| Naturalmoney.org the plan for the future |
November 9, 2010 Taken from: VPRO - Spookachtig contact Spooky contact "Entangled" photons are already flying from Tenerife to La Palma to prove Einstein wrong. One of the last loopholes in the famous EPR experiment is now closed. To Albert Einstein in 1935 it was a thought experiment designed to show the absurdity of quantum theory, even though he did not believe that it could ever be really executed. At first let two particles be created together from some quantum process - for example the conversion in an optical crystal, from one high energy photon into two photons of lower energy. These photons are "entangled" and remain in this condition, even when they fly away far from each other. If you do a measurement on one photon, this determines the outcome of a measurement on the other photon, even if no signal - with a maximum speed of light - can travel from one to another photon. A comparison with dice is illuminating: do one red and one green dice in a box, shake thoroughly, then put without looking (which is essential in quantum theory) both dice in an envelope and send one to Groningen and one to Maastricht. If the envelope in Groningen has a green die, then you know even without looking the color of the dice that comes out of the envelope in Maastricht. That's classical physics, and obviously Einstein had no problem with that. But quantum mechanics says more: if the two dice are intertwined together by shaking the box, then the roll of the green die in Groningen, determines the roll with the red die in Maastricht! Each of the individual throws is an unpredictable random process, because they are ordinary, honest dice, but there exists a rule like: "the sum of the throws is always 7." It is often thought that with interlaced objects it is possible to dipatch information, but this is not true: without a random process - in this case throwing the dice - the entanglement vanishes. The "telepathic" contact between the two dice that make the throws satisfy the rule "the sum is always 7" appears only when the two throws are compared, and to do that you have to send a message, that cannot travel faster than the speed of light. Such an Einstein-Podolski-Rosen experiment was first performed by Alain Aspect in 1982. In fact the polarization (direction of vibration) of large numbers of photon pairs was measured. Polarization is determined with a polarizing filter (essentially the same as a glass of sunglasses), where the photon either, can or cannot penetrate. The chance of this happening depends on the angle between the polarization of the photon and that of the filter. Only if the two are perpendicular there is zero chance, if they are parallel then there is certainty and for all other angles, the chance something in between. However, according to quantum theory, two entangled photons must either both, or neither of them, pass through two filters with the same polarization direction. If the polarization directions of both filters is at an angle, the quantum theory predicts the probability that they both, or neither of them or one of them pass through. Yet for each individual photon it is a 'throw of a dice' whether or not it passing through the filter. This is true, even if you decide on both sides independently, what angle you give the filter when the two photons are already underway. In order to demonstrate the quantum entanglement, you need to register lots of photon couples, and because in practice you never detect all photons, you also need a statistical assessment. John Bell discovered a simple comparison in 1964, later called the Bell inequality, which distinguishes between weak correlations of photons that can be classically explained, and correlations that indicate really entangled photons. Entangled photons "violate" the Bell inequality. Violated Meanwhile, the EPR experiment has been done in several varieties, and the outcome was always the same: the Bell inequality was violated. Einstein was wrong, the spooky entanglement is for real. However the experiments did not give absolute assurance yet. With artificial assumptions about hidden physical processes, the posthumous Einstein could always come up with loopholes to keep classical physics afloat. In the experiment of Aspect, the photons were only a few meters apart, and it was theoretically possible that one polarization meter had sent its results in micro seconds at light speed to the other. In subsequent experiments the polarization meters were sufficiently far apart and exchanged quickly enough from the start angle to close this out, but there was still a bit of doubt whether the polarimeters changed measurement angles purely coincidental and completely independent of each other. Researchers at the famous Vienna "entanglement laboratory" led by Anton Zeilinger did things in really big way: they made entwined photon pairs on the island of La Palma and sent one half at 2400 meters altitude by air to Tenerife, nearly 150 km further as the other half went into a six kilometers long, coiled fiberglass. On La Palma and Tenerife were two other quantum systems, that produced random numbers to determine the settings of the polarimeters for each pair of photons. The whole setup was configured so vast, in order to make hypothetical signals at travel light speed from one device to another always come too late to convey useful information. The Vienna team in the Canary Islands, led by Thomas Scheidl, calls this the "choice of freedom condition" that must be met. As expected, even in this experiment the Bell inequality was abundantly violated, the researchers write in the Proceedings of the National Academy of Sciences, photons from a pair on Tenerife and La Palma with independent, measured with polarimeters having random settings, appear still so well aware of each others vibration direction, that can not be classically explained. With the "choice of freedom condition" one of Einstein's last remaining loopholes has been closed. Original text in Dutch: Spookachtig contact ‘Verstrengelde’ fotonen vliegen nu al van La Palma naar Tenerife om Einsteins ongelijk aan te tonen. Een van de laatste sluipwegen in de fameuze EPR-experimenten is nu ook afgesloten. Voor Albert Einstein was het in 1935 een gedachtenexperiment, bedoeld om de absurditeit van de kwantumtheorie aan te tonen, al geloofde hij niet eens dat het ooit echt uitgevoerd kon worden. Laat eerst twee deeltjes samen uit een of ander kwantumproces ontstaan – bijvoorbeeld de omzetting, in een optisch kristal, van één foton met hoge energie in twee fotonen met een lagere energie. Die fotonen zijn ‘verstrengeld’ en blijven dat, ook als ze ver van elkaar wegvliegen. Als je dan een meting doet aan het ene foton, bepaalt dat de uitkomst van een meting aan het andere foton, zelfs als er geen signaal - met hoogstens de lichtsnelheid - van het ene naar het andere foton kan reizen. Een vergelijking met dobbelstenen is verhelderend: doe een rode en een groene dobbelsteen in een doosje, schudt grondig, doe daarna zonder te kijken (dat is essentieel in de kwantumtheorie) beide dobbelstenen in een envelop en stuur die naar Groningen en Maastricht. Als de envelop in Groningen een groene dobbelsteen bevat, weet je ook zonder te kijken de kleur van de dobbelsteen die in Maastricht uit de envelop komt. Dat is klassieke natuurkunde, en uiteraard had Einstein daar geen moeite mee. Maar de kwantummechanica zegt meer: als de twee dobbelstenen verstrengeld zijn door het samen schudden in het doosje, bepaalt je worp met de groene dobbelsteen in Groningen, wat een ander werpt met de rode dobbelsteen in Maastricht! Elk van de worpen afzonderlijk is een onvoorspelbaar toevalsproces, want het zijn gewone, eerlijke dobbelstenen, maar er geldt dan een regel als: ‘de som van de worpen is altijd 7’. Vaak wordt gedacht dat je met verstrengelde objecten informatie kunt doorseinen, maar dat klopt niet: zonder een toevalsproces – in dit geval het gooien met de dobbelsteen – verdwijnt de verstrengeling. Het ‘telepathische’ contact tussen de twee dobbelstenen waardoor de worpen voldoen aan de regel ‘de som is altijd 7’ blijkt pas als je de twee worpen met elkaar vergelijkt, en om dat te doen moet je toch een bericht sturen, met maximaal de lichtsnelheid. Zo’n Einstein-Podolski-Rosen-experiment is voor het eerst uitgevoerd door Alain Aspect in 1982. In feite werd daarbij de polarisatie (trillingsrichting) van grote aantallen fotonparen gemeten. Polarisatie wordt bepaald met een polarisatiefilter (in wezen hetzelfde als het glas van een zonnebril), waar het foton of wel, of niet doorheen komt. De kans dat dit gebeurt, hangt af van de hoek tussen de polarisatie van het foton en dat van het filter. Alleen als de twee loodrecht op elkaar staan is de kans nul, als ze parallel zijn is de kans 1, voor alle overige hoeken is de kans iets daar tussenin. Echter, twee verstrengelde fotonen moeten volgens de kwantumtheorie óf allebei, óf geen van beiden door twee filters met dezelfde polarisatierichting heen gaan. Als de polarisatierichtingen van beide filters een hoek maken, voorspelt de kwantumtheorie de kans dat ze er allebei, geen van tweeën of een van beiden doorheen gaan. En toch is het voor elk foton afzonderlijk 'een gooi met een dobbelsteen' of hij wel of niet door het filter heen gaat. Dit geldt zelfs, als je aan beide kanten, onafhankelijk, pas beslist hoe je je filter draait wanneer de beide fotonen al onderweg zijn. Om de kwantumverstrengeling aan te tonen, moet je veel fotonparen registreren, en omdat je in de praktijk nooit alle fotonen detecteert, is een statistische beoordeling nodig. John Bell ontdekte in 1964 een eenvoudige vergelijking, later de Bell-ongelijkheid genaamd, die onderscheid maakt tussen zwakke correlaties van fotonen die nog klassiek te verklaren zijn, en sterke correlaties van fotonen die echt verstrengeld moeten zijn. Verstrengelde fotonen 'schenden' de Bell-ongelijkheid. Geschonden Inmiddels is het EPR-experiment in diverse varianten gedaan, en de uitkomst was telkens hetzelfde: de Bell-ongelijkheid werd geschonden, Einstein had ongelijk, de spookachtige verstrengeling bestaat echt. Toch, absolute zekerheid geven die experimenten nog niet. Met gekunstelde aannames over verborgen fysische processen kan de posthume Einstein altijd nog sluipwegen verzinnen om de klassieke natuurkunde overeind te houden. In het experiment van Aspect waren de fotonen maar een paar meter van elkaar verwijderd, en was het in theorie mogelijk dat de ene polarisatiemeter binnen de microseconde zijn resultaat met de lichtsnelheid naar de andere seinde. In vervolgexperimenten stonden de polarisatiemeters voldoende ver van elkaar af en wisselden ze voldoende snel van meethoek om dit uit te sluiten, maar was er nog een restje twijfel of de polarimeters wel puur toevallig en echt onafhankelijk van elkaar van meethoek veranderden. Onderzoekers van het befaamde Weense ‘verstrengelingslab’ onder leiding van Anton Zeilinger hebben de zaken nu echt groot aangepakt: ze maakten verstrengelde fotonparen op het eiland La Palma en stuurden één helft op 2400 meter hoogte door de lucht naar Tenerife, bijna 150 kilometer verder, terwijl de andere helft een zes kilometer lange, opgerolde glasvezel in ging. Op La Palma en Tenerife stonden twee andere kwantumsystemen die toevalsgetallen produceerden, die voor elk fotonpaar opnieuw de instellingen van de twee polarimeters bepaalden. De hele opstelling was zo wijds geconfigureerd, opdat hypothetische signalen die met de lichtsnelheid van het ene naar het andere apparaat reizen, altijd te laat komen om nog nuttige informatie over te brengen. Het Weense team op de Canarische eilanden, onder leiding van Thomas Scheidl, noemt dit de ‘keuzevrijheids-voorwaarde’ waaraan voldaan moet worden. Zoals verwacht, werd ook bij dit experiment de Bell-ongelijkheid ruimschoots geschonden, schrijven de onderzoekers in de Proceedings of the National Academy of Sciences; fotonen uit één paar die op Tenerife en La Palma met onafhankelijke, toevallige instellingen van de polarimeters gemeten worden, blijken nog steeds zo goed op de hoogte van elkaars trillingsrichting, dat dit niet klassiek te verklaren is. Met de keuzevrijheidsvoorwaarde is een van de laatste nog resterende sluipwegen voor Einstein afgesloten. |