Licht, nicht wahr sein kann - zumindest eines dieser Dinge muss falsch sein", sagte Mitchell.

Dies führt die Wahrscheinlichkeit von zwei Denkszenarien ein: Entweder ändern unsere Beobachtungen der Welt sie tatsächlich, oder Teilchen kommunizieren auf eine Weise miteinander, die wir nicht sehen oder beeinflussen können.

"Oder möglicherweise beides", fügte Mitchell hinzu.

Einsteins Weltsicht - Stimmt es?

Seit den 1970er Jahren haben Physiker die Plausibilität des lokalen Realismus getestet, indem sie Experimente namens Bell-Tests verwendeten, die erstmals in den 1960er Jahren vom irischen Physiker John Bell vorgeschlagen wurden.

Um diese Bell-Tests durchzuführen, vergleichen Physiker zufällig ausgewählte Messungen, wie die Polarisation von zwei verschränkten Teilchen, wie Photonen, die an verschiedenen Orten existieren. Wenn ein Photon in eine Richtung polarisiert ist (sagen wir oben), wird die andere nur einen bestimmten Prozentsatz der Zeit seitwärts gehen.

Wenn die Anzahl der Spiegelungen der Partikelmessungen über diese Schwelle hinausgeht - unabhängig davon, was die Partikel sind oder in welcher Reihenfolge die Messungen ausgewählt werden -, deutet dies darauf hin, dass die separierten Partikel ihren Zustand erst in dem Moment "auswählen" . Und es impliziert, dass die Teilchen sofort miteinander kommunizieren können - die sogenannte gruselige Aktion in einer Entfernung, die Einstein so sehr störte.

Diese synchronen Antworten widersprechen damit dem Begriff der wirklich unabhängigen Existenz, der die Grundlage des Prinzips des lokalen Realismus bildet, auf dem die Regeln der klassischen Mechanik beruhen. Aber immer wieder haben Tests gezeigt, dass verschränkte Partikel korrelierte Zustände zeigen, die den Schwellenwert überschreiten; dass die Welt in der Tat unheimlich ist; und dass Einstein falsch lag. [Die 18 größten ungelösten Mysterien in der Physik]

Bell Tests erfordern jedoch, dass die Auswahl dessen, was zu messen ist, wirklich zufällig sein sollte. Und das ist schwer zu zeigen, da ungesehene Faktoren die Auswahl der Forscher beeinflussen können, und sogar die zufällige Datengenerierung von Computern ist nicht wirklich zufällig. Dies schafft einen Fehler in Bell-Tests bekannt als die Freiheit der Wahl Lücke - die Möglichkeit, dass "versteckte Variablen" könnte die Einstellungen in den Experimenten verwendet, berichtet die Wissenschaftler. Wenn die Messungen nicht wirklich zufällig sind, können die Bell-Tests lokalen Realismus nicht definitiv ausschließen.

Jedes der Labors führte verschiedene Experimente durch, wobei verschiedene Teilchen - einzelne Atome, Atomgruppen, Photonen und supraleitende Vorrichtungen - verwendet wurden und ihre Ergebnisse zeigten "starke Meinungsverschiedenheiten mit dem lokalen Realismus" in einer Vielzahl von Tests, so die Studie, die online veröffentlicht wurde heute (9. Mai) in der Zeitschrift Nature.

Die Experimente zeigten auch eine faszinierende Ähnlichkeit zwischen Menschen und Quantenteilchen, die mit Zufälligkeit und freiem Willen in Zusammenhang steht. Wenn die von Bell durchgeführten Tests rein zufällig waren und nicht von den verschränkten Partikeln selbst beeinflusst wurden, dann war das Verhalten von Menschen und Partikeln zufällig, erklärte Mitchell.

"Wenn wir frei sind, sind sie es auch", sagte er.