Wigner Jenő és a kvantum disszidensek

Wigner Jenő és a „kvantum disszidensek”

V Varró ó Sándor Sá d MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézet

SZFI-SZEMINÁRIUM, 2013. október 29.

Tartalom 1. Bevezetés. Wignerről. Motiváció. 2. „Kvantum disszidensek” 3. Varenna Iskola 1970. Foundations of Physics. 4. Okok. 5. Solvay Kongresszus 1927. 5. Néhány példa a régi magyar ‘alternatívokról’. [ 6. ‘Interpretációs p – Technológiai’ g tanulságok g ]

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Fordítás. ‘Wigner csoportelmélete’ [ ]. 1931 – 1959 – 1979.

E. P. Wigner, Gruppentheorie und ihre Anwendungen auf die Quantenmechanik der Atomspektren. (Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig, 1931) E. P. Wigner, Group Theory and its Application to the Quantum Mechanics of Atomic Spectra. (Academic Press, New York and London, 1959) Wigner Jenő, Csoportelméleti Módszer a Kvantummechanikában. Fordította Györgyi Géza és Sebestyén Ákos Á (Akadémia Kiadó, Budapest, 1979) E. P. Wigner, Symmetries and Reflections. Scientific Essays of Eugene P. Wigner. (Indiana University Press, Bloomington London, 1967) Wigner Jenő, Szimmetriák és Reflexiók. Tudományos Esszék. Fordította Györgyi Géza (Gondolat Kiadó, Budapest, 1972) L. Eisenbud, G. T. Garvey and E. P. Wigner, General Principles of Nuclear St Structure, t in i HANDBOOK OF PHYSICS, PHYSICS Eds. Ed E E. U U. C Condon d and dH H. Odi Odishaw, h second edition (Mc Graw-Hill Book Co., New York, 1967) L. Eisenbud, G. T. Garvey and E. P. Wigner, Az Atommag Szerkezete. Fordította Györgyi y gy Géza ((Akadémia Kiadó,, Budapest, p , 1969)) Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

„Nagy volt az örömöm, amikor Györgyi kolléga értesített, hogy a Gondolat Kiadó ó a Szimmetriák á é és reflexiók ó magyar fordítását í á á ki fogja adni. ... Azt remélem, hogy ez támogatni fogja a kapcsolatot, amely engem továbbra is a magyar kultúrához csatol. ...” Varro_ECLIM_2010

E. P. Wigner, Remarks on the Mind-Body Problem. In The Scientist Speculates, (London, William Heinemann Heinemann, 1962) 1962). E E. P P. Wigner Wigner, The problem of measurement measurement. American Journal of Physics, 31, 6 (1963). KÉT MÉRÉSELMÉLETI ALAPCIKK SZEREPEL A MAGYAR FORD.

a   ( )  a ( )   ( )

a  [   ( ) ]    [ a ( )   ( ) ]

Wigner felhívja a figyelmet erre a kötetre: „Werner Heisenberg und die Physik unserer Zeit” (Braunschweig, Friedrich Vieweg und Sohn, 1961) E. Teller, M. Born, A. Landé, F. Bopp és G. Ludwig cikkei.

„... Zeh, Bell, Clauser, Shimony, Wigner, Rosenfeld, d’Espagnat, Selleri and de Witt Except for Rosenfeld Witt... Rosenfeld, they were all dissidents, dissidents fighting against the dominant attitude among physicists at the time according to which foundational issues had already been solved by the founding fathers of the discipline.” Varro_ECLIM_2010

A dekoherencia sötét kora. ...Then Jensen told me that I should not continue this work,and so then our relationship deteriorated.’’2 Eventually, this letter was unearthed u ea t ed a and d its ts co content te t e expresses p esses tthe e hardships faced by Zeh:‘‘I established a rule in my life never to step on any body’s toe, but a preprint written by a certain ‘Toe’ [Zeh, in German] from your institute that I have received makes me digress from that rule. I have all the reasons in the world to assume that such a concentrate of wildest nonsense is not being distributed around the world with your blessing, and I think to be of service to you by directing your attention to this misfortune.’’3 3 „Ich mach es zu einer Lebensregel, so weit vermeidlich auf keinen Zeh zu treten, aber der Empfang eines von einem gewissen Dr. Zeh aus Ihrem Institut verfassten preprint veranlasst mich von dieser Regel abzuweichen. Ich habe allen Grund anzunehmen, dass ein solches g in Konzentrat wildesten Unsinnes nicht mit Ihrem Segen die Welt verbreitet ist, und ich glaube Ihnen von Dienst zu sein, indem ich Ihre Aufmerksamkeit auf dieses Unglück richte.‘‘L. Rosenfeld to J. H. D. Jensen, 14 February 1968.

From: Olival F Oli l Freire F i Jr., J Quantum Q t dissidents: di id t Research R h on the th foundations f d ti off quantum t th theory circa i 1970 1970. Studies St di in History and Philosophy of Modern Physics 40 (2009) 280-289. 2. Zeh and the dark ages of decoherence

Varro_ECLIM_2010

Bell to Aspect: „...do you have a permanent position?”

Quotation From: Olival Freire Jr., Quantum dissidents: Research on the foundations of quantum theory circa 1970. Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40 (2009) 280-289.

Wigner meghatározó szerepe. Varennai Iskola [1970]

In D’Espagnat B (Editor) 1971 Foundation of Quantum Mechanics. Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi”, Course IL (Academic Press, New York and London, 1971)

B. d’Espagnat. Varennai Iskola [1970]

Wigner. Varennai Iskola [1970]

Varennai Iskola [1970]

Jauch: „ 2. – The problem of measurement in quantum mechanics. ... iii) Photon interference experiment. The typical interference experiment for photons is exemplified by a MICHELSON interferometer which may be represented schematically as indicated in Fig. 3. The source of light 1 sends a beam onto a half-silvered mirror which splits the beam into two, one which is reflected on the mirror 3 the other on mirror 4 4. The two beams are brought to intereference at 5. The interference pattern at 5 can be calculated as a function of the path difference for the two beams. This is of course a classical experiment in optics and has, in this form, nothing to do with quantum mechanics. It becomes an experiment in quantum physics if one does this experiment with individual photons. In order to do this one must reduce the intensity of the incoming light by adding an photons. According g to quantum q mechanics every y absorber such that one can observe individual p individual photon should interfere with itself [37]. In order to test this point Schrödinger proposed this very experiment and it was carried out a couple of years ago by JÁNOSSY and NÁRAY at the Hungarian Academy of Sciences. In the final version of the experiment the intensity of the incoming light was about 106 photons per second. Furthermore, in order to make sure that the extension of the wave packet, which carried the photon, h t was smaller ll th than th the apparatus, t th the iinterferometer t f t h had d arms off 14 m llength. th Thi This required i da stability of the temperature to 10-5 oC, which was accomplished by placing the appararus in a tunnel. The arrival of individual photons was registered by photomultiplier tubes. JÁNOSSY verified two things: Photons arrive at the mirror positions 3 and 4 statistically independently and the classical interference pattern is reproduced to the limits of the accuracy of the experiment Thus quantum mechanics is verified in full for this case: Photons do interfere individually with experiment. themselves.”

Jauch J M 1971 Foundation of quantum mechanics pp 20-54. [ In D’Espagnat B (Editor) 1971 Foundation of Quantum Mechanics. Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi”, Course IL (Academic Press, New York and London, 1971) ] writes on pages 40-41.

Fermiontér kvantálása. Jordan & Wigner [ 1928 ]

2  const  N  (1  N ) Varro_CEWQO2010

HBT. Bozon and fermion korreláció nyalábban 1995– … és még mindig különböző interpretációk. 2007.

Varro_CEWQO2010

HBT. Jeltes et al. (2007); bozon-korreláció [ He4 ], f fermion-korreláció i k lá ió [ He H 3 ]. ] ‘Jó szabadsági b d ági ffok’ k’ !

2

Varro_CEWQO2010

HBT. Neutronhullámok intenzitás-intenzitás korrelációja; Egyrészecskés öninterferencia effektus

Normalize edCorrelation

1

0.9 0

 1 1  1  1  M M xM yM t

x - x0 Jordan Wigner fluctuation Jordan-Wigner in pump beam + self-interference.

M. Iannuzzi, A. Orecchini, F. Sacchetti, P. Facchi and S. Pascazio: Direct experimental observation of freefermion antibunching antibunching. Phys. Phys Rev. Rev Lett. Lett 96, 96 080402 (2006) (2006). S. V., The role of self-coherence in correlations of bosons and fermions in linear counting experiments. Notes on the wave-particle duality; Fortschritte der Physik – Progr. Phys.; 59, No. 3–4, 296-324 (2011).

Varro_CEWQO2010

„Babar és a rejtett paraméterek”. Abner Shimony. Varennai Iskola [1970] Babar és a rejtett paraméterek. Mindenki a rejtett paramétereket keresi, Sajnos sikertelenül! Félénkek, kicsik, Tünékenyek, mindig elmenekülnek. Mindig álcázva járnak, S kfél ruhát Sokféle hát köl kölcsönvesznek ö k Az elemi részecskéktől Hogy eldöntsék, mia a teendő, Negyvebezer tudós tart Gyűlést Célestvilleben („égi város”) „Nagy energiát!” – kiáltja Rataxés, „Higy a csalfa teremtmények Utolsó fészkébe is behatolhassunk” „Hurrá! Énekelnek az orrszarvúak, Bővítsük ki a ciklotronokat!” Viszont Babar mást javasol: „Nem, A Természet nem erő hatására tárja fel Titkait, hanem ravaszsággal érhetünk célba, A rejtett paramétereket a polarizált Sugárzás segítségével látjuk majd meg meg.” „Igaza van” – mondja Gregory, Az idős hölgy büszkén mosolyog. Az egész gyűlés jóváhagyja a tervet, És nagy lelkesedéssel egy nemzetközi Projektet indítanak, Megalapítva zseniális műszerek Világ központját. A lelkiismeretes technikusok, Olur és Hatchibombotar Babar vezénylete alatt Megkezdik a nagy kísérletet. Ha kíváncsiak az eredményre Megleltük-e a rejtett paramétereketj Olvassák el a következő fejezetet. Hálás Köszönet Dr. Varró Petrának a nyersfordításért.

Bell. Varennai Iskola [1970]

P (aˆ , bˆ)  P (aˆ , bˆ)  1  P (bˆ, bˆ)

PQ (a, b)   1  aˆ , 2  bˆ  aˆ  bˆ

RÉNYI ALFRÉD: VALÓSZINŰSÉGSZÁMITÁS. Egyenlőtlenségek. a

RÉNYI ALFRÉD: VALÓSZINŰSÉGSZÁMITÁS. Egyenlőtlenségek. b

Zeh. Varennai Iskola [1970]

„Disszidensek” a Foundations of Physics első kötetében.

Az V. Solvay Konferencia (1927).

“11. 1. Mind az egész földnek p pedig g egy gy nyelve y és egyféle beszéde vala... 6. És monda az Úr: Ímé e nép egy, s az egésznek egy a nyelve, és munkájának ez a kezdete; és bizonyy semmi sem gátolja, hogy véghez ne vigyenek mindent, amit elgondolnak magukban.

7. Nosza szálljunk alá, és zavarjuk ott össze nyelvöket, hogy meg ne értsék egymás beszédét. 8. És elszéleszté őket onnan az Ú az egész földnek színére; és Úr megszűnének építeni a várost. Bábel tornya (1563). Id. Pieter Brueghel festménye. [Tower of Babel. Painting by P. Brueghel. Senior.]

“And “A d th they said id one to t another: th Go G to, t let l t us build b ild us a tower, whose top may reach unto heaven; and let us make us a name. And the Lord said: Go to, let us go down, and there confound their language, that they may not understand one another’s speech.” p Genesis 11: 3-7

9. Ezért nevezék annak nevét Bábelnek; mert ott zavará össze az Úr az egész föld nyelvét, és onnan széleszté el őket az Úr az egész földnek színére. ”

[ MÓZES I. KÖNYVE, 11. ]

G. Bacciagaluppi and A. Valentini, Quantum Theory at the Crossroads. Reconsidering the 1927 Solvay Conference. (Cambridge University Press, 2006, ISBN 9780521814218)

Einstein A, Podolsky B and Rosen N 1935 Phys. Rev. 47. 777–80 (1935). „EPR EPR P Paradox” d ” [ Ei Einstein: t i „It It did nott come outt as well ll as I had h d originally i i ll wanted.”] t d ”]

„Einstein attacks quantum theory” New York Times May 4 1935.

x1  0 p1  0

measure

[ p1  p2 , x1  x2 ]  0

Schrödinger E 1935 Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik Die Naturwissenschaften 23 ((Jahrg.) g ) 807–12,, 823–8,, 844–9. ((1935)) „Verschraenkung” = „Entanglement”. „Schrödinger Cat”.

{ él  halott } / 2

Wigner’s friend. „Wigner puts his friend in with the cat. The external observer believes the system is in the state . His friend, however, is convinced that the cat is alive, i.e. for him, the cat is in the state . How can Wigner and his friend see different wave functions? The Copenhagen Interpretation: The answer depends on the positioning of Heisenberg cut which can be placed arbitrarily. If Wigner's friend is positioned on the same side of the cut as the external observer, his measurements collapse the wave function for both observers. If he is positioned on the cat cat's s side side, his interaction with the cat is not considered a measurement.”

Az V V. Solvay Konferencia (1927) (1927).

G. Bacciagaluppi and A. Valentini, Quantum Theory at the Crossroads. Reconsidering the 1927 Solvay Conference. (Cambridge University Press, 2006, ISBN 9780521814218)

De Broglie ‘vezérhullám elmélete’ [1967]

De Broglie ‘kettős megoldása’ [1970]

Az előadó köszöni ifj. Mátrai Tibornak, hogy a fenti cikk ajánlással ellátott példányáról másolatot készíthetett.

„Góngorism” „Góngorism „ The disregard for historical connectedness, nay the pride of embarking on new ways of thought, of production and action, the keen endeavour of shaking off, as it were, the indebtness to our predecessors, are no doubts a general trend of our time. In the fine arts we notice strong currents quite obviously informed by this vein; we witness its results in modern paintings, sculpture, architecture, music and poetry. There are many who look upon this as a new buoyant rise, while others regard it as a flaring up that inaugurates decay. It is not here the place to dwell on this question, and my personal views on it might interest nobody. But I may say that whenever this trend enters science, it ought to be opposed. There obviously is a certain danger of its intruding into science in general, which is not an isolated enterprise of the human spirit, spirit but grows on the same historical soil as the others and participates in the mood of age. There is, however, so I believe, no other nearly blatant example of this happening as the theories of physical science in our time. I believe that we are here facing a development which is the precise counterpart of that in the fine arts alluded to above. The most appropriate expression to use for it is one borrowed from the history of poetry: Góngorism. It refers to the poetry of the Spaniard Luis de Góngora (1561-1627), (1561 1627), very fine poems, by the way, especially the early ones. Yet also his later poems (to which the term more particularly refers) are well sounding and they all make sense. But he uses all his acuity and skill on making it as difficult as possible to the reader to unravel the sense, so that even natives of Castile use extended commentaries to grasp the meaning safely. One ought not, I think, to say that if, in this, physics is following a general trend of our time, we must not oppose it. Though we are entirely the product of historical development, yet it is we who make its continuation and not history that drags us along a predestined trail. It depends entirely on us, on our stopping to think and acting according to reasons, whether there will be decay or a new rise after crisis. ”

Schrödinger E 1952 Are there quantum jumps? Part I The British Journal for the Philosophy of Science, 3, 109-123 (1952). Part II ibid. 3, 233-242 (1952):

G. Bacciagaluppi and A. Valentini, Quantum Theory at the Crossroads. Reconsidering the 1927 Solvay Conference. (Cambridge University Press, 2006, ISBN 9780521814218)

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Mátrai Tibor: ‘a kvantumszámok rejtett paraméteres leírása’ [1979]

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

Varro_ECLIM_2010

„Philosophy enters the optics laboratory (1965 – 1982)”

Wigner, g , Fizika és filozófia. Varennai Iskola [1970] [ ]

Wigner E P 1971 The subject of our discussions. pp 1-19. [ In D’Espagnat B (Editor) 1971 Foundation of Quantum Mechanics. Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi”, Course IL (Academic Press, New York and London, 1971) ] . Section 1. Physics and Philosophy.

TV-program ismertetés: TV t t Rejtélyek. R tl k

Függelékek ügge é e

A Varennai Iskola [1970] Résztvevői.

„Schrödinger macskája a >>sötét korban<<”

Varro_ECLIM_2010

Mellék-megjegyzés más disszidensekről....: Relativista ‘disszidensek’. MEGHIVÓK I. INTERNATIONAL CONFERENCE ON THE PHYSICAL INTERPRETATION OF RELATIVITY THEORY ( 1990, Imperial College of London )

…“Contributors should note that the starting point of the conference programme is the acceptance of the accuracy and excellence of Relativity Theory, so that questions raised are directed towards examining the philosophical, historical, and methodological aspects of the formal structure (mathematical theory), and the implications which these several interpretations have for the physical theories, listed under the specialist sections. Therefore polemical ‘anti-Einstein’ and ‘anti-Relativity’ papers will not be accepted for inclusion in the programme.”…

III. INTERNATIONAL CONFERENCE ON THE PHYSICAL INTERPRETATION OF RELATIVITY THEORY ( 1994, Imperial College of London )

…“So, I am authorized to invite you formally to participate in this conference. But we have a problem: outspoken opposition to the establishment is not welcome. However an intelligent critisism presented in moderate terms will be tolerated – and if you can promise that the style of your presentation will not be offensive to the orthodox, I can promise you that you will not be alone with your heresies! Is this acceptable to you?”… [ G. G Galetzky G l t k und d P. P Maquardt: M dt Requiem R i für fü die di Spezielle S i ll Relativität R l ti ität (Haag und Herchen Verlag Gmbh, Franfurt am Main, 1997), p. 19. ]

Varró Sándor Sándor, Wigner Jenő és a „kvantum kvantum disszidensek” [ Wigner FK, SZFI Szeminárium. 2013 október 29. 10:00. SZFI Tanácsterem. ] Wigner Jenő a modern fizika kialakulásában meghatározó szerepet töltött be Közismert be. Közismert, hogy a „kanonizált kanonizált tudomány tudomány” Nobel-díjjal Nobel díjjal kitűntetett kulcsszereplője volt, és számos alapvető eredménye már régóta tankönyvi törzsanyag. Nem széleskörűen ismert azonban, hogy emellett Wigner egyben a nem a „fősodorban” tevékenykedő fiatal fizikusgeneráció számos tagjának – az új utakat kereső „kvantum kvantum disszidenseknek” disszidenseknek – legtekintélyesebb támogatójává is vált a múlt század hetvenes éveitől [1]. Időközben néhány „disszidens” (pl. John S. Bell vagy Heinz D. Zeh) eredményei fokozatosan „kanonizálódtak” a „második kvantumforradalom” [2] során kvantumforradalom során. Az előadásban megkíséreljük ezt a folyamatot ismertetni, a koncepcionális alapok lerakásához vezető út fontosabb állomásainak felidézésével. [1] Olival Freire Jr Jr., Quantum dissidents: Research on the foundations of quantum theory circa 1970. Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40 (2009) 280-289. [2] Alain Aspect, Introduction: John Bell and the second quantum revolution. In John S. Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. (Second Edition, University Press, Cambridge, 2004).

Kétrészecskés szimmetriák I.

ti )  ( symmetric (r1, r2 | k 1s1 , k 2 s2 ) 



1  k 1s1 (r1 ) k 2 s2 (r2 )   k1s1 (r2 ) k 2 s2 (r1 ) 2  ( antisymmetric ) (r1 , r2 | k 1 s1 , k 2 s2 ) 



  k s (r1 ) k s (r2 )   k s (r2 ) k s (r1 ) 2

1

1 1

2 2

1 1

2 2

Kétrészecskés szimmetriák II.

() k 1k 2





1 (r1, r2 )  k 1 (r1 )k 2 (r2 )  k1 (r2 )k 2 (r1 ) 2

    , 





1 3       4 2 

 ,



1  (r1, r2 )  k 1 (r1 )k 2 (r2 )  k 1 (r2 )k 2 (r1 ) 2 1 1      4 2 () k 1k 2









Példa ‘EPR’-re. ‘Összegabalyodott’ Foton – Elektron Állapotok Intenzív Compton–Szórás Sémája.

Electron detection

Photons

Photon ns

Joint detection (a): Linear (longitudinal) polarization

Photon detection

Electrons Varró S : Entangled photon-electron states and the number-phase minimum uncertainty states of the photon field. New Journal of Physics, 10, 053028 (35 pages) (2008). Varró S : Entangled states and entropy remnants of a photon-electron Varro_CEWQO_2009 system.Physica Scripta T140 (2010) 014038 (8pp)

Példa ‘EPR’-re. ‘Összegabalyodott’ Foton – Elektron Állapotok Fotonstatisztika Intenzív Compton–Szórás után az elektron detektálási helyétől függően.

Varro_CEWQO_2009

Példa ‘EPR’-re. ‘Összegabalyodott’ Foton – Elektron Állapotok Maradék Entrópiája Intenzív Compton – Szórás után II.

Neumann János és a Hilbert-tér. 1932.

Neumann János és a Hilbert-tér. 1955a.

Neumann János és a Hilbert-tér. 1955b.

Neumann János és a Hilbert-tér. 1964a.

Neumann János és a Hilbert-tér. 1980a.

Kolmogorov g [ 1933 ]]a

Kolmogorov g [ 1956 ]

Doob: Stochastic Processes [1953]a [ ]

Doob: Stochastic Processes [1953]b [ ]

“Although it would be absurd to write a book on stochastic processes which does not assume a considerable background in probability on the part of the reader, there is unfortunately f t t l as yett no single i l text t t which hi h can be b used d as a standard t d d reference.” f ”

“There has been no compromise with the mathematics of probability. Probability is simply a branch of measure theory, with its own special emphasis and field of application, and no attemp has been made to sugar-coat this fact.”