Popper's experiment
पॉपर का प्रयोग दार्शनिक कार्ल पॉपर द्वारा क्वांटम यांत्रिकी में अनिश्चितता सिद्धांत के पहलुओं का परीक्षण करने के लिए प्रस्तावित एक प्रयोग है। वास्तव में, 1934 की शुरुआत में, पॉपर ने क्वांटम यांत्रिकी की एक लोकप्रिय व्यक्तिपरक व्याख्या, तेजी से अधिक स्वीकृत कोपेनहेगन व्याख्या की आलोचना करना शुरू कर दिया। इसलिए, अपनी सबसे प्रसिद्ध पुस्तक लॉजिक डेर फोर्सचुंग में उन्होंने एक पहले प्रयोग का प्रस्ताव रखा, जिस पर कोपेनहेगन व्याख्या और एक यथार्थवादी समूह व्याख्या के बीच अनुभवजन्य रूप से भेदभाव करने का आरोप लगाया गया था, जिसकी उन्होंने वकालत की थी। हालाँकि, आइंस्टीन ने पॉपर को उस प्रयोग के बारे में एक पत्र लिखा जिसमें उन्होंने कुछ महत्वपूर्ण आपत्तियाँ उठाई और पॉपर ने खुद घोषणा की कि यह पहला प्रयास "एक बड़ी गलती थी जिसके लिए मुझे तब से गहरा खेद और शर्म महसूस हो रही है।" पॉपर, हालांकि, 1948 से क्वांटम यांत्रिकी की नींव पर वापस आए, जब उन्होंने क्वांटम और शास्त्रीय भौतिकी दोनों में नियतिवाद की अपनी आलोचना विकसित की। वास्तव में, पॉपर ने 1950 और 1960 के दशक में क्वांटम यांत्रिकी की नींव पर अपनी शोध गतिविधियों को बहुत तेज किया और वास्तविक मौजूदा संभावनाओं (प्रवृत्तियों) के संदर्भ में क्वांटम यांत्रिकी की अपनी व्याख्या को विकसित किया, कई प्रतिष्ठित भौतिकविदों (जैसे डेविड बोहम) के समर्थन के लिए भी धन्यवाद। 1980 में, पॉपर ने क्यू. एम. में शायद अपने अधिक महत्वपूर्ण, लेकिन अनदेखी, योगदान का प्रस्ताव रखाः "ई. पी. आर. प्रयोग का एक नया सरलीकृत संस्करण"। हालाँकि यह प्रयोग केवल दो साल बाद, पोस्टस्क्रिप्ट टू द लॉजिक ऑफ साइंटिफिक डिस्कवरी के तीसरे खंड में प्रकाशित हुआ था। क्वांटम यांत्रिकी की सबसे व्यापक रूप से ज्ञात व्याख्या नील्स बोहर और उनके स्कूल द्वारा सामने रखी गई कोपनहेगन व्याख्या है। यह बताता है कि अवलोकन एक तरंग फलन पतन की ओर ले जाते हैं, जिससे प्रति-सहज परिणाम का सुझाव मिलता है कि दो अच्छी तरह से अलग, गैर-परस्पर क्रिया प्रणालियों को दूरी पर कार्रवाई की आवश्यकता होती है। पॉपर ने तर्क दिया कि इस तरह की गैर-स्थानीयता सामान्य ज्ञान के साथ संघर्ष करती है, और 'पर्यवेक्षक' की भूमिका के आधार पर घटनाओं की एक व्यक्तिपरक व्याख्या की ओर ले जाएगी। जबकि ई. पी. आर. तर्क हमेशा एक विचार प्रयोग के लिए था, क्यू. एम. के आंतरिक विरोधाभासों पर प्रकाश डालने के लिए आगे रखा गया, पॉपर ने एक प्रयोग का प्रस्ताव रखा जिसे प्रयोगात्मक रूप से लागू किया जा सकता था और 1983 में बारी में आयोजित एक भौतिकी सम्मेलन में भाग लिया, ताकि वह अपना प्रयोग प्रस्तुत कर सके और प्रयोगवादियों को इसे पूरा करने का प्रस्ताव दे सके। पॉपर के प्रयोग की वास्तविक प्राप्ति के लिए नई तकनीकों की आवश्यकता थी जो सहज पैरामीट्रिक डाउन-कन्वर्जन की घटना का उपयोग करेंगी, लेकिन उस समय तक इसका उपयोग नहीं किया गया था, इसलिए उनका प्रयोग अंततः 1999 में पॉपर की मृत्यु के पांच साल बाद ही किया गया था। विवरण पॉपर का 1980 का प्रयोग हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए उलझे हुए कणों के जोड़ों का फायदा उठाता है। वास्तव में, पॉपर का कहना हैः "मैं यह परीक्षण करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रयोग का सुझाव देना चाहता हूं कि क्या अकेले ज्ञान 'अनिश्चितता' पैदा करने के लिए पर्याप्त है और इसके साथ, बिखरा हुआ है (जैसा कि कोपनहेगन व्याख्या के तहत तर्क दिया गया है), या क्या यह भौतिक स्थिति है जो बिखरने के लिए जिम्मेदार है।" पॉपर के प्रस्तावित प्रयोग में कणों का एक कम तीव्रता वाला स्रोत होता है जो एक्स-अक्ष के साथ बाईं और दाईं ओर यात्रा करने वाले कणों के जोड़े उत्पन्न कर सकता है। किरण की कम तीव्रता है "ताकि संभावना अधिक हो कि बाईं और दाईं ओर एक ही समय में दर्ज किए गए दो कण वे हैं जो वास्तव में उत्सर्जन से पहले परस्पर क्रिया कर चुके हैं।" इन दोनों कणों के पथ में एक-एक छेद होते हैं। स्लिट्स के पीछे काउंटरों की अर्धवृत्ताकार सरणियाँ होती हैं जो स्लिट्स से गुजरने के बाद कणों का पता लगा सकती हैं (चित्र 1 देखें)। "ये काउंटर संयोग काउंटर हैं [इसलिए] कि वे केवल उन कणों का पता लगाते हैं जो एक ही समय में ए और बी के माध्यम से गुजर चुके हैं।" पॉपर ने तर्क दिया कि क्योंकि चीरे कणों को y-अक्ष के साथ एक संकीर्ण क्षेत्र में स्थानीयकृत करते हैं, अनिश्चितता सिद्धांत से वे अपने संवेग के y-घटकों में बड़ी अनिश्चितताओं का अनुभव करते हैं। संवेग में यह बड़ा प्रसार उन क्षेत्रों के बाहर स्थित स्थितियों में भी कणों का पता लगाने के रूप में दिखाई देगा जहां कण सामान्य रूप से अपने प्रारंभिक संवेग प्रसार के आधार पर पहुंचते हैं। पॉपर सुझाव देते हैं कि हम संयोग से कणों को गिनते हैं, यानी, हम केवल उन कणों को गिनते हैं जो स्लिट बी के पीछे हैं, जिनका साथी स्लिट ए से गुजरा है। जो कण स्लिट ए से गुजरने में सक्षम नहीं होते हैं, उन्हें नजरअंदाज कर दिया जाता है। दाएँ और बाएँ जाने वाले कणों की दोनों किरणों के लिए हाइजेनबर्ग स्कैटर का परीक्षण ए और बी दो छिद्रों को चौड़ा या संकीर्ण बनाकर किया जाता है। यदि दरारें संकीर्ण होती हैं, तो काउंटरों को काम में आना चाहिए जो ऊपर और नीचे हों, जो दरारों से दिखाई देते हैं। हाइजेनबर्ग संबंधों के अनुसार, इन काउंटरों का काम में आना व्यापक प्रकीर्णन कोणों का संकेत है जो एक संकीर्ण दरार के साथ जाते हैं। अब ए पर चीरा बहुत छोटा हो जाता है और बी पर चीरा बहुत चौड़ा हो जाता है। पॉपर ने लिखा कि, ई. पी. आर. तर्क के अनुसार, हमने दोनों कणों (ए से गुजरने वाले और बी से गुजरने वाले) के लिए स्थिति "वाई" को सटीकता के साथ मापा है, न कि केवल स्लिट ए से गुजरने वाले कण के लिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रारंभिक उलझी हुई ई. पी. आर. अवस्था से हम कण 2 की स्थिति की गणना कर सकते हैं, एक बार जब कण 1 की स्थिति ज्ञात हो जाती है, तो लगभग समान सटीकता के साथ। पॉपर का तर्क है कि हम ऐसा कर सकते हैं, भले ही स्लिट बी व्यापक रूप से खुला हो। इसलिए, पॉपर का कहना है कि कण 2 की y स्थिति के बारे में "काफी सटीक" ज्ञान "बनाया जाता है; इसकी y स्थिति को अप्रत्यक्ष रूप से मापा जाता है। और चूंकि यह, कोपनहेगन व्याख्या के अनुसार, हमारा ज्ञान है जिसे सिद्धांत द्वारा वर्णित किया गया है-और विशेष रूप से हाइजेनबर्ग संबंधों द्वारा-यह उम्मीद की जानी चाहिए कि कण 2 की गति कण 1 की गति जितनी बिखेरती है, भले ही स्लिट ए व्यापक रूप से खुले स्लिट बी की तुलना में बहुत संकीर्ण हो। अब सिद्धांत रूप में, बिच्छुरन का परीक्षण काउंटरों की मदद से किया जा सकता है। यदि कोपनहेगन की व्याख्या सही है, तो बी के दूर की ओर ऐसे काउंटर जो एक व्यापक प्रकीर्णन (और एक संकीर्ण चीरे) का संकेत देते हैं, उन्हें अब संयोगों को गिनना चाहिएः जिन काउंटरों ने चीरे ए से पहले किसी भी कण को नहीं गिना था, उनका योग narrowed.To थाः यदि कोपनहेगन की व्याख्या सही है, तो चीरे बी से गुजरने वाले कणों के हमारे मात्र ज्ञान के माप में सटीकता में किसी भी वृद्धि से उनके चीरे को बढ़ाना चाहिए। पॉपर का मानना था कि परीक्षण कोपनहेगन व्याख्या के खिलाफ निर्णय लेगा, क्योंकि यह हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत पर लागू होता है। पॉपर ने तर्क दिया कि यदि परीक्षण कोपनहेगन व्याख्या के पक्ष में निर्णय लेता है, तो इसे दूरी पर कार्रवाई के संकेत के रूप में व्याख्या की जा सकती है। बहस कई लोगों ने पॉपर के प्रयोग को क्वांटम यांत्रिकी के एक महत्वपूर्ण परीक्षण के रूप में देखा, और इस बात पर बहस हुई कि प्रयोग की वास्तविक प्राप्ति से क्या परिणाम मिलेगा। 1985 में, सूदबेरी ने बताया कि ई. पी. आर. अवस्था, जिसे के रूप में लिखा जा सकता है, में पहले से ही मोमेंटा (के पर समाकलन में मौन) में एक अनंत प्रसार था, इसलिए एक कण को स्थानीयकृत करके आगे कोई प्रसार नहीं देखा जा सकता था। हालाँकि इसने पॉपर के तर्क में एक महत्वपूर्ण दोष की ओर इशारा किया, लेकिन इसका पूरा निहितार्थ समझ में नहीं आया। क्रिप्स ने सैद्धांतिक रूप से पॉपर के प्रयोग का विश्लेषण किया और भविष्यवाणी की कि स्लिट ए को संकुचित करने से स्लिट बी पर गति प्रसार बढ़ेगा। क्रिप्स ने यह भी तर्क दिया कि उनका परिणाम बिना किसी व्याख्यात्मक समस्या के केवल क्वांटम यांत्रिकी की औपचारिकता पर आधारित था। इस प्रकार, यदि पॉपर कुछ भी चुनौती दे रहा था, तो वह क्वांटम यांत्रिकी की केंद्रीय औपचारिकता को चुनौती दे रहा था। 1987 में पॉपर के प्रस्ताव पर कोलेट और लाउडोन से एक बड़ी आपत्ति आई। उन्होंने बताया कि चूंकि स्रोत से उत्पन्न होने वाले कण जोड़े की कुल गति शून्य थी, इसलिए स्रोत की स्थिति स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं हो सकती थी। उन्होंने दिखाया कि एक बार स्रोत की स्थिति में अनिश्चितता को ध्यान में रखा जाता है, तो शुरू की गई धुंधलापन पॉपर प्रभाव को धो देती है। इसके अलावा, रेडहेड ने एक व्यापक स्रोत के साथ पॉपर के प्रयोग का विश्लेषण किया और निष्कर्ष निकाला कि यह उस प्रभाव को उत्पन्न नहीं कर सका जिसकी पॉपर तलाश कर रहा था। किम-शिह के प्रयोग पॉपर का अनुभव 1999 में यून-हो किम और यानहुआ शिह द्वारा एक सहज पैरामीट्रिक डाउन-कन्वर्जन फोटॉन स्रोत का उपयोग करके किया गया था। उन्होंने एक संकीर्ण चीरे से गुजरने वाले कण 1 के कारण कण 2 की गति में अतिरिक्त प्रसार नहीं देखा। वे लिखते हैंः "वास्तव में, यह देखना आश्चर्यजनक है कि प्रयोगात्मक परिणाम पॉपर की भविष्यवाणी से सहमत हैं। क्वांटम उलझाव के माध्यम से कोई भी फोटॉन की स्थिति का सटीक ज्ञान सीख सकता है और इसलिए अनिश्चितता संबंधों की सामान्य कोपनहेगन व्याख्या के तहत इसकी गति में अधिक अनिश्चितता की उम्मीद करेगा। हालांकि, माप से पता चलता है कि गति अनिश्चितता में इसी तरह की वृद्धि का अनुभव नहीं करती है। क्या यह अनिश्चितता के सिद्धांत का उल्लंघन है? बल्कि, कण 2 का संवेग प्रसार (स्लिट ए से गुजरने वाले कण 1 के साथ संयोग में देखा गया) प्रारंभिक अवस्था में इसके संवेग प्रसार की तुलना में संकीर्ण था। उन्होंने निष्कर्ष निकाला किः "पॉपर और ई. पी. आर. अपने प्रयोगों के भौतिक परिणामों की भविष्यवाणी में सही थे। हालांकि, पॉपर और ई. पी. आर. ने एक अलग कण के व्यवहार की व्याख्या के लिए दो-कण भौतिकी के परिणामों को लागू करके एक ही त्रुटि की। दो-कण उलझी हुई अवस्था दो अलग-अलग कणों की स्थिति नहीं है। हमारा प्रयोगात्मक परिणाम दृढ़ता से अनिश्चितता सिद्धांत का उल्लंघन नहीं है जो एक व्यक्तिगत क्वांटम के व्यवहार को नियंत्रित करता है। इसने एक नए सिरे से गरमागरम बहस को जन्म दिया, कुछ लोगों ने यह भी दावा किया कि किम और शिह के प्रयोग ने प्रदर्शित किया था कि क्वांटम यांत्रिकी में कोई गैर-स्थानीयता नहीं है। उन्नीकृष्णन (2001) ने किम और शिह के परिणाम पर चर्चा करते हुए लिखा कि परिणामः "इस बात का ठोस प्रमाण है कि दूरी में कोई कमी नहीं है। पॉपर का प्रयोग और इसका विश्लेषण हमें क्वांटम गैर-स्थानीयता पर वर्तमान धारणा को मौलिक रूप से बदलने के लिए मजबूर करता है। लघु ने किम और शिह के प्रयोग की आलोचना करते हुए तर्क दिया कि स्रोत के सीमित आकार के कारण, कण 2 का स्थानीयकरण अपूर्ण है, जिससे उम्मीद से कम गति फैलती है। हालांकि, शॉर्ट के तर्क का तात्पर्य है कि यदि स्रोत में सुधार किया गया था, तो हमें कण 2 की गति में प्रसार देखना चाहिए। सांचो ने पथ-समाकलन दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए पॉपर के प्रयोग का एक सैद्धांतिक विश्लेषण किया, और कण 2 के संवेग प्रसार में एक समान प्रकार की संकुचन पाई, जैसा कि किम और शिह द्वारा देखा गया था। हालाँकि इस गणना ने उन्हें कोई गहरी अंतर्दृष्टि नहीं दी, लेकिन इसने संकेत दिया कि किम-शिह का प्रयोगात्मक परिणाम क्वांटम यांत्रिकी से सहमत था। इसने इस बारे में कुछ नहीं कहा कि इसका कोपनहेगन व्याख्या पर क्या प्रभाव पड़ता है, यदि कोई हो। तथाकथित दो-कण भूत हस्तक्षेप प्रयोग में भूत विवर्तन पॉपर के अनुमान का भी प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया है। यह प्रयोग पॉपर के विचारों का परीक्षण करने के उद्देश्य से नहीं किया गया था, लेकिन पॉपर के परीक्षण के बारे में एक निर्णायक परिणाम देने में समाप्त हुआ। इस प्रयोग में दो उलझे हुए फोटॉन अलग-अलग दिशाओं में यात्रा करते हैं। फोटॉन 1 एक चीरा से गुजरता है, लेकिन फोटॉन 2 के मार्ग में कोई चीरा नहीं है। हालांकि, फोटॉन 2, यदि फोटॉन 1 का पता लगाने वाले स्लिट के पीछे एक निश्चित डिटेक्टर के साथ संयोग में पाया जाता है, तो एक विवर्तन पैटर्न दिखाई देता है। फोटॉन 2 के लिए विवर्तन पैटर्न की चौड़ाई तब बढ़ जाती है जब फोटॉन 1 के मार्ग में चीरा संकुचित हो जाता है। इस प्रकार, फोटॉन 2 के बारे में ज्ञान की सटीकता में वृद्धि, दरार के पीछे फोटॉन 1 का पता लगाने से, फोटॉन 2 के प्रकीर्णन में वृद्धि होती है। क्वांटम यांत्रिकी ताबिश कुरैशी के अनुसार भविष्यवाणियों ने पॉपर के तर्क का निम्नलिखित विश्लेषण प्रकाशित किया है। आदर्श ई. पी. आर. अवस्था को इस प्रकार लिखा जाता है, जहाँ "केट" अवस्था में दो लेबल दो कणों की स्थिति या संवेग का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसका तात्पर्य सही सहसंबंध है, जिसका अर्थ है, स्थिति में कण 1 का पता लगाने से भी कण 2 का पता लगाया जाएगा। यदि कण 1 को संवेग के रूप में मापा जाता है, तो कण 2 को संवेग के रूप में पाया जाएगा। इस अवस्था में कणों में अनंत संवेग फैलता है, और वे असीम रूप से विलम्बित होते हैं। हालाँकि, वास्तविक दुनिया में, सहसंबंध हमेशा अपूर्ण होते हैं। निम्नलिखित उलझी हुई अवस्था पर विचार करें जहाँ एक सीमित संवेग प्रसार का प्रतिनिधित्व करता है, और कणों की स्थिति प्रसार का एक माप है। दो कणों के लिए स्थिति और संवेग में अनिश्चितताओं को इस प्रकार लिखा जा सकता है कण 1 पर एक संकीर्ण चीरे की क्रिया को एक संकीर्ण गौसी अवस्था में कम करने के रूप में सोचा जा सकता हैः यह कण 2 की स्थिति को कम कर देगा। कण 2 की संवेग अनिश्चितता की अब गणना की जा सकती है, और इसे इस प्रकार दिया जाता है यदि हम स्लिट ए की चरम सीमा पर जाते हैं जो असीम रूप से संकीर्ण () है, तो कण 2 की संवेग अनिश्चितता है, जो ठीक वही है जो संवेग प्रसार के साथ शुरू होना था। वास्तव में, कोई यह दिखा सकता है कि स्लिट ए से गुजरने वाले कण 1 पर स्थित कण 2 का संवेग प्रसार, और के किसी भी मूल्य के लिए हमेशा (प्रारंभिक प्रसार) से कम या बराबर होता है। इस प्रकार, कण 2 पहले की तुलना में कोई अतिरिक्त गति प्रसार प्राप्त नहीं करता है। यह मानक क्वांटम यांत्रिकी की भविष्यवाणी है। तो, कण 2 का संवेग प्रसार हमेशा मूल किरण में निहित गति से छोटा होगा। किम और शिह के प्रयोग में वास्तव में यही देखा गया था। पॉपर का प्रस्तावित प्रयोग, यदि इस तरह से किया जाता है, तो क्वांटम यांत्रिकी की कोपेनहेगन व्याख्या का परीक्षण करने में असमर्थ है। दूसरी ओर, यदि चीरा ए को धीरे-धीरे संकुचित किया जाता है, तो कण 2 का संवेग प्रसार (चीरा ए के पीछे कण 1 का पता लगाने पर सशर्त) धीरे-धीरे वृद्धि दिखाएगा (निश्चित रूप से प्रारंभिक प्रसार से परे कभी नहीं)। क्वांटम यांत्रिकी यही भविष्यवाणी करता है। पॉपर ने कहा था, "अगर कोपनहेगन की व्याख्या सही है, तो स्लिट बी से गुजरने वाले कणों के बारे में हमारे मात्र ज्ञान के माप में सटीकता में किसी भी वृद्धि से उनके फैलाव में वृद्धि होनी चाहिए।" इस विशेष पहलू का प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया जा सकता है। प्रकाश से तेज संकेत अपेक्षित अतिरिक्त संवेग प्रकीर्णन जिसे पॉपर ने गलत तरीके से कोपनहेगन व्याख्या के लिए जिम्मेदार ठहराया है, प्रकाश से तेज संचार की अनुमति देगा, जिसे क्वांटम यांत्रिकी में नो-कम्युनिकेशन प्रमेय द्वारा बाहर रखा गया है। हालाँकि ध्यान दें कि कोलेट और लाउडोन और कुरैशी दोनों ने गणना की है कि पॉपर द्वारा भविष्यवाणी की गई वृद्धि के विपरीत, स्लिट ए के आकार में कमी के साथ स्कैटर कम हो जाता है। इस कमी के बारे में कुछ विवाद था जो सुपरल्युमिनल संचार की अनुमति देता था। लेकिन कमी कण 2 की स्थिति के सशर्त वितरण के मानक विचलन की है, यह जानते हुए कि कण 1 स्लिट ए से गुजरा है, क्योंकि हम केवल संयोग का पता लगाने की गणना कर रहे हैं। सशर्त वितरण में कमी बिना शर्त वितरण को समान रखने की अनुमति देती है, जो कि एकमात्र ऐसी चीज है जो सुपरल्युमिनल संचार को बाहर करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह भी ध्यान दें कि सशर्त वितरण शास्त्रीय भौतिकी में भी बिना शर्त वितरण से अलग होगा। लेकिन स्लिट बी के बाद सशर्त वितरण को मापने के लिए स्लिट ए पर परिणाम की जानकारी की आवश्यकता होती है, जिसे शास्त्रीय रूप से संप्रेषित किया जाना चाहिए, ताकि स्लिट ए पर माप किए जाने के तुरंत बाद सशर्त वितरण का पता नहीं चल सके, लेकिन उस जानकारी को प्रसारित करने के लिए आवश्यक समय तक देरी हो। बेल परीक्षण प्रयोगों में खामियां भी देखें संदर्भ क्वांटम माप भौतिकी का दर्शन कार्ल पॉपर विचार भौतिकी में प्रयोग