EPR Paradox dalam Fisika

Paradoks EPR (atau Paradox Einstein-Podolsky-Rosen) adalah eksperimen pemikiran yang dimaksudkan untuk menunjukkan paradoks yang melekat dalam formulasi awal teori kuantum. Ini adalah salah satu contoh paling terkenal dari keterikatan kuantum. Paradoksnya melibatkan dua partikel yang terjerat satu sama lain sesuai dengan mekanika kuantum. Di bawah Interpretasi Kopenhagen mekanika kuantum, setiap partikel secara individual dalam keadaan tidak pasti sampai diukur, pada titik mana keadaan partikel itu menjadi pasti.

Pada saat yang sama, keadaan partikel lainnya juga menjadi pasti. Alasan bahwa ini diklasifikasikan sebagai paradoks adalah karena tampaknya melibatkan komunikasi antara dua partikel di kecepatan lebih besar dari kecepatan cahaya, yang merupakan konflik dengan Albert Einsteinini teori relativitas.

Paradoks adalah titik fokus dari perdebatan sengit antara Einstein dan Niels Bohr. Einstein tidak pernah nyaman dengan mekanika kuantum yang dikembangkan oleh Bohr dan rekan-rekannya (berdasarkan, ironisnya, pada pekerjaan yang dimulai oleh Einstein). Bersama dengan rekan-rekannya Boris Podolsky dan Nathan Rosen, Einstein mengembangkan paradoks EPR sebagai cara untuk menunjukkan bahwa teori itu tidak konsisten dengan hukum fisika lain yang diketahui. Pada saat itu, tidak ada cara nyata untuk melakukan percobaan, jadi itu hanya eksperimen pikiran atau eksperimen gedanken.

Beberapa tahun kemudian, fisikawan David Bohm memodifikasi contoh paradoks EPR sehingga segalanya sedikit lebih jelas. (Cara asli paradoks disajikan agak membingungkan, bahkan bagi fisikawan profesional.) Dalam Bohm yang lebih populer formulasi, spin 0 partikel tidak stabil meluruh menjadi dua partikel yang berbeda, Partikel A dan Partikel B, menuju berlawanan arah. Karena partikel awal memiliki putaran 0, jumlah dari dua putaran partikel baru harus sama dengan nol. Jika Partikel A memiliki spin +1/2, maka Partikel B harus memiliki spin -1/2 (dan sebaliknya).

Sekali lagi, menurut interpretasi Copenhagen mekanika kuantum, sampai pengukuran dilakukan, tidak ada partikel yang memiliki status pasti. Mereka berdua dalam superposisi keadaan yang mungkin, dengan probabilitas yang sama (dalam hal ini) memiliki putaran positif atau negatif.

Ada dua poin kunci yang bekerja di sini yang membuat ini bermasalah:

1. Fisika kuantum mengatakan bahwa, hingga saat pengukuran, partikel-partikel tidak punya a spin kuantum yang pasti tetapi berada di superposisi keadaan yang memungkinkan.
2. Segera setelah kita mengukur putaran Partikel A, kita tahu pasti nilai yang akan kita dapatkan dari pengukuran putaran Partikel B.

Jika Anda mengukur Partikel A, sepertinya putaran kuantum Partikel A "diatur" oleh pengukuran, tetapi entah bagaimana Partikel B juga langsung "tahu" putaran apa yang seharusnya dilakukan. Bagi Einstein, ini jelas merupakan pelanggaran terhadap teori relativitas.

Tidak ada yang benar-benar mempertanyakan poin kedua; kontroversi sepenuhnya terletak pada poin pertama. Bohm dan Einstein mendukung pendekatan alternatif yang disebut teori variabel-tersembunyi, yang menyatakan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap. Dalam sudut pandang ini, harus ada beberapa aspek mekanika kuantum yang tidak segera jelas tetapi yang perlu ditambahkan ke dalam teori untuk menjelaskan efek non-lokal semacam ini.

Sebagai analogi, pertimbangkan bahwa Anda memiliki dua amplop yang masing-masing berisi uang. Anda telah diberitahu bahwa salah satu dari mereka berisi uang kertas $ 5 dan yang lain berisi uang kertas $ 10. Jika Anda membuka satu amplop dan berisi uang kertas $ 5, maka Anda tahu pasti bahwa amplop lainnya berisi uang kertas $ 10.

Masalah dengan analogi ini adalah bahwa mekanika kuantum jelas tidak bekerja seperti ini. Dalam hal uang, masing-masing amplop berisi tagihan tertentu, bahkan jika saya tidak pernah sempat melihatnya.

Ketidakpastian dalam mekanika kuantum tidak hanya mewakili kurangnya pengetahuan kita tetapi juga kurangnya realitas yang pasti. Sampai pengukuran dilakukan, menurut interpretasi Kopenhagen, partikel-partikel tersebut benar-benar berada dalam superposisi dari semua kemungkinan kondisi (seperti dalam kasus kucing yang mati / hidup di Kucing Schroedinger eksperimen pikiran). Sementara sebagian besar fisikawan lebih suka memiliki alam semesta dengan aturan yang lebih jelas, tidak ada yang tahu persis apa variabel-variabel tersembunyi ini atau bagaimana mereka dapat dimasukkan ke dalam teori secara bermakna cara.

Bohr dan yang lainnya membela interpretasi standar Copenhagen tentang mekanika kuantum, yang terus didukung oleh bukti eksperimental. Penjelasannya adalah bahwa fungsi gelombang, yang menggambarkan superposisi keadaan kuantum yang mungkin, ada di semua titik secara bersamaan. Putaran Partikel A dan putaran Partikel B bukan jumlah yang independen tetapi diwakili oleh istilah yang sama di dalam fisika kuantum persamaan. Instan saat pengukuran pada Partikel A dibuat, the seluruh fungsi gelombang runtuh menjadi satu negara. Dengan cara ini, tidak ada komunikasi jarak jauh yang terjadi.

Paku utama dalam peti mati teori variabel-tersembunyi datang dari fisikawan John Stewart Bell, dalam apa yang dikenal sebagai Teorema Bell. Dia mengembangkan serangkaian ketidaksetaraan (disebut ketidaksetaraan Bell), yang mewakili bagaimana pengukuran putaran Partikel A dan Partikel B akan didistribusikan jika mereka tidak terjerat. Dalam eksperimen demi eksperimen, ketidaksetaraan Bell dilanggar, yang berarti bahwa keterikatan kuantum tampaknya terjadi.

Terlepas dari bukti yang bertentangan ini, masih ada beberapa pendukung teori variabel-tersembunyi, meskipun ini sebagian besar di antara fisikawan amatir daripada profesional.

Diedit oleh Anne Marie Helmenstine, Ph. D.