Hvordan Hippiene Lagrede Fysikk: Vitenskap, Motkultur, og Quantum Revival [Utdrag]


Redaktørens kommentar: Gjengitt fra hvordan Hippiene lagret fysikk: Vitenskap, motkultur, og Quantum Revival av David Kaiser. Opphavsrett (c) 2011 av David Kaiser. Brukes med tillatelse fra utgiveren, WW Norton & Company, Inc. Klikk her for å se en video som forklarer quantum entanglement. [fra kapittel 2, s.

Redaktørens kommentar: Gjengitt fra hvordan Hippiene lagret fysikk: Vitenskap, motkultur, og Quantum Revival av David Kaiser. Opphavsrett (c) 2011 av David Kaiser. Brukes med tillatelse fra utgiveren, WW Norton & Company, Inc. Klikk her for å se en video som forklarer quantum entanglement.

[fra kapittel 2, s. 25-38:]
Den ikonoklastiske irske fysikeren John S. Bell hadde lenge lært en privat disquietude med kvantemekanikk. Hans fysikklærere - først ved Queen's University i hans hjemland Belfast i slutten av 1940-tallet, og senere ved Birmingham Universitet, hvor han forfulgte doktorgrad i midten av 1950-tallet - hadde avvist tolkingsspørsmål. Den "stille ingen spørsmål" holdning frustrert Bell, som forblir uoverbevist om at Niels Bohr virkelig hadde overvunnet den siste av Einsteins kritikk for lenge siden, og at det ikke var noe igjen å bekymre seg for. På et tidspunkt i hans bachelorstudier, hans røde sjokk på håret flammende, deltok han selv i en skrikekamp med en beleilig professor og kalte han "uærlig" for å prøve å skrive over ekte mysterier i fundamentene, for eksempel hvordan å tolke usikkerheten prinsipp. Klart ville absolutt gi, kvantemekanikk arbeidet upåklagelig "for alle praktiske formål", en frase han fant seg selv ved å bruke så ofte at han laget akronymet "FAPP." Men var det ikke mer til fysikk enn FAPP? På slutten av dagen, etter at alle bølgefunksjonene hadde blitt beregnet og sannsynligheter plottet, burde ikke kvantemekanikk ha noe sammenhengende å si om naturen?

I årene etter hans uhyrlige ropende kamper forsøkte Bell å holde disse tvilene til seg selv. I en alder av en og en av tider innså han at hvis han fortsatte å hengi seg til disse filosofiske spekulasjonene, kunne de godt spytte sin fysikkkarriere før den kunne begynne. Han dykker inn i vanlige emner, som arbeider med atom- og partikkelfysikk ved Harwell, Storbritannias sivile atomforskningsenter. Fortsatt fortsatte hans sinn å vandre. Han lurte på om det var noen måte å presse utover sannsynlighetene som tilbys av kvanteorienteringen, for å redegjøre for bevegelse i atomarmen mer som hvordan Newtons fysikk behandlet bevegelsen av hverdagens gjenstander. I Newtons fysikk var oppførselen til et eple eller en planet helt bestemt av sine opprinnelige tilstandsvariabler som posisjon (hvor det var) og momentum (hvor det gikk) - og kreftene som virkede på det; ingen sannsynligheter i sikte. Bell lurte på om det kunne eksistere noen sett av variabler som kunne legges til den kvantemekaniske beskrivelsen for å gjøre det mer som Newtons system, selv om noen av de nye variablene forblir skjult for visning i et gitt eksperiment. Bell avlidelig lest en populær oversikt over kvanteorientering av en av sjefsarkitekter, Max Borns naturlige filosofi om årsak og sjanse (1949), der han lærte at noen av Føddes samtidige også hadde forsøkt å finne slike "skjulte variabler" ordninger tilbake i på slutten av 1920-tallet. Men Bell leser også i Fødds bok at en annen stor av interwargenerasjonen, den ungarske matematikeren og fysikeren John von Neumann, hadde utgitt et bevis allerede i 1932 som viste at skjulte variabler ikke kunne gjøres kompatible med kvantemekanikk. Bell, som ikke kunne lese tysk, gravd ikke opp von Neumanns resonditebevis. Sagt av en leder (og snart til å bli Nobelprisvinneren) som Born virket som grunn nok til å slippe ideen.

Tenk deg Bells overraskelse, da et år eller to senere leser han et par artikler i fysisk gjennomgang av den amerikanske fysikeren David Bohm. Bohm hadde sendt innleggene fra hans lærerstol ved Princeton University i juli 1951; Da de ble skrevet seks måneder senere, hadde han landet i Sao Paulo, Brasil, og fulgte hans hounding av House Un-American Activities Committee. Bohm hadde vært utdannet student under J. Robert Oppenheimer i Berkeley i slutten av 1930-tallet og tidlig på 1940-tallet. Sammen med flere likesinnede venner hadde han deltatt i diskusjonsgrupper om frihet, politikk, verdslige saker og lokale problemer som om arbeidstakere ved universitetets laboratorium burde være fagforeninger. Han deltok selv i det kommunistiske partiets lokale gren av nysgjerrighet, men han fant diskusjonene så kjedelige og ineffektive at han avsluttet kort tid senere. Slike diskusjoner kan ha virket uskyldige i vanlige tider, men etterforskerne fra Military Intelligence Division tenkte ellers når USA kom inn i andre verdenskrig, og Bohm og hans diskusjonsbudskaper begynte å jobbe i de tidligste fasene i Manhattan-prosjektet for å bygge en atombombe. Militære etterretningsoffiserer holdt diskusjonsgruppene under topphemmelig overvåking, og i etterforskernes øyne var linjen mellom nysgjerrig diskusjonskonsern og kommunistcelle svak. Når han senere ble kalt for å vitne før HUAC, bad Bohm den femte endringen i stedet for navnene. Over fysikkavdelingens innvendinger, la Princetons administrasjon ut av sin kontrakt om fast eiendom, snarere enn å sette på nytt ham. I midten av et whirling mediefilm fant Bohm alle andre innenlandske alternativer stengt. Motvillig avviste han for Brasil.

Midt i Sturm und Drang utarbeidet Bohm sine egne skjulte variabler fortolkning av kvantemekanikk. Som Bell senere påpekte, hadde han "sett det umulige gjort" i disse papirene av Bohm. Fra den vanlige Schrödinger-ligningen, men rewriting den på en ny måte, viste Bohm at formalismen ikke bare må tolkes når det gjelder sannsynligheter. En elektron, for eksempel, kan oppføre seg mye som en kulde eller billiardball, og følge en vei gjennom rom og tid med veldefinerte verdier av posisjon og momentum hvert trinn på veien. Gitt elektronens startposisjon og momentum og kreftene som virker på den, vil fremtidens oppførsel være helt bestemt, akkurat som tilfellet med den trofaste biljardkulen - selv om Bohm måtte innføre et nytt "kvantepotensial" eller kraftfelt som ikke hadde noe analog i klassisk fysikk. I Bohm-modellen var kvantesignaturen som hadde så fengslet Bohr, Heisenberg og resten - og det var så opprørt at unge Bell, når han ble forankret av sine lærere - oppsto fordi visse variabler, som for eksempel elektronens opprinnelige posisjon, aldri kunne spesifiseres nøyaktig : Innsats for å måle startposisjonen ville uunngåelig forstyrre systemet. Dermed kunne fysikere ikke skaffe tilstrekkelig kunnskap om alle relevante variabler som kreves for å beregne en kvanteobjektets sti. De foruroligende sannsynlighetene for kvantemekanikk, Bohm posisjonert, sprang fra gjennomsnitt over de ekte-skjulte variablene. Hvor Bohr og hans acolytes hadde hevdet at elektroner ganske enkelt ikke hadde komplette sett med bestemte egenskaper, hevdet Bohm at de gjorde - men som et praktisk forhold forblev noen skjult for visning.

Bohms papirer sparket Bells fantasi. Snart etter å ha oppdaget dem, ga Bell en samtale om Bohms papirer til Theory Division i Harwell. De fleste av hans lyttere satt i bedøvet (eller kanskje bare kjedelig) stillhet: Hvorfor var denne unge fysikeren sløsing med sin tid på en slik filosofisk drivel? Hadde han ikke noe virkelig arbeid å gjøre? Et medlem av publikum vokste imidlertid animert: Østerrikske émigré Franz Mandl. Mandl, som kjente både tysk og von Neumanns klassiske studie, avbrutt flere ganger; de to fortsatte sine intense argumenter godt etter at seminaret var avsluttet. Sammen begynte de å revurdere von Neumanns ikke-skjulte variabler bevis, på og av når det var tillatt, til de hver gikk sine egne veier. Mandl dro Harwell i 1958; Bell, misfornøyd med den retningen som laboratoriet syntes å være på vei, forlot to år senere.

Bell og hans kone Mary, også fysikist, flyttet til CERN, Europas multinasjonale laboratorium for høy energi fysikk som nylig ble etablert i Genève. Igjen forfulgte han banebrytende forskning innen partikkelfysikk. Og igjen, til tross for sin beste innsats, fant han seg trukket til sin hobby: tenker hardt om grunnlaget for kvantemekanikken. En gang bosatt i Genève, kjøpte han en ny sparringspartner i Josef Jauch. Som Mandl, hadde Jauch vokst opp i den kontinentale tradisjonen og var godt kjent med de fineste punktene i Einsteins, Bohrs og von Neumanns arbeid. Faktisk, da Bell kom inn i byen, var Jauch opptatt med å forsøke å styrke von Neumanns bevis på at skjulte variablersteorier var uforenlige med de vellykkede spådommens prediksjoner. Til Bell var Jauchs inngrep som å vinkle et rødt flagg foran en tyr; det intensiverte bare sin beslutning om å demonstrere at skjulte variabler ikke hadde blitt utelukket. Spurred av disse diskusjonene, skrev Bell en anmeldelseartikkel om temaet skjulte variabler, hvor han isolerte en logisk feil i von Neumanns berømte bevis. På slutten av papiret bemerket han at "de første ideene til dette papiret ble oppfattet i 1952" - fjorten år før papiret ble utgitt - og takket Mandl og Jauch for all den "intensive diskusjonen" de hadde delt over den lange periode.

Fortsatt Bell fortsatte å skyve, og lurte på om en bestemt type skjult variabelteori, forskjellig fra Bohms versjon, kunne være kompatibel med vanlig kvantemekanikk. Hans tanker kom tilbake til det berømte tankeeksperimentet som ble introdusert av Einstein og hans junior kolleger Boris Podolsky og Nathan Rosen i 1935, kjent fra starten av forfatterens initialer, "EPR." Einstein og firma hadde hevdet at kvantemekanikken må være ufullstendig: i hvert fall i noen situasjoner kunne definitive verdier for par av variabler bestemmes samtidig, selv om kvantemekanikken ikke hadde mulighet til å redegjøre for eller representere slike verdier. EPR-forfatterne beskrev en kilde, som en radioaktiv kjerne, som skutt ut parpartikler med samme hastighet, men i motsatte retninger. Ring den venstreflyttende partikkelen, "A", og den høyre-bevegelige partikkelen, "B." En fysiker kan måle As posisjon på et gitt tidspunkt, og derved utlede verdien av Bs posisjon. I mellomtiden kunne fysikeren måle B's momentum i samme øyeblikk, og dermed fange kunnskap om Bs momentum og samtidig posisjon til ønsket ønsket nøyaktighet. Likevel dikterte Heisenbergs usikkerhetsprinsipp at nøyaktige verdier for visse par av variabler, for eksempel posisjon og momentum, aldri kunne bli kjent samtidig.

Grundleggende for Einstein og selskapets begrunnelse var at kvanteobjekter ble båret med dem - på ryggen, som de var - komplette sett med bestemte egenskaper til enhver tid. Tenk på den trofaste biljardballen: Den har en bestemt verdi av posisjon og en bestemt verdi av momentum til enhver tid, selv om vi velger å måle bare en av disse egenskapene av gangen. Einstein antok det samme må være sant for elektroner, fotoner og resten av microworlds møbler. Bohr, i en skyndsom respons på EPR-papiret, hevdet at det var feil å anta at partikkel B hadde en reell verdi for posisjonen hele tiden, før noen anstrengelser for å måle den. Kvantumobjekter, etter hans syn, hadde ganske enkelt ikke skarpe verdier for alle eiendommer til enhver tid. Slike verdier oppstod under målingen, og selv Einstein hadde avtalt at ingen enhet kunne direkte måle partikkels posisjon og momentum samtidig. De fleste fysikere syntes innholdet med Bohrs riposte - eller, mer sannsynlig, var de bare lettet over at noen andre hadde svart på Einsteins dype utfordring.

Bohrs svar tilfredsstillte aldri Einstein, men; og tilfredsstillte heller ikke John Bell. Bell innså at intuisjonen bak Einsteins berømte tankeeksperiment - grunnen til at Einstein så det så dumt for kvantemekanikk-bekymret "lokalitet". Til Einstein var det aksiomatisk at noe som skjer i et område av rom og tid, ikke skulle kunne påvirke noe som skjer i et fjernt område - mer fjernt, si enn lys kunne ha reist i den mellomliggende tid. Som EPR-forfatterne sier det, "siden de to systemene [partikler A og B] ikke lenger interagerer, kan det ikke påvises noen reell forandring i det andre systemet på grunn av alt som kan gjøres i det første systemet. " Men Bohrs svar foreslo noe annet helt: Beslutningen om å utføre en måling på partikkel A (enten posisjon eller momentum) ville øyeblikkelig endre egenskapene som er tilskrevet den fjerntliggende partikkel B. Mål partikkel As posisjon, for eksempel, og bam! partikkel B ville være i en tilstand med veldefinert posisjon. Eller måler partikkels A momentum, og zap! -Partikkel B ville være i en tilstand av veldefinert momentum. Senest i livet stod Bohrs linje fremdeles Einstein. "Min instinkt for fysikk bølger på dette, " skrev Einstein til en venn i mars 1948. "Spooky handlinger på avstand, " huffed han.

Frisk fra sine krusninger med Jauch, returnerte Bell til EPRs tankeeksperiment. Han lurte på om slike "spooky handlinger på avstand" var endemiske mot kvantemekanikk, eller bare en mulig tolkning blant mange. Kan noen form for skjult variabel tilnærming gjengi alle kvantitative forutsigelser av kvantteori, mens de fortsatt tilfredsstiller Einsteins (og Bells) intuisjon om lokalitet? Han fokuserte på en variasjon av EPRs oppsett, introdusert av David Bohm i sin 1951 lærebok om kvantemekanikk. Bohm hadde foreslått å bytte verdiene av partikelspinnene langs x- og y- aksene for posisjon og momentum.

"Spin" er en nysgjerrig eiendom som mange kvantepartikler har; dens oppdagelse i midten av 1920-tallet ga en hjørnestein til den voksende bygningen av kvantemekanikk. Quantum spin er en diskret mengde vinkel momentum, det vil si tendensen til å rotere rundt en gitt retning i rommet. Selvfølgelig har mange store objekter også vinkelmomentum: tenk på planeten Jorden spinner rundt sin akse for å forandre natt til dag. Spinn i microworld har imidlertid noen kjennskaper. For en ting, mens store gjenstander som Jorden i prinsippet, i alle fall kan spinne, har kvantpartikler faste mengder av det: enten ingen spin i det hele tatt, eller en halv enhet eller en hel enhet eller trehalvdeler enheter, og så videre. Enhetene er bestemt av en universell konstant av naturen kjent som Plancks konstante, allestedsnærværende gjennom kvanteverdenen. Partiklene som utgjør vanlig materie, som elektroner, protoner og nøytroner, har hver en halv rotasjonsenhet; fotoner, eller kvantum av lys, besitter en hel enhet av spinn.

I en ytterligere pause fra vanlig vinkelmoment kan kvantespinn bare orienteres på bestemte måter. En spin-halvpartikkel kan for eksempel eksistere i bare ett av to tilstander: enten rotere "opp" eller rotere "ned" med hensyn til en gitt retning i rommet. De to tilstandene blir åpenbare når en strøm av partikler passerer gjennom et magnetfelt: Spinningspartiklene vil bli avbøyet oppover, vekk fra deres forrige retning av fly, mens spinn ned partiklene vil bli avbøyet nedover. Velg noen retning langs hvilken magnetene skal justeres - si, z- aksen - og spinnet av en hvilken som helst elektron vil bare bli funnet å være opp eller ned; ingen elektron vil noensinne bli målt som tre fjerdedeler "opp" i den retningen. Dreier nå magneter, slik at magnetfeltet peker langs en annen retning. Send en ny serie elektroner gjennom; igjen vil du bare finne spinn opp eller spinne ned langs den nye retningen. For spin-halvpartikler som elektroner, er spinnet langs en gitt retning alltid enten +1 (opp) eller -1 (ned), ingenting i mellom. (Figur 2.1.)

Uansett hvilken vei magnetene er justert, vil halvparten av de innkommende elektronene bli bøyd oppover og halvveis nedover. Faktisk kan du erstatte oppsamlingsskjermbildet (for eksempel en fotografisk plate) nedstrøms magneter med to Geiger-tellere, plassert der spin-up og spin-down partiklene blir avbøyet. Deretter stiller du ned intensiteten til kilden slik at bare en partikkel blir skutt ut av gangen. For en gitt løp vil bare en Geiger-teller klikke: enten den øvre (indikerer passasje av en oppspolingspartikkel) eller den nedre (indikerer spin-down). Hver partikkel har en 50-50 sjanse for å bli målt som spin-up eller spin-down; sekvensen av klikk ville være en tilfeldig serie med + 1 s (øvre teller) og -1 (lavere teller), gjennomsnittlig ut over mange løp til et like antall klikk fra hver detektor. Verken kvanteorientering eller noen annen ordning har fremdeles gitt et vellykket middel til å forutsi på forhånd om en bestemt partikkel skal måles som spin-up eller spin-down; bare sannsynlighetene for et stort antall løp kan beregnes.

Bell innså at Bohms variasjon av EPR-tankeforsøket, som involverte partikelspinn, ga to hovedfordeler over EPRs opprinnelige versjon. Først kokte målingene alltid til enten +1 eller -1; ingen fuzzy kontinuum av verdier å bekymre seg for, som det ville være når man måler posisjon eller momentum. For det andre hadde fysikere samlet seg tiår med erfaring med å bygge ekte maskiner som kunne manipulere og måle partikkelspinn; så langt som tankeeksperimenter gikk, kan dette være grunnlaget for noen velfortjent tillit. Og så begynte Bell å analysere den spin-baserte EPR-ordningen. Fordi partiklene oppstod på en spesiell måte, spyttet ut fra en kilde som hadde nullspinn før og etter at de var disgorged, måtte også den totale spinningen av de to partiklene sammen være null. Når de måles langs samme retning, bør spinnene deres alltid vise perfekt korrelasjon: hvis A's spinn var opp, må B's være nede, og omvendt. Tilbake i de tidlige dagene av kvantemekanikken hadde Erwin Schrödinger kalt slike perfekte korrelasjoner "forstyrrelse".

Bell demonstrerte at en skjult variabelmodell som tilfredsstillte lokaliteten - hvor egenskapene til A forblev upåvirket av hvilke målinger som ble utført på B - kunne lett gjengi den perfekte korrelasjonen når A og B-spinnene ble målt i samme retning. Ved rot betydde dette å forestille seg at hver partikkel bragte med en bestemt verdi for spinn langs en gitt retning, selv om de fleste av disse verdiene forblev skjult for visning. Spinnverdiene ble ansett å være egenskapene til partiklene selv; de eksisterte uavhengig av og før alle anstrengelser for å måle dem, akkurat som Einstein ville ha ønsket.

Neste Bell vurderte andre mulige ordninger. Man kan velge å måle en partikkels spinn i en hvilken som helst retning: z- aksen, y- aksen eller en hvilken som helst vinkel i mellom. Alt man måtte gjøre var å rotere magneter mellom hvilken partikkelen passerte. Hva om man målte A's spinn langs z- aksene og B-spinnen i en annen retning? (Fig. 2.2.) Klarte seg på de forventede korrelasjonene til spinnmålinger ved opptak av partikler gjennom enheten, mens detektorene på hver side var orientert i forskjellige vinkler. Han betraktet detektorer som hadde to innstillinger, eller retninger langs hvilke spinn kunne måles.

Ved å bruke bare noen få algebra-linjer, viste Bell at ingen lokal skjult variablersteori noen gang kunne gjengi samme grad av korrelasjoner som en varierte vinklene mellom detektorer. Resultatet har blitt kjent som "Bells teoremåte". Bare antar at hver partikkel bære et fullt sett av bestemte verdier alene, før måling - selv om de fleste av disse verdiene forblev skjult for visning - nødvendigvis sammenstøt med kvantteori. Nonlocality var faktisk endemisk mot kvantemekanikk, hadde Bell vist: På en eller annen måte var utfallet av målingen på partikkel B avhengig av det målte utfallet på partikkel A, selv om de to partiklene ble separert av store avstander på det tidspunkt disse målingene ble gjort. Enhver innsats for å behandle partiklene (eller målinger som er gjort på dem) som uavhengige, kun underlagt lokale påvirkning, førte nødvendigvis til forskjellige spådommer enn kvantemekanikkens. Her var hva Bell hadde grop for, av og til siden studentedagen hans: noen kvantitative måter å skille Bohrs tolkning av kvantemekanikk fra andre sammenhengende, selvforsynte muligheter. Problemforstyrrelsen mot lokalitet-var mottagelig for eksperimentell test. I hans bein ville han håpet lokaliteten ville vinne.

I årene siden Bell formulerte sin teorem, har mange fysikere (Bell inkludert) forsøkt å artikulere hva brudd på hans ulikhet ville bety, på et dypt nivå, om mikrovirksomhetens struktur. Mest prosaisk tyder entanglement på at på den minste skala av materie er hele mer enn summen av delene. Sett på en annen måte: man kan vite alt som er å vite om et kvantesystem (partikler A + B), og ennå ikke vet noe klart om hver enkelt del separat. Som en ekspert på feltet har skrevet, er entangled quantumsystemer ikke engang "delelig med tanke": vår naturlige tilbøyelighet til å analysere systemer i delsystemer, og å bygge opp kunnskap om det hele fra grundig undersøkelse av dens deler, stopper inn kvante domene.

Fysikere har gått til heroiske lengder for å oversette kvantum-nonlocality i hverdagens termer. Litteraturen er nå full av historier om bokser som blinker med røde og grønne lys; disheveled fysikere som spaserer nedover gaten med feilaktige sokker; Klar Sherlock Holmes-inspirerte scenarier som involverer kvante røvere; selv en forseggjort fortelling om en baker, to lange transportbånd og par av soufflés som kanskje eller ikke kan stige. Min favoritt kommer fra en "kvantemekanisk ingeniør" hos MIT, Seth Lloyd. Tenk deg tvillinger, Lloyd instruerer oss, adskilt en stor avstand fra hverandre. En skritt inn i en bar i Cambridge, Massachusetts akkurat som hennes bror går inn i en bar i Cambridge, England. Tenk deg videre (og dette kan være den vanskeligste delen) at ingen av dem har en mobiltelefon eller en annen enhet som kan kommunisere frem og tilbake. Uansett hva hver bartender ber dem, vil de gi motsatte svar. "Øl eller whisky?" Massachusetts tvillingen kan svare på begge måter, med like sannsynlighet; men uansett hvilket valg hun gjør, vil hennes tvillingebror et hav unna svare med det motsatte valget. (Det er ikke at begge tvillinger har en bestemt preferanse, etter mange turer til deres respektive barer, vil de hver og en like bestille øl og whisky like ofte.) Bartendere kunne like godt ha spurt, "Flaskeøl eller utkast?" eller "rødvin eller hvit?" Still spørsmål - til og med et spørsmål som ingen hadde bestemt å spørre før lenge etter at tvillingene hadde reist langt, langt borte fra hverandre - og du vil alltid motta polare motsatte svar. På en eller annen måte vet en tvilling "alltid" hvordan man svarer, selv om ingen informasjon kunne ha reist mellom dem, på en slik måte at langdistanse korrelasjonen sikres.

[fra kapittel 3, s. 43-48:]
John Clauser satte seg gjennom sine kurs på kvantemekanikk som utdannet student ved Columbia University i midten av 1960-tallet, lurte på når de ville takle de store spørsmålene. Som John Bell lærte Clauser raskt å holde munnen lukket og forfølge sine interesser på siden. Han begravet seg i biblioteket, poring over EPR-papiret og Bohms artikler om skjulte variabler. Så i 1967 snublet han over Bells papir i Physics Physique Fizika . Tidsskriftets merkelige tittel hadde tatt øye med ham, og mens han lurte bladet gjennom det første bundne volumet, skjedde han å merke Bells artikkel. Clauser, en spirende eksperimentalist, innså at Bells teorem kunne være mottagelig for virkelige tester i et laboratorium. Opphisset, fortalte han sin avhandlingskonsulent om hans funn, bare for å bli avvist for å kaste bort tiden sin på slike filosofiske spørsmål. Snart ville Clauser bli sparket ut av noen av de fineste kontorene i fysikk, fra Robert Serber i Columbia til Richard Feynman på Caltech. Bøyer til disse pressene forfulgte Clauser en avhandling om et mer akseptabelt emne-radio-astronomi og astrofysikk, men i bakhodet hans fortsatte han å puslespill gjennom hvordan Bells ulikhet kunne bli testet.

Før han startet i et eksperiment selv, skrev Clauser til John Bell og David Bohm for å dobbeltsjekke at han ikke hadde oversett noen tidligere eksperimenter på Bells teorem og kvantum-nonlocality. Begge respondentene skrev straks tilbake, begeistret over forestillingen om at en ærlig-til-god-eksperimentist hadde noen interesse for emnet i det hele tatt. Som Bell senere husket, var Clausers brev fra februar 1969 det første direkte svaret Bell hadde mottatt fra noen fysiker om Bells teorem - mer enn fire år etter at Bells artikkel var blitt publisert. Bell oppmuntret den unge eksperimentøren: Hvis tilfeldigvis klarte Clauser å måle en avvik fra spådommens forutsigelser, som ville "riste verden!"

Oppmuntret av Bells og Bohms svar, innså Clauser at det første trinnet ville være å oversette Bells uberørte algebra til uttrykk som kunne komme i kontakt med et ekte eksperiment. Bell hadde antatt for enkelhet at detektorer ville ha uendelig smale vinduer eller åpninger gjennom hvilke partikler kunne passere. Men som Clauser visste godt fra sitt radio-astronomi arbeid, er åpninger i den virkelige verden alltid bredere enn en matematisk pinprick. Partikler fra en rekke retninger vil kunne komme inn i detektorene ved en av deres innstillinger, a eller en ' . Samme for detektorens effektivitet. Bell hadde antatt at spinnene til hvert par partikler ville bli målt hver gang et nytt par ble skutt ut fra kilden. Men ingen laboratoriedetektorer var 100% effektive; noen ganger ville en eller begge partikler av et par ganske enkelt unnslippe deteksjonen helt. Alle disse komplikasjonene og mer måtte løses på papir, lenge før en plaget bygging av en maskin for å teste Bells arbeid. Clauser gravd inn og sendte en kort abstrakt om dette arbeidet til Bulletin of the American Physical Society, i forkant av selskapets kommende konferanse. Det abstrakte dukket opp på trykk like før våren 1969 møtet.

Og så ringte telefonen. To hundre miles borte, hadde Abner Shimony jakter ned samme serie tanker. Shimony's uvanlige trening - han holdt Ph.D i både filosofi og fysikk, og undervist i begge avdelinger ved Boston University-grunnet ham for et emne som Bells teoremåte på en måte som nesten ingen av hans amerikanske fysikskollegaer delte. Han hadde allerede publisert flere artikler om andre filosofiske aspekter av kvantteori, som begynte tidlig på 1960-tallet. Shimony hadde blitt tippet av Bells teorem tilbake i 1964, da en kollega ved nærliggende Brandeis University, der Bell hadde skrevet opp sin papir, sendte Shimony et preprint av Bells arbeid. Shimony ble nesten ikke vant over med en gang. Hans første reaksjon: "Her er et annet kokende papir som kommer ut av det blå, " som han sa det nylig. «Jeg hadde aldri hørt om Bell, og det var dårlig skrevet, og det var på det gamle multigrafpapiret, med den blå blekk som smurt. Det var noen aritmetiske feil. Jeg sa, " Hva skjer her? "" Alternativt bemused, forvirret og fascinert, leser han det igjen og igjen. «Jo mer jeg leste det, jo mer strålende virket det. Og jeg skjønte:" Dette er ikke noe kokt papir. Dette er noe veldig flott. "Han begynte å skure litteraturen for å se om noen tidligere eksperimenter, utført for forskjellige formål, kunne har allerede utilsiktet satt Bells teoremåte til testen. Etter intensiv graving kom han til å kalle dette arbeidet "quantum archeology" - han skjønte at, til tross for noen nærfeil, ville ingen eksisterende data gjøre trikset. Ingen eksperimentist selv, han "satte alt på is" til han kunne finne en passende partner.

Et par år gikk forbi før en utdannet student kom banket på Shimony's dør. Studenten hadde nettopp fullført sine kvalifiserende eksamener og var speider for et avhandlingsemne. Sammen besluttet de å montere et helt nytt eksperiment for å teste Bells teoremåte. I flere måneder i deres forberedelser, langt fra et fungerende eksperiment, spiste Shimony Clausers abstrakt i Bulletin, og nådde for telefonen. De bestemte seg for å møte på det kommende American Physical Society-møtet i Washington, DC, hvor Clauser skulle planlegge å snakke om hans foreslåtte eksperiment. Der har de lagt ut en plan for å bli med. Et felles papir, som Shimony følte, ville uten tvil være sterkere enn en av deres egen innsats alene ville være - hele ville være større enn summen av sine deler - og på den måten "det var den siviliserte måten å håndtere prioriterte spørsmål. " Og så begynte et godt samarbeid og et sett med varige vennskap.

Clauser fullførte sin avhandling ikke lenge etter møtet. Han hadde litt tid mellom å levere sin avhandling og det formelle oppgavesparket, så han gikk opp til Boston for å jobbe med Shimony og de (nå to) kandidatstudenter som Shimony hadde korrallert på prosjektet. Sammen har de avledet en variasjon på Bells tema: et nytt uttrykk, mer hensiktsmessig å direkte sammenligne med laboratoriedata enn Bells hadde vært. (Deres ligninger berørte S, den spesielle kombinasjonen av spinnmålinger som ble undersøkt i det forrige kapittelet.) Selv om hans forskning begynte å bløte, ble Clausers sysselsettingsutsikter svak. Han ble uteksaminert akkurat som kløften mellom etterspørsel og tilbud til amerikanske fysikere åpnet bredt. Han hindret ytterligere hans sjanser ved å gi noen jobbforedrag om emnet Bells teoremåte. Clauser ville senere skrive med stor lidenskap om at fysikere som viste noen interesse i grunnmekanismens grunnlag under en "stigma", så kraftig og ivrig følte seg som noen krig av religion eller McCarthy-lignende politiske utrensninger.

Til slutt tilbød Berkeleys Charles Townes Clauser en postdoktor i astrofysikk ved Lawrence Berkeley Laboratory, på styrken av Clausers avhandling om radio-astronomi. Clauser, en ivrig seiler, planla å seile sin båt fra New York rundt spissen av Florida og inn i Galveston, Texas; da ville han laste båten på en lastebil og kjøre den til Los Angeles, før han satte seg opp i California-kysten til San Francisco Bay Area. (En orkan slengte sine planer, han og hans båt ble holdt opp i Florida, og han likte å måtte kaste den tydelig over hele landet i stedet.) Clauser og Shimony lagret hele tiden sin første fellesartikkel om Bells teoremåte: hver tid Clauser seilte inn i en havn langs østkysten, han ville finne en telefon og sjekke inn med Shimony, som hadde jobbet med et utkast av papiret deres. Da sendte Shimony ut kopier av det redigerte utkastet til hver marina i den neste byen på Clauser's reiserute, "noe jeg plukket opp, " forklarte Clauser nylig, "og noen av dem sannsynligvis fortsatt venter der for alt jeg vet." Frem og tilbake deres redigeringer fløy, og da Clauser ankom i Berkeley tidlig i august 1969, hadde de et utkast klar til å legge til journal.

Det var sakte på Lawrence Berkeley Laboratory sammenlignet med boomårene, og budsjetter hadde allerede begynt å krympe. Clauser klarte å overbevise sin fakultetssponsor, Townes, at Bells teorem kunne fortjener seriøs eksperimentell studie. Kanskje Townes, en oppfinner av laseren, var mer mottakelig for Clausers tonehøyde enn de andre fordi Townes også hadde blitt fortalt av tyngden av hans tid at hans egen romanideide fløy i forhold til kvantemekanikken. Townes lot Clauser bruke halvparten av sin tid til kjæledyrprosjektet, ikke minst fordi, som Clauser gjorde klart, ville de eksperimenter han hadde tenkt koste nesten ingenting. Med det grønne lyset fra Townes, begynte Clauser å skille ut reservedeler fra oppbevaringsskapene rundt Berkeley-labet - "Jeg har blitt ganske god til dumpster dykking", som han sa det nylig - og snart hadde han kanalisert sammen av måling av korrelerte polarisasjoner av fotoner. (Fotoner, som elektroner, kan eksistere i bare ett av to stater; polarisering fungerer i dette tilfellet som rotasjon i forhold til Bell-type korrelasjoner.) I 1972, ved hjelp av en utdannet student lånt til ham på Townes oppfordrer, Clauser publiserte de første eksperimentelle resultatene på Bells teoremåte. (Figur 3.1.)

Til tross for Clausers private håp om at kvantemekanikken skulle bli toppet, fant han og hans student at de kvantemekaniske spådommene kunne sees på. I laboratoriet, så mye som på teoretikernes skrapelodd, syntes microworld virkelig å være en innfelt nest av nonlocality. Han og hans student hadde klart å gjennomføre verdens første eksperimentelle test av Bells teorem - i dag en slik grunnlag for grensefysikken - og de viste med kalde, harde data at målingene av partikkel A virkelig var sterkere korrelert med målinger av partikkel B enn noen lokale mekanismer kunne imøtekomme. De hadde produsert nøyaktig den "spooky action på avstand" som Einstein hadde funnet så opprørende. Likevel kunne Clauser finne noen fysikere som syntes å bry seg. Han og hans student publiserte sine resultater i de prestisjetunge Physical Review Letters, og likevel året etter deres papir, globale citater til Bells teorem - fortsatt bare en trickle-droppet med over halvparten. Arbeidet i verdensklasse gjorde lite for å forbedre Clausers arbeidsutsikter, heller ikke. En avdelingsformann som Clauser hadde søkt på en jobb tvilte på at Clausers arbeid på Bells teoremannere regnet som "ekte fysikk".