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.”