FoodPro Preloader

Nonlocality fra Newton til Maxwell


Artikkelen "En kvantitativ trussel mot spesiell relativitet" av David Z Albert og Rivka Galchen diskuterer hvordan kvantefenomenet for entanglement forstyrrer vår intuisjon om at verden er "lokal". Det vil si, vi kan direkte påvirke kun objekter vi kan berøre, og indirekte effekter må overføres ved hjelp av en kjede av hendelser som hver opptrer lokalt. De

Artikkelen "En kvantitativ trussel mot spesiell relativitet" av David Z Albert og Rivka Galchen diskuterer hvordan kvantefenomenet for entanglement forstyrrer vår intuisjon om at verden er "lokal". Det vil si, vi kan direkte påvirke kun objekter vi kan berøre, og indirekte effekter må overføres ved hjelp av en kjede av hendelser som hver opptrer lokalt. De store fysikerne Niels Bohr og Albert Einstein knuste på implikasjonene av tilsynelatende nonlocalities i kvantemekanikk, men verken forestillte seg at universet faktisk kunne være nonlocal. Likevel arbeidet av teoretikeren John S. Bell på 1960-tallet og av eksperimenter som begynte på 1980-tallet, har definitivt bekreftet verdens ikke-kalibrerende kvantitet.
Som Galchen og Albert beskriver her, ble forskere hjemsøkt av tilsynelatende nonlocalities for århundrer siden, og trodde de hadde vellykket forbannet dem fra fysikk.
-Redaktørene

Nonlocality fra Newton til Maxwell

For tre hundre år siden, da Isaac Newton produserte den første moderne vitenskapelige beskrivelsen av det, syntes tyngdekraften å være en nonlocal kraft, og dermed være latterlig, og dermed oppnådde den tvilsynne monikeren "handling på avstand". Newton selv - etter gjentatte forsøk på å produsere en lokal gravitasjonskonto, inkludert en der alt som synes å være tomt rom, faktisk er fylt med små usynlige jigglingpartikler - kom til å betrakte sin egen teori som en bare fenomenologisk redegjørelse for hva skjedde i gravitasjonssystemer, en konto som ikke klarte å komme til grunnleggende. Newton kom til å betrakte den tilsynelatende nonlocality av hans teori (det er) som et symptom på sine begrensninger. Og så sto det for en god, lang stund.

Undersøkelsen av elektromagnetisme i løpet av 1800-tallet brakte i utgangspunktet den samme tilsynelatende mangelen, viste seg igjen å vise styrker som opptrer på avstand, og ikke gjennom mellommenneskelige forhold, og ikke gjennom mellommann - en perennially uvelkommen magi.

Men etter hvert som århundret utviklet seg, begynte det bare som en notasjonell bekvemmelighet - markens betegnelse - ble fasjonabel, og feltnotasjon tillot fysikere, i det minste formelt, å beskrive elektromagnetisme på en måte som overfladisk var i overensstemmelse med lokalkravene. Elektrisk ladede partikler (for eksempel) ble behandlet i denne notasjonen som å gi opphav til et elektrisk felt, som utvidet ut til uendelig og trengte inn i hvert punkt i rommet. Og kapasiteten til slike partikler til å presse og trekke på hverandre fra en avstand ble behandlet i denne notasjonen som følge av en perfekt lokal samspill mellom hver av de aktuelle partikler og de elektriske feltene som er forbundet med de andre . Ingen, men tenkte tidlig på felt som noe mer enn et spørsmål om bokføring. De ble ikke ansett som en del av verdens grunnleggende ontologi, ikke noe du kanskje sier, stubbe tå på, ikke (absolutt) en ekte ting .

Men da, under innflytelse av Michael Faraday og James Clerk Maxwell, var det en flott havforandring, presipitert av en rekke transformative observasjoner.
For det første: ved slutten av 1800-tallet var lovene for bevaring av energi og momentum dypt forankret i verdens vitenskapelige forestilling - og det ble lagt merke til at de totale energiene og momenta i isolerte samlinger av materielle partikler ofte ikke ble konservert når elektriske eller magnetiske interaksjoner var involvert. Maxwell skjønte da at en veldig enkel formel kunne tildele energi og fart til feltene, og at etter dette kunne bevaring av energi av partikler og felt sammen gjenopprettes. (Formelen for tildeling av energi og momentum til felt var bemerkelsesverdig elegant og derfor overbevisende.) Så det var en slags invitasjon: Behandle feltene som ekte, og du kan henge på bevaringsloven.

Også: Maxwell oppdaget at feltene har et rikt dynamisk liv av seg selv. Denne oppdagelsen fant sted da Maxwell forsøkte å skrive ned generaliserbare ligninger, basert på haugene av empiriske data generert av Faraday, for hvordan feltene endret seg over tid. Faradays data hadde ført Maxwell til et paradoks, fordi avhengig av hvordan feltverdier ble beregnet, kunne det oppstå to forskjellige og motstridende svar.
Og her var den vakre svingen. Maxwell prøvde å lete etter en minimal modifikasjon av hans teori som ville løse dette paradokset, og det han oppdaget var funnelsen om at det kan være spennende utvikling av elektriske og magnetiske felt selv i fullstendig fravær av ladede partikler, såkalte ladningsfrie løsninger . (Denne oppdagelsen må ha følt seg som å oppdage at det kan være helt disembodied tannverk.) De partielle feltene (det viste seg) kunne presse hverandre rundt, og deres påfølgende kjede av svingninger ville forplante seg gjennom rom med en bestemt hastighet, en hastighet som nettopp skjedde å korrespondere med den da veldig nylig målte lyshastigheten.
Denne "tilfeldigheten" var forbløffende. Lys var noe fysikere hadde forestilt seg at de ville komme rundt til en gang i den relativt fjerne fremtid, det var noe forstått nesten ikke i det hele tatt. Men så plutselig visste de ikke bare hvilket lys som var, men nødvendigheten av dens eksistens ble utledet som et spørsmål om logikk. Et vidunder.
Og her var de beste nyhetene: Når Maxwells ligninger ble modifisert, kunne du stille et spørsmål om kreftene mellom to ladede partikler en viss avstand fra hverandre, og du kunne finne ut om attraksjonen mellom dem handlet lokalt. Du måtte bare spørre deg selv hva som ville skje hvis du flyttet en av partiklene ... i hvilken grad ville det føre til at den andre partikkelen ble påvirket av et annet felt? Det viste seg at det sfæriske skalet av justeringer utvidet utover ved lysets hastighet.
Så elektromagnetisk (og, for den saks skyld, gravitasjon) tiltrekning ble forstått å være et helt lokalt fenomen. (Fysikken virket plutselig svært nær, den euforiske følelsen var at alt som ble gjenstand for å gjøre, var å arbeide ut av noen få detaljer.) Den 300-årige tornet av nonlocality forsvant ganske enkelt, og kostnaden for all denne fremgangen var bare at den grunnleggende ontologien - universets møbler - i det vesentlige doblet. Det var nå materielle legemer og felt. Og begge var ekte. Maxwells triumf betydde en spektakulær validering av vår dype intuisjon av lokalitet.
Og den prefigurerte lokaliteten faller fra hverandre i John S. Bells arbeid. Det er forståelig at et problem med lokalitet var det siste Niels Bohr eller Albert Einstein ville ha mistanke om. Siden fysikkens begynnelse har nonlocality vært avdelingen som tapper på vinduspanelet, venter på å bli anerkjent - en pasient, men vedvarende spøkelse, som fremdeles venter på å bli sluppet inn.

Luftpistoler brukt i offshore oljeutforskning kan drepe liten marine livRotte Studie Gnister Furor Over Genetically Modified FoodsHar det opprinnelige FN-klimamålet blitt glemt?En smut over: Usunn sot i luften kan også fremme global oppvarmingPine Bark Beetles klar for nye angrep på Canadas Boreal ForestsLøpet er på å beskytte millioner av mennesker fra flomDatamaskiner ville aldri ha funnet "Alien Superstructure" Star - det er nødvendig borgervitenskapGene-Modified Tomater Churn Out Sunn Næringsstoffer