Bell's inequality is used as the main argument in the dispute between the local realism Einstein and quantum non-locality. If we carefully analyze an argument, you can recognize: Einstein rights - quantum mechanics is incomplete, and «modern physics has turned, in fact, a continuation of mathematics, completely lost all hope of understanding the nature of the studied phenomena».
Путенихин Петр Васильевич. Неравенства Белла используются в качестве основного аргумента в споре между локальным реализмом Эйнштейна и квантовой нелокальностью. Если тщательно проанализировать доводы, то можно признать: Эйнштейн прав – квантовая механика неполна, а «современная физика, превратилась, по сути дела, в продолжение математики, совершенно утратив все надежды на понимание природы изучаемых явлений».
Bell's inequality is used as the main argument in the dispute between the local realism Einstein and quantum non-locality. If we carefully analyze an argument, you can recognize: Einstein rights - quantum mechanics is incomplete, and «modern physics has turned, in fact, a continuation of mathematics, completely lost all hope of understanding the nature of the studied phenomena».
Путенихин Петр Васильевич. Неравенства Белла используются в качестве основного аргумента в споре между локальным реализмом Эйнштейна и квантовой нелокальностью. Если тщательно проанализировать доводы, то можно признать: Эйнштейн прав – квантовая механика неполна, а «современная физика, превратилась, по сути дела, в продолжение математики, совершенно утратив все надежды на понимание природы изучаемых явлений».
Reviewed the essence of local realism in the spirit of Einstein and its relationship with the quantum mechanical non-locality. «Illusionary long-range action» according to Einstein, is the same phenomenon, and that a quantum «non-locality», does not contradict the special theory of relativity and fully in conformity with the local realism.
Путенихин П.В. Рассмотрена сущность локального реализма в духе Эйнштейна и его связь с квантово-механической нелокальностью. «Призрачное дальнодействие» по Эйнштейну, являющееся тем же самым явлением, что и квантовая «нелокальность», не противоречит специальной теории относительности и полностью соответствует положениям локального реализма.
Bell's theorem has been described as the most profound discovery of science; one of the few essential discoveries of 20th Century physics; indecipherable to non-mathematicians. However, taking elementary analysis to be an adequate logic here, we refute Bell's theorem, correct his inequality and identify his error. Further, we do this under the principle of true local realism, the union of true locality (or relativistic causality: no influence propagates superluminally) and true realism (or non-naive realism: some existents change interactively). We thus lay the foundation for a more complete physical theory: one in line with Einstein's ideas and Bell's hopes. Let's see.
Две методологические революции в физике - ключ к пониманию
оснований квантовой механики1 ... Дана свободная от парадоксов формулировка базовой системы
понятий и постулатов квантовой механики. Показывается, что
основания проблем квантовых измерений и редукции волновой
функции являются философскими, а не физическими, и их решение
состоит в правильной постановке вопроса и учете
теоретико-операциональной гетерогенности структуры физики, а не во
введении сознания в основания квантовой механики. ... Free of paradoxes representation of the basic system of the
concepts and foundations of the mechanics is done. It is
shown that foundations of 'problems' of quantum measurements and
reduction (collapse) of wave function are philosophical, not
physical. Their solution lies in working out a correct question
statement and also taking into account theoretic-operational
heterogeneity of structure of physical knowledge, but not in
introducing conscience in the foundations of mechanics. ... КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: научная революция, теоретическая физика,
основания квантовой механики, интерпретации квантовой механики,
парадоксы квантовой механики, коллапс (редукция) волновой функции,
измерения в квантовой механике, место наблюдателя, структура
физического эксперимента, соотношения неопределенностей, принцип
дополнительности. ... KEYWORDS: scientific revolution, theoretical physics,
foundations of mechanics, interpretations of quantum
mechanics, collapse (reduction) of wave function, measurement in
mechanics, place of observer, structure of physical
experiment, uncertainty relations, complementarity principle ... Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах,
которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного
принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их
действия... ... А. Эйнштейн ... Современная физика является продуктом двух научных революций -
XVII в. и границы XIX-XX вв. Обычно вторая рассматривается как
революция в физической картине мира, произведенная появлением
теории относительности и квантовой механики. Я хочу указать на
более глубокую революцию, революцию методологическую. ... Увидеть эту методологическую революцию проще всего на фоне
проходившей параллельно подобной революции в геометрии. В геометрии
можно разделить на два класса или типа: первичные, к
которым относятся точка и прямая и вторичные, к которым относятся
составленные из них фигуры. Вторичные явным образом
определяются первичные. Проблема оснований геометрии
состоит в определении первичных. До середины XIX в. они
рассматривались как неопределимые, но интуитивно ясные (очевидные)
понятия2. Однако во второй половине XIX в. в связи с
появлением неэвклидовых геометрий опора на очевидность перестала
удовлетворять (работать). В результате в геометрии возникла
проблема оснований. Д. Гильберт решил ее, введя неявный тип
совместного определения системы исходных (первичных) понятий -
точки, прямой и др. - систему аксиом геометрии, в каждую из
которых входило несколько исходных понятий (например, через две
точки всегда можно провести прямую и только
одну). ... То же имело место и в физике. Здесь (идеальные,
поскольку речь идет о теории) можно разделить на два класса (типа):
первичные идеальные (ПИО), к которым относятся
частица (тело) в механике, жидкость в гидродинамике и т.п., и
вторичные идеальные (ВИО), к которым относятся
модели различных сложных объектов и явлений. Сначала первичные
идеальные объекты считались интуитивно ясными (этот подход лежит в
основе курсов общей физики). Для Галилея и Ньютона главным
предметом поиска был закон движения, объект движения был очевиден.
Ситуация меняется во второй половине XIX в. в связи с появлением
электродинамики и термодинамики, где вопрос стоял уже и о самом
объекте. ... Для выхода из возникшего в результате этого кризиса оснований
(и связанного с ним гносеологического кризиса) был сделан
фактически тот же ход, что и в геометрии (поскольку физика
ориентировалась на заданный в математике уровень строгости) -
переход к неявному типу определения первичных идеальных
объектов. В результате в физике произошли существенные
перестроения структуры ее оснований, которые приобрели наиболее
четкое выражение в современных курсах теоретической физики, первым
среди которых является многотомник Теоретической физики Л. Д.
Ландау и Е. М. Лифшица (в этом мировое значение этого издания). К
сожалению, этот переход не нашел адекватного описания в методологии
и философии науки и не очень четко осознан самими физиками.
Отсутствие этого осознания лежит в основании мнимых парадоксов
квантовой механики (для решения которых предлагают включить
сознание в ее основания [Менский 2000, 2004, 2005; Wheeler 1977]) и
ее непонимания: Квантовую механику никто не понимает, -
утверждает нобелевский лауреат по квантовой механике Р.
Der beispiellose Erfolg der Quantentheorie, die in zahlreichen Experimenten seit Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts bestatigt werden konnte, halt bis heute an. Dabei laufen einige ihrer Grundmerkmale unserer alltaglichen Intuition zuwider. Im Jahr 1935 stellten Einstein, Podolsky und Rosen das beruhmte Paradoxon der “spukhaften Fernwirkung” vor, das die angebliche Unvollstandigkeit der Quantentheorie (und die Notwendigkeit versteckter Parameter) belegen sollte. Klarheit schaffte erst John Bell, indem er 1964 zeigte, dass die Quantentheorie unvereinbar ist mit der Annahme des lokalen Realismus: Keine Theorie, in der sich alle physikalischen Einflusse hochstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und in der alle physikalischen Eigenschaften unabhangig von der Messung festgelegt sind, kann die Vorhersagen der Quantenmechanik korrekt wiedergeben. Dies folgt aus der Bellschen Ungleichung, einer oberen Schranke fur statistische Korrelationen zwischen zwei entfernten Messapparaten, die sich ausgehend vom lokalen Realismus herleiten l asst und in der Quantentheorie uberschritten wird.
Obwohl das Bellsche Theorem zunachst keine Aussage uber die Beschaffenheit der naturlichen Welt macht, legt es den Grundstein fur eine Prufung derselben durch Experimente mit verschrankten Teilchenpaaren an entfernten Messstationen. Seit den 70er Jahren ist die Verletzung der Bellschen Ungleichung mehrfach beobachtet worden, doch obwohl der lokale Realismus damit zunehmend als widerlegt gilt, bleiben Restzweifel. Alle bisherigen Experimente beruhten auf Annahmen, die Schlupflocher fur eine lokal realistische Erklarung, wie abwegig sie auch sein mag, offnen. Ein unbestreitbarer Nachweis w are erst durch ein Experiment erbracht, in dem alle Schlupflocher gleichzeitig geschlossen werden.
Man unterscheidet zwischen Schlupflochern in der Annahme der Unabhangigkeit zwischen den Messparteien und in der Auswertung der Messstatistik. Bei Ersteren handelt es sich um mogliche versteckte Beziehungen zwischen Messergebnissen oder -einstellungen, oder um versteckte Variablen, die eine scheinbare Verletzung des lokalen Realismus erklaren konnen. Dagegen lasst sich ein Experiment nur absichern, indem man die Wahl und die Durchfuhrung der Messungen beider Parteien raumzeitlich trennt, was unter anderem die Entwicklung schneller Zufallszahlengeneratoren erfordert.
Schlupflocher in der Auswertung der Messdaten sind kurz gesagt all jene, die durch verfeinerte Analyseverfahren geschlossen werden konnen. Das memory loophole etwa bleibt bestehen, solange man bei der Auswertung annimmt, dass die vielen Einzeldurchlaufe im Experiment unabhangig und gleich verteilt sind (IID: independent and identically distributed). Ein weiteres Schlupfloch besteht in der fair-sampling-Annahme, dass die tatsachlich aufgenommenen Messdaten eine ausgewogene Stichprobe aller im Messzeitraum detektierbaren Resultate darstellen. Bei niedriger Detektionseffizienz, wie sie in Experimenten mit Einzelphotonen typisch ist, kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine scheinbare Bell-Verletzung durch eine einseitige Stichprobe vorliegt. Um dieses Schlupfloch zu schliesen, sind hohe Detektionseffizienzen von 2/3 oder mehr erforderlich. Hierzu stelle ich eine experimentelle Arbeit von mir und meiner Gruppe aus dem Jahr 2012 vor. Weiters beschreibe ich eine Analysemethode samt ihrer theoretischen Grundlagen, die wir zur Behebung des Erinnerungsschlupflochs unter Berucksichtigung mangelhafter Zufalligkeit in der Wahl der Messeinstellungen entwickelt haben.
Den Kern meiner Arbeit bildet unser 2015 durchgefuhrtes Experiment, in dem wir alle wichtigen Schlupflocher schliesen und eine starke Verletzung der Bell-Ungleichung beobachten konnten. Die Wahrscheinlichkeit dafur, dass der lokale Realismus weiterhin gilt und unsere Messung lediglich ein statistischer Ausreiser ist, betragt hochstens 3,74 x 10^{-31}. Dies entspricht einer Signifikanz von 11,5 Standardabweichungen bei Annahme unabhangig und gleich verteilter Einzelmessungen. Es wurden zwei Schlupflocher fur versteckte Abhangigkeiten zwischen beiden Messparteien in der Wahl und im Messergebnis geschlossen (locality loophole und freedom-of-choice loophole), sowie drei weitere in der Auswertung (fair-sampling loophole, coincidence-time loophole und memory loophole). Unsere Arbeit ist heute eines der glaubwurdigsten empirischen Zeugnisse gegen den lokalen Realismus.
From the date of publication in 1964 article «On the Einstein Podolsky Rosen paradox» and to our day’s arguments Bella, better known in the form of a «bell's inequalities», are the most common and the main argument in the dispute between the ideas of non-locality of quantum mechanics and a whole class of theories on the basis of «hidden variables» or «additional parameters», formulated in the most General form. Bell showed that there are some conditions (called the «bell's inequalities»), which are correct for local theories, but their violate by quantum mechanics. In the proposed article argues that the predictions of quantum mechanics and local theories are relevant to fundamentally different types of pairs of particles: classic EPR-pairs and probabilistic, independent (pseudo - entangled) pairs of particles. Has examined the predictions of the two theories for both classes of pairs and shown that they coincide. In the case of pseudo-entangled pairs, who examined by the theory of additional parameters, bell's inequality is not violated also to predictions of quantum mechanics. In turn, for the classic EPR pairs theory of additional parameters gives such predictions that, what and quantum mechanics, and together with it requires «non-locality», what is actually a disguised refusal from the relativism («illusionary long-range action»).
Путенихин Петр Васильевич. Со дня опубликования в 1964 году статьи «On the Einstein Podolsky Rosen paradox» и до наших дней доводы Белла, более известные в форме «неравенств Белла», служат самым распространённым и главным аргументом в споре между представлениями о нелокальности квантовой механики и целым классом теорий на основе «скрытых переменных» или «дополнительных параметров», сформулированных в самом обще виде. Белл показал, что существуют некоторые условия (названные впоследствии «неравенствами Белла»), которые соблюдаются для локальных теорий, но нарушаются квантовой механикой. В предлагаемой статье утверждается, что предсказания квантовой механики и локальных теорий относятся к принципиально разным видам пар частиц: классическим ЭПР-парам и вероятностным, независимым (псевдо-запутанным) парам частиц. Рассмотрены предсказания двух теорий для обоих классов пар и показано, что они полностью совпадают. В случае псевдо-запутанных пар, которые рассматривают теории дополнительных параметров, неравенства Белла не нарушаются и для предсказаний квантовой механики. В свою очередь для классических ЭПР-пар теория дополнительных параметров дает такие же предсказания, что и квантовая механика, и вместе с нею также требует «нелокальности», которая фактически является завуалированным отказом от релятивизма («призрачное дальнодействие»).