Nästa år är det hundraårsjubileum av sommaren då den tyske teoretiske fysikern Werner Heisenberg sökte skydd från hösnuva på ön Helgoland i Nordsjön. Där kom han på hur han skulle uttrycka de förbryllande spektroskopiska observationerna av atomer – varvid de absorberade och sänder ut ljus vid väldefinierade, karakteristiska frekvenser – i matematisk form. Heisenbergs mentor, den danske fysikern Niels Bohr, hade föreslagit att spektra skulle kunna förstås under antagandet att en atoms elektroner bara kan ha specifika energier, växla från en energinivå till en annan genom att sända ut eller absorbera ett enda "kvantum" av ljus med en energi proportionell mot dess frekvens. Den kvanthypotesen för ljus hade föreslagits av Albert Einstein 1905, och Bohr hade utvecklat den till en ny teori om atomen – om än en som inte var meningsfull i klassiska termer.
Genom att uttrycka de tillåtna energierna för dessa "kvanthopp" som en matris av experimentellt observerade värden, transformerade Heisenberg ad hoc, begynnande kvantteori till en genuin kvantmekanik. Hans matrisalgebra antydde att det inte var möjligt att samtidigt veta både positionen och rörelsemängden för en partikel med godtycklig noggrannhet. Denna "osäkerhetsprincip" antydde att kvantfysiken satte gränser för den kunskap vi kan ha om atomvärlden.
Bohr, Heisenberg och deras medarbetare i Köpenhamn fortsatte med att hävda att denna begränsning är grundläggande. Det är inte så att vi är dömda att förbli okunniga om exakt hur saker är, utan snarare att det inte finns något meningsfullt "hur saker är" förrän de har mätts. Förslaget utlöste ett godmodigt men skarpsinnigt argument mellan Bohr och Einstein som varade under en stor del av deras gemensamma liv. "Einstein kunde inte göra eftergiften. Det skulle gnugga ut separata, individuella föremål, väsentliga egenskaper hos en acceptabel världsbild”, skriver John Heilbron och Jim Baggott i sin nya bok Kvantdrama: Från Bohr-Einstein-debatten till Entanglements gåta. Baggott, en fysiker och vetenskapsskribent, och Heilbron, en vetenskapshistoriker som dog 2023, berättar om kvantmekanikens historia, från starten till dagens framkant av kvantinformationsteknologi.
Einstein tröttnade aldrig på att hitta på nya invändningar mot "Köpenhamns"-synen. Vid Solvay-konferensen 1930 i Belgien, som samlade dåtidens ledande fysiker, konfronterade han Bohr med ett paradoxalt tankeexperiment som involverade en tung låda som hängde i en fjäder, innehållande en foton (som rymmer) och en fast klocka. Bohr gav ett svar på pusslet som dämpade många tvivel men som inte verkar ha tillfredsställt Bohr själv. "Han grämde sig över det för resten av sitt liv", säger Heilbron och Baggott. "En grov skiss av apparaten fanns på hans svarta tavla dagen han dog."
Einsteins motstånd avslöjade kvantmekanikens djupt kontraintuitiva natur – mest känt i ett tankeexperiment som utarbetades 1935 med hans yngre kollegor Boris Podolsky och Nathan Rosen. Detta "EPR [Einstein-Podolsky-Rosen]-experiment" visade att, när två partiklar har interagerat, verkade kvantmekaniken insistera på att deras egenskaper därefter förblir beroende av varandra, så att en mätning framkallar omöjlig omedelbar signalering mellan de två. Erwin Schrödinger, som delade Einsteins antipati mot Köpenhamnssynen, kallade denna effekt "förveckling".
För Einstein kunde EPR-paradoxen endast lösas genom att anta att de intrasslade partiklarna hade fasta egenskaper hela tiden, om än sådana som inte var observerbara och därmed karakteriserade av "dolda variabler". Problemet var att både Bohrs och Einsteins tolkningar gjorde identiska experimentella förutsägelser. Utan något självklart sätt att lösa frågan lades den åt sidan, och många forskare på 1940- och 1950-talen ansåg att sådana "grundläggande" frågor var meningslösa eller till och med opassande. Vem brydde sig, när kvantmekaniken fungerade så bra i praktiken? Detta var den attityd som den amerikanske fysikern David Mermin berömt karakteriserade som "håll käften och beräkna", vilket var särskilt dominerande i det pragmatiska USA. Att intressera sig för sådana frågor kan vara liktydigt med karriärsjälvmord. "Du kommer aldrig att få en doktorsexamen om du låter dig distraheras av sådana lättsinne," sa Mermin till vid Harvard, enligt boken. Han påpekar att "det var en mycket ofilosofisk tid".
Nobelpristagaren Murray Gell-Mann anklagade Bohr för att ha hjärntvättat en generation fysiker till att tro att kvantmekanikens pussel länge hade lösts.
I sin 1999-bok Kvantdialog, vetenskapshistoriker Mara Beller anklagade Bohr och hans kollegor för att påtvinga sin Köpenhamnsortodoxi och marginalisera eller förlöjliga alternativa tolkningar som David Bohms "pilotvågor" och Hugh Everetts "universella vågfunktion", även känd som "många världar"-tolkningen av kvantmekaniken. Nobelpristagaren Murray Gell-Mann anklagade Bohr för att ha hjärntvättat en generation fysiker till att tro att kvantmekanikens pussel länge hade lösts. Men Heilbron och Baggott visar att det är mer rättvist att lägga skulden på samhällets apati i stort. Som Paul Dirac sa om teorins metafysiska gåtor: "Många människor lever långa och fruktbara liv utan att någonsin oroa sig för [dem]."
Trettio år av "mot mätning"
Den attityden började dock förändras 1964 när Den nordirländska fysikern John Bell kom på ett sätt att skilja de så kallade dolda-variabler-modellerna från kvantmekaniken utan krusiduller. Allt som behövdes var en seriös tanke - "Det fanns ingenting i Bells ojämlikhet som inte var känt för kvantgrundarna", säger författarna.
Ironiskt nog kom Bell med sitt berömda test för att han ville hitta ett fel i den bohriska kvantmekaniken. Det gjorde också den första personen som utförde testet experimentellt, John Clauser, som arbetade med Stuart Freedman vid University of California i Berkeley. Ändå har det experimentet, och de många andra som senare genomförts, ofelbart stött enbart kvantmekaniken och uteslutit alla dolda variabler – åtminstone de som gäller lokalt att tilldela varje partikel fasta egenskaper vid en given position före mätning. (Det betyder inte att Bohr har rätt, även om det verkar nästan omöjligt att rädda Einsteins position.) Boken ger en enastående redogörelse för det återuppväxande intresset för kvantfundament som följde av Bells och Clausers arbete, som särskilt involverade Clausers kollega 2022 Nobelpristagarna Anton Zeilinger och Alain Aspect. Långt ifrån att vara tomt filosoferande, understödjer sådana studier nu teknologier som kvantberäkning och kvantkryptografi.
Kvantdrama berättar en komplex historia med en stor skådespelare. Även om författarna ibland kräver mycket av sina läsare, har jag aldrig läst en bättre redogörelse: balanserad, auktoritativ och kryddad med elegant kvickhet. Heilbron och Baggott beskriver en resa till Japan som gjordes av flera av de tidiga kvantpionjärerna och beskriver hur Heisenberg under en promenad förbi en pagod spontant klättrade upp den och stod på sin spets (bredd ∆q) på ena foten i en ylande vind, lyckligtvis behöll en osäkerhet ∆p för liten för att slå honom omkull.”
Den här boken kommer inte att vara allt för alla människor. Som med Heilbrons tidigare bok Niels Bohr: En mycket kort introduktion, dess beskrivning av Bohr-atomen är så teknisk att den är nästan ogenomtränglig för alla utom specialister, vilket skapar ett formidabelt hinder så tidigt i boken. Och det finns andra tillfällen, som i beskrivningarna av Bell-test, där man längtar efter en pittig sammanfattning av kvalitativ mening bland detaljerna. Ibland kastas läsaren till en rad kommentarer från experter utan mycket indikation på hur man navigerar i deras motsägelser.
Men om detta gör boken ibland utmanande för den allmänna läsaren, är vinsten för uthållighet avsevärd. Som författare till en populär redogörelse för kvantmekanik tvekar jag att föreslå att man lämnar sådana ansträngningar åt sidan till förmån för denna mer omfattande volym – men jag skulle verkligen rekommendera att behandla alla sådana konton med försiktighet tills du har läst den här.
- 2024 Oxford University Press 352pp £25hb
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/entangled-entities-bohr-einstein-and-the-battle-over-quantum-fundamentals/
- : har
- :är
- :inte
- :var
- $UPP
- 160
- 1930
- 1999
- 2022
- 2023
- a
- Om oss
- absorberad
- godtagbart
- Enligt
- Konto
- konton
- noggrannhet
- den anklagade
- Alla
- tillåter
- ensam
- längs
- också
- alternativ
- Även
- amerikan
- bland
- an
- och
- Annan
- vilken som helst
- apati
- Apex
- Ansök
- godtycklig
- ÄR
- argumenterar
- Argumentet
- AS
- åt sidan
- aspekt
- Antagandet
- At
- atomen
- atom
- attityd
- Författaren
- Författarna
- balanserad
- Slaget
- BE
- därför att
- blir
- varit
- innan
- började
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- Belgien
- klocka
- Berkeley
- Bättre
- mellan
- boken
- boris
- båda
- Box
- fört
- men
- by
- kalifornien
- kom
- KAN
- Karriär
- genom
- försiktighet
- firade
- hundraårsjubileum
- säkerligen
- utmanande
- byta
- karakteristiska
- känne
- laddad
- klick
- Klättrade
- klocka
- behöriga
- kollegor
- COM
- kommentarer
- samfundet
- komplex
- databehandling
- Genomför
- Konferens
- betydande
- kunde
- Skapa
- kryptografi
- skärning
- danska
- David
- dag
- Dagar
- diskussion
- debatter
- anses
- djupt
- Efterfrågan
- beskriva
- beskriver
- beskrivning
- detaljer
- utvecklade
- tänkt
- DID
- dog
- skilja på
- gör
- dominerande
- doomed
- tvivel
- varje
- Tidigare
- Tidig
- kant
- effekt
- ansträngningar
- Einstein
- elektroner
- energi
- intrassling
- enheter
- väsentlig
- Även
- NÅGONSIN
- exakt
- experimentera
- experimentell
- experter
- utsatta
- uttrycker
- uttryckande
- rättvisare
- kända
- ökänt
- långt
- Kompis
- figured
- hitta
- Förnamn
- fixerad
- fel
- följt
- Fot
- För
- formen
- formidabel
- Stiftelser
- grundare
- frigiven
- Frekvens
- från
- givande
- grundläggande
- Fundamentals
- Allmänt
- generering
- verklig
- tyska
- skaffa sig
- ges
- ger
- stor
- hade
- Harvard
- Har
- har
- he
- tung
- här
- dold
- Hög
- honom
- han själv
- hans
- historia
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- Men
- html
- HTTPS
- hinder
- i
- identiska
- if
- bild
- underförstådd
- ålagts
- imponerande
- omöjligt
- in
- början
- indikation
- individuellt
- ojämlikhet
- informationen
- informationsteknologi
- intresse
- tolkning
- in
- involverar
- irländsk
- ö
- fråga
- problem
- IT
- DESS
- Japan
- jim
- John
- jpg
- Vet
- kunskap
- känd
- Large
- senare
- låg
- ledande
- t minst
- lämnar
- Nivå
- livet
- livstid
- ljus
- gränser
- lever
- Bor
- Lång
- Lot
- gjord
- hållna
- göra
- GÖR
- många
- Mara
- matematisk
- Matris
- max-bredd
- Maj..
- me
- betyda
- betyder
- meningsfull
- mätning
- mekanik
- mentorn
- modeller
- Momentum
- mer
- mest
- mycket
- Murray
- Som heter
- begynnande
- Nathan
- Natur
- Navigera
- nästan
- behövs
- aldrig
- Nya
- Nej
- Nord
- inget
- nu
- anmärkningar
- objekt
- Uppenbara
- möjligheter
- of
- on
- gång
- ONE
- ettor
- endast
- öppet
- opposition
- or
- Övriga
- Övrigt
- ut
- över
- oxford
- Oxford universitet
- Paradox
- särskilt
- särskilt
- Tidigare
- paul
- Personer
- uthållighet
- personen
- phd
- Fenomenet
- fysisk
- fysiker
- Fysik
- Fysikvärlden
- Bild
- pionjärer
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- meningslös
- placera
- besitter
- möjlig
- praktiken
- pragmatisk
- Förutsägelser
- tryck
- Problem
- producerad
- egenskaper
- föreslagen
- pussel
- pussel
- kvalitativ
- Quantum
- kvantkalkylering
- kvantkryptografi
- kvantsammanflätning
- kvantinformation
- Kvantmekanik
- kvantfysik
- fråga
- frågor
- snarare
- Läsa
- Läsare
- läsare
- verklig
- Verkligheten
- erkänt
- rekommenderar
- förblir
- resterna
- forskare
- Lös
- löst
- respons
- REST
- begränsning
- höger
- uteslutas
- s
- Nämnda
- nöjd
- säga
- Vetenskap
- HAV
- verkade
- verkar
- ser
- känsla
- separat
- allvarlig
- in
- flera
- delas
- Kort
- show
- visade
- samtidigt
- eftersom
- enda
- Small
- So
- några
- ibland
- eftersträvas
- utlöste
- specialister
- specifik
- vår
- stående
- Fortfarande
- Historia
- Stuart
- studier
- väsentlig
- sådana
- föreslå
- självmord
- SAMMANFATTNING
- sommar
- Som stöds
- tar
- Teknisk
- Tekniken
- Teknologi
- tala
- berättar
- villkor
- testa
- tester
- den där
- Smakämnen
- deras
- Dem
- teoretiska
- Teorin
- Där.
- Dessa
- de
- saker
- Tänkande
- detta
- de
- trodde
- miniatyr
- Således
- gånger
- trött
- till
- dagens
- tillsammans
- berättade
- alltför
- transformerad
- behandling
- tur
- sann
- två
- Osäkerhet
- förstått
- universitet
- University of California
- tills
- us
- Värden
- Omfattande
- mycket
- utsikt
- volym
- gå
- ville
- var
- Sätt..
- we
- VÄL
- väldefinierad
- begav sig
- były
- när
- som
- medan
- Medan
- VEM
- bredd
- vind
- med
- utan
- Arbete
- arbetade
- arbetssätt
- världen
- oroande
- skulle
- skriva
- författare
- år
- år
- ännu
- Om er
- Yngre
- själv
- zephyrnet