IEEE CUSB

Spooky Action At a Distance - حدث غريب على بعد

By: Omar Nabil

English Version

Intro

Hello dear reader and  welcome back to the weird world of quantum physics where nobody understands what is going on and we realize how different the world is from our simple understanding.

 

The Phenomenon 

 

This time we are talking about the odd and very strange phenomenon of quantum entanglement.To simplify things we first need to understand a few things.

Firstly, none of what we are about to say is gonna make sense in the normal world (the word that obeys the laws of classical physics ) . When we go to the small world of electrons and photons it’s important to understand that this world follows its own rules.

Secondly, in quantum physics atoms behave differently when they are measured like what we have described in the previous article that talked about the double slit theory, for example we can say an atom is everywhere in the available space at same time until we actually measure where it is and when we do, we know that it is only in this place (that is how it works down here we don’t know anything for certain it’ all just probabilities ).

 

Now that we know that information we can start understanding the phenomenon.Electorns are described in the quantum physics world by 4 parameters one of those parameters is a property called spin. We can say that a particle after it’s measured has a up spin or a down spin, you must have noticed that i said after it has been measured that is because we know that as long as the property is not measured the particle stays in a superposition where it has spin up and down at the same time.

 

The idea of entanglement comes when we have two different particles that are somehow related to each other(entangled) and the result of the first particle affects the result of the second particle. In simpler terms if we measure the first particle and we know it has up spin when we measure the second particle it will always have down spin (depending on how they are entangled) and this effect happens no matter where those two particle are even if one is on earth and the other is in a different galaxy they will always give the same result, and here is where the scientists started to debate.They all have observed the results and no one can deny the existence of the phenomenon but they started debating on why this is happening, what is making these particles to behave in such strange matter.

 

The debate started when the famous scientist Albert Einstein thought up an experiment like this in 1935, in collaboration with two younger scientists, Boris Podolsky and Nathan Rosen.They believed superposition was impossible because information cannot travel instantaneously. So they thought there must be hidden variables that caused the information to travel from one particle to another at a speed that is faster than the speed of light and Einstein’s inability to understand the reason for the phenomenon he called it Spooky Action At a Distance (our title ). But Danish physicist Niels Bohr said that Einstein was just wrong. 

 

Scientists remained divided until in 1964, Irish physicist John Bell figured out how to set up an experiment and he called it Bell’s inequality, to determine who was right. Bell proved that quantum mechanics predicted stronger statistical correlations in the outcomes of  some measurements than any hidden variable theory could so he has proven Einstein and his colleagues wrong and supported the theory of Niels Bohr. 

 

Now there is a question to be raised: How are two particles entangled? You can entangle two photons from birth by producing them from the same chemical reaction like in lasers or you can bring two quantum objects very close together until one starts having effects on the other.

 

Ending

And that brings us to the end of it the usages of quantum entanglement on our modern day technology are a lot from synced clocks to encryption of data and who knows what the future has in storage for these technologies

Arabic Version

مقدمة

مرحباً عزيزي القارئ أهلا بك مجدداً في العالم الغريب للفيزياء الكمية، حيث لا أحد يفهم ما يجري وندرك خلال دراستها مدى اختلاف العالم عن فهمنا البسيط له.

 

الظاهرة

 

هذه المرة نتحدث عن ظاهرة الارتباط الكمّي الظاهرة الغريبة والغير مألوفة بالمره. لتبسيط الأمور في البداية ، نحن بحاجة إلى فهم بعض الأمور أولاً.

أولًا:لا شيء مما سنقوله في العالم العادي (الذي يطيع قوانين الفيزياء الكلاسيكية) سيبدو منطقيًا. عندما نتحدث عن العالم الصغير الخاص بالإلكترونات والفوتونات، من المهم فهم أن هذا العالم يتبع قواعده الخاصة.

ثانيًا ، في الفيزياء الكمية، تتصرف الذرات بشكل مختلف عندما يتم قياسها مثلما تم توضيحه من قبل في تجربة الشقين، فعلى سبيل المثال يمكننا القول إن الذرة موجودة في كل مكان في الوسط المحدد في نفس الوقت إلى أن نقوم بقياس مكانها، وعندما نفعل ذلك نعرف أنها موجودة فقط في هذا المكان (هكذا تجري الأمور هنا ، نحن لا نعرف شيئًا بالتحديد ، كلها مجرد احتمالات).

 

الآن بعد أن عرفنا هذه المعلومات ، يمكننا البدء في فهم الظاهرة. توصف الإلكترونات في عالم الفيزياء الكمية بأربع معاملات ، واحدة من تلك المعاملات هي خاصية تُسمى الدوران. يمكننا القول أن الجسيمات بعد قياسها لديها دوران للأعلى أو الأسفل. من الأكيد أنك قد لاحظت أنني قلت بعد أن تم قياس الجسيمات ، وذلك لأننا نعلم أن الجسيمات تبقى في حالة اندماجية طالما لم يتم قياس الخاصية ، حيث تمتلك دورانًا للأعلى والأسفل في نفس الوقت.

 

تأتي فكرة التشابك عندما يكون لدينا جسيمان مختلفان يرتبطان ببعضهما بطريقة ما (متشابكان)، ونتيجة الجسيم الأول تؤثر على نتيجة الجسيم الثاني. فبشكل أبسط، إذا قسنا الجسيم الأول ونعلم أن لديه “دوران لأعلى”، عندما نقيس الجسيم الثاني فسيكون دائمًا لديه “دوران لأسفل” (تبعًا لكيفية التشابك)، وهذا التأثير يحدث بغض النظر عن موقع هذين الجسيمين حتى إذا كان أحدهما على الأرض والآخر في مجرة مختلفة، فسيعطيان دائمًا نفس النتيجة، وهنا بدأ العلماء يختلفون. لقد رصدوا النتائج جميعًا ولا يمكن لأحد أن ينكر وجود هذه الظاهرة ولكنهم بدأوا في النقاش حول السبب وراء هذا الأمر وما الذي يجعل هذه الجسيمات تتصرف بطريقة غريبة.

 

بدأ النقاش عندما ابتكر العالم الشهير ألبرت أينشتاين تجربة كهذه في عام 1935 بالتعاون مع العالمين الأصغر سناً بوريس بودولسكي وناثان روزن. كانوا يعتقدون أن التراكب الكمي مستحيل لأن المعلومات لا يمكن أن تنتقل فورًا، لذلك اعتقدوا أنه يجب أن يكون هناك متغيرات مخفية تتسبب في نقل المعلومات من جسيم إلى آخر بسرعة أسرع من سرعة الضوء، ونظرًا لعدم قدرة أينشتاين على فهم السبب وراء هذه الظاهرة، أطلق عليها “حدث غريب على بعد” (العنوان الخاص بنا). ولكن الفيزيائي الدنماركي نيلز بور قال إن آلبرت أينشتاين كان مخطئًا.

 بقي العلماء مختلفين في الرأي حتى عام 1964 ، عندما ابتكر الفيزيائي الأيرلندي جون بيل كيفية إعداد تجربة وسماها “معادلة بيل” لتحديد من كان على حق. أثبت بيل أن الميكانيكا الكمية تنبأت بارتباطات إحصائية أقوى في نتائج بعض القياسات مما يمكن أن يقدمه أي نظرية متغيرات مخفية ، لذلك أثبت أن ألبرت أينشتاين وزملاؤه على خطأ ودعم نظرية نيلز بور.

 

الآن هناك سؤال يطرح نفسه: كيف يتم تشابك الجسيمات؟ يمكن تشابك اثنين من الفوتونات منذ الولادة عن طريق إنتاجهما من نفس التفاعل الكيميائي مثلما يحدث في الليزرات ، أو يمكنك جلب جسمين كميين قريبين جدًا من بعضهما البعض حتى يبدأ أحدهما في الأثر على الآخر.

 

خاتمة

 

وهذا ينتهي موضوعنا، استخدامات التشابك الكمي في التكنولوجيا الحديثة كثيرة جدا، بدءًا من المحافظة على تزامن الساعات إلى تشفير البيانات، ولا يعلم أحد ما الذي يحمله المستقبل من تقنيات قد تستفيد من هذه الظاهرة.