Теория фотонов

 

Странное решение странного парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена.

Райнер Хаас 1, Дитер Крайзинг 2

 

1. Бюро по исследованию вредных отходов и окружающей среды. Штадвальдстрассе. 45а, 35037 Марбург

2. Аква Бутцке, Риттерштрассе 21-27, 10969 Берлин

 

Абстракт. Излагается новая теория фотонов, способная объяснить некоторые противоречия и парадоксы, в том числе парадокс ЭПР. Она показывает, что точки эмиссии и взаимодействия фотонов связаны между собой.

Ключевые слова: парадокс ЭПР, мысленный эксперимент ЭПР, фотоны, эмиссия, взаимодействие

 

1. Введение

В мире фотонов описанию многих соседствующих феноменов на базе признанных теорий – теории квантов и специальной теории относительности – поставлены границы. В качестве показательного примера приведем следующие:

 

Появление противоречий и парадоксов свидетельствует о том, что названные теории не достаточны для описания фотонного мира. В статье сделан анализ многократно предпринятого оптического мысленного эксперимента ЭПР /3.4.5.6/.

 

2. Анализ мысленного эксперимета ЭПР

2.1.Описание процесса

 

При двухфотонном каскадном переходе (параметрической флюоресценции) между обоими эмиссированными фотонами наличествуют квантово-механические корреляции, напр., в отношении импульса вращения, причем в такой форме, что общий импульс вращения состоящей из обоих эмиссированных фотонов целостной системы должен в соответствии с аксиомой сохранения импульса вращения быть равным нулю.

Оба фотона находятся в переплетенном квантомеханическом состоянии. Если рассматривать фотонные пары, которые эмиссируются в противоположном направлении, то после измерения поляризации одного фотона поляризация другого известна и без измерений. Если, например, путем измерений устанавливается, что первый фотон поляризуется линеарно в определенном направлении, то можно с большой уверенностью утверждать, что второй фотон будет находиться в таком же поляризационном состоянии.

 

Однако вместо линеарной поляризации можно бы было измерять и циркулярную поляризацию. В зависимости от исхода эксперимента можно было бы прийти к выводу, что второй фотон по причине переплетннного квантового состояния обоих фотонов поляризуется циркулярно слева или справа.

 

Так как один фотон поляризуется или линеарно, или циркулярно, решение принимается лишь после измерений на фотоне 1. Измерение приписывает тем самым фотону 1 или линеарное, или циркулярное поляризационное состояние. Это значит, что поляризация фотона 2 констатируется лишь после измерения поляризации фотона 1!

Этот результат кажется парадоксальным: так как оба фотона отдаляются друг от друга со скоростью света, между ними не может происходить никакого обмена информацией, так как никакая информация не может передаваться со скоростью, превышающей скорость света. Тем не менее обмен информацией происходит немедленно, независимо от расстояния между фотонами.

 

2.2.Анализ феномена

 

В дальнейшем анализируется результат описанного оптического мысленного эксперимента ЭПР с точки зрения, что никаких парадоксов нет. В свете квантовой теории следует, что общий импульс вращения двухфотонной системы равен нулю и, тем самым, оба фотона независимо от расстояния друг от друга сопряжены друг с другом. Свойства поляризации для целой системы с двумя фотонами констатируются однако лишь после измерения первого фотона. Проблема, как таковая, состоит с точки зрения квантовой механики не в том, что после измерения фотона 1 немедленно определяется поляризация фотона 2 и тем самым происходит обмен информацией за нулевое время на теоретически произвольных расстояниях. Нелокальные выводы принципиально невозможно сделать на основе локальной теории. Ядро проблемы с точки зрения квантовой механики заключается в том, что с помощью локальной теории, не располагающей элементами пространства/времени, принципиально невозможно описать такой нелокальный эффект как сопряжение двух фотонов!

 

Предложив постулат, что с помощью локальных теорий можно описывать лишь локальные эффекты, мы приходим к неожиданному выводу, что юстирование направления поляризации фотона 2 после измерений на фотоне 1, вероятно, является локальным эффектом, так как этот процесс может быть описан посредством локальной квантово-механической теории.

 

Как же эта проблема представляется в свете специальной теории относительности? После каскадной эмиссии обоих фотонов и после окончательного временного момента в точке окончательного расстояния до эмиссионного пункта измеряется поляризации фотона 1. Немедленно на фотоне 2, расположенном на таком же расстоянии в противоположном направлении, устанавливается такая же поляризация. Очевидно, произошел независимый от времени/места перенос информации, который в согласии с теорией относительности следовало бы отрицать. В этой аргументации, однако, заложена серьезная ошибка. Для объектов, передвигающихся со скоростью света, время и пространство сокращены до нуля. В случае с нашей фотонной парой это означает, что в координатной системе обоих фотонов нет пространственно-временного разделения двух фотонов между собой. Лишь с точки зрения неподвижного наблюдателя оба фотона кажутся отдаляющимися со скоростью света в пространстве в противоположном направлении друг от друга, начиная от эмиссионного пункта. Решение о локальности/нелокальности является тем самым вопросом точки координат. Так как оба фотона сопряжены друг с другом, а действие, юстирование поляризационных качеств фотона 2 после измерений фотона 1 соотносится именно с данной системой, нельзя избирать эту координатную систему произвольно: она является совместной координатной системой для обоих фотонов.

 

Теория фотонов

 

На основании изложенных выше соображений теория фотонов формулируется следующим образом:

1) На основании относительной контракции расстояния/времени место эмиссии и взаимодействия для фотонов связаны друг с другом, так как пространство и время дилатируются до нуля. Дефиниция времени и пространства теряет смысл, когда в качестве координатной системы избирается фотон. Тем самым с точки зрения фотона наличествуют все проходимые им, а для внешнего наблюдателя проходимые со скоростью света, от места эмиссии до места взаимодействия отрезки пространства и времени космоса.

2) Фотоны, являясь частицами-посланцами с массой в состоянии покоя, равняющейся нулю, после эмиссии и до взаимодействия находятся в состоянии виртуальных волн вероятности.

3) Распространение волн вероятности как шаровидных волн происходит вне четырехмерного континуума пространства/времени, в фотонном континууме. Места эмиссии и взаимодействия являются наблюдаемыми интерфейсами фотонного континуума с четырехмерным континуумом пространства/времени.

 

Скорость света с в четырехмерном континууме пространства/времени не существует. Она является проекций фотонного континуума в четырехмерный континуум пространства/времени и тем самым самой высокой наблюдаемой в четырехмерном континууме пространства/времени скоростью.

 

На основании вневременно/внепространственного соединения фотона с местом эмиссии и взаимодействия фотон всегда будет пользоваться наиболее благоприятной возможностью взаимодействия. Редукция волнового фронта происходит за счет переноса всей эмиссированной энергии в место взаимодействия, которая присуща виртуальной волне вероятности, она является выражением перехода от состояния потенциальности к состоянию реальности.

 

При измерении качеств фотона результат измерений определяется выбором порядка измерения.

 

Фотонный континуум

 

Теория фотонов требует существования фотонного континуума, который, будучи как–бы пятым измерением потенциальности за пределами четырехмерного континуума пространства/времени нашей “реальности”, служит “мостом” для частиц-посланников с нулевой массой в состоянии покоя между местом эмиссии и местом взаимодействия. Мы постулируем принципиальную применимость теории фотонов к гравитации и нейтрино.

 

Какие выводы могут быть сделаны по поводу фотонного континуума? Фотонный континуум является континуумом потенциальности, виртуальных волн вероятности. Он не располагает никакими временно/пространственными свойствами и устанавливает для фотонов вневременно/внепространственную связь между местами эмиссии и взаимодействия. Внутри фотонного континуума фотоны существуют в качестве виртуальных волн возможности, которые содержат потенциал взаимодействия с подходящим партнером.

 

Взаимодействие происходит на фронте шаровидной волны, весь потенциал шаровидной волны концентрируется на точке взаимодействия, происходит так называемая “редукция волнового фронта”. Эта редукция волнового вронта происходит в фотонном континууме; спроецированная в наш четырехмерный временно-пространственный континуум, он происходит спонтанно, т.е. вне времени и пространства.

 

Точка эмиссии, точка возникновения фронта волны, а также точка взаимодействия являются интерфейсами четырехмерного временно-пространственного континуума с фотонным континуумом. Эмиссионная точка и точка взаимодействия напрямую связаны друг с другом посредством фотонного континуума. Измерения представляют собой вмешательство из нашей плоскости реальности четырехмерного континуума пространства-времени в потенциальную плоскость фотонного континуума. В случае взаимодействия обязательно необходимо, чтобы результат измерений определялся выбором порядка измерения, так как только в этом случае может иметь место редукция фронта волны и тем самым взаимодействия. Проекция соединения точек эмиссии и взаимодействия путем фотонного континуума описывается неподвижным наблюдателем в четырехмерном пространстве/времени как шаровидная волна, исходящая от эмиссионной точки, которая двигается со скоростью света и достигает точки взаимодействия на пространственном расстоянии r после времени t = r/c. Но так как только точка эмиссии и взаимодействия внутри целостного процесса является компонентом четырехмерного континуума времени/пространства и тем самым может быть объектом наблюдения, а также описана при помощи действующих в четырехмерном пространстве/времени законов, скорость света не является реальной, принадлежащей временно/пространственному континууму скоростью, а всего лишь проекцией фотонного континуума в четырехмерный континуум пространства/времени. Этот подход уже был заложен в специальной теории относительности в форме релятивисткого сокращения расстояния и времени.

 

С помощью аргументов теории фотонов устраняется парадокс мысленного эксперимента ЭПР и всех прочих описанных парадоксов поведения безмассовых частиц-посланцев.

 

Список литературы:

 

[1] H. Paul: Photonen. Eine Einfьhrung in die Quantenoptik. Stuttgart 1995

[2] A. Einstein; B. Podolsky; N. Rosen: Phys. Rev. 47 (1935) 777

[3] S.J. Freedman; J.F. Clauser: Phys. rev. lett. 28 (1972) 938

[4] H. Paul: Fortschritte der Physik 28 (1980) 633

[5] A. Aspect, P. Grangier, G. Roger: Phys. Rev. Lett. 47 (1981) 460

[6] A. Aspect, J. Dalibard, G. Roger: Phys. Rev. Lett. 49 (1982) 1804

Статья предназначена к печати в журнале Experimental techniques of

Physics