A tudósok újragondolják a valóság természetét

Amint a mérés pontossága megközelíti a kvantummechanika által megszabott bizonytalansági határt, az eredmények a mérőeszköz és a rendszer közötti kölcsönhatás dinamikájától függenek. Ez a megállapítás megmagyarázhatja, hogy a kvantumkísérletek miért produkálnak gyakran egymásnak ellentmondó eredményeket, és miért mondanak ellent a fizikai valósággal kapcsolatos alapvető feltételezéseknek.

A kutatás és az eredmények elemzése

A Hirosima Egyetem két kvantumfizikusa a közelmúltban egy mérőeszköz kölcsönhatás dinamikáját elemezte, amelyben egy fizikai tulajdonság értékét a mérőeszköz állapotának kvantumváltozása határozza meg. Ez egy nehéz probléma, mert a kvantumelmélet nem határozza meg egy fizikai tulajdonság értékét, kivéve, ha a rendszer a fizikai tulajdonság úgynevezett „sajátállapotában” van, amely speciális kvantumállapotok nagyon kicsi halmaza, amelyre a fizikai tulajdonság rendelkezik az ingatlannal. Fix érték.

A kutatók ezt az alapvető problémát úgy oldották meg, hogy a mérési interakció során a rendszer dinamikájának leírása során kombinálták a rendszer múltjával kapcsolatos információkat a jövőjével kapcsolatos információkkal, megmutatva, hogy a fizikai rendszer megfigyelhető értékei a mérési dinamikától függenek. Az a kölcsönhatás, amellyel ez megfigyelhető.

A kvantumelmélet szerint a mérési eredményeket a rendszer múltja és jövője közötti viszonyban a mérési kölcsönhatás által okozott változások alakítják. A kép forrása: Tomonori Matsushita és Holger F. Hoffmann, Hiroshima Egyetem

A csapat a közelmúltban publikálta tanulmányának eredményeit a folyóiratban Fizikai felülvizsgálati kutatás.

„Sok nézeteltérés van a kvantummechanika értelmezésében, mivel a különböző kísérleti eredmények nem egyeztethetők össze ugyanazzal a fizikai valósággal” – mondta Holger Hoffmann, a japán Hirosima Egyetem professzora.

„Ebben a cikkben azt tanulmányozzuk, hogy a mérési interakció dinamikájában a kvantum-szuperpozíciók hogyan alakítják a mérőműszer válaszában látható rendszer megfigyelt valóságát. Ez nagy lépés a kvantummechanikában a „szuperpozíció” jelentésének magyarázata felé” – mondta Hofmann. .

Szuperpozíció és fizikai valóság

A kvantummechanikában a szuperpozíció olyan helyzetet ír le, amelyben úgy tűnik, hogy két lehetséges valóság egymás mellett létezik, még akkor is, ha a megfelelő mérés során egyértelműen megkülönböztethetők. A csoport tanulmányának elemzése azt sugallja, hogy a szuperpozíciók különböző típusú valóságokat írnak le, amikor különböző méréseket végeznek. Egy objektum valósága attól függ, hogy az objektum milyen kölcsönhatásba lép a környező környezetével.

„Eredményeink azt mutatják, hogy egy objektum fizikai valósága nem választható el a környezettel való összes interakció kontextusától, a múlttól, a jelentől és a jövőtől, ami erős bizonyítékot ad a széles körben elterjedt hiedelem ellen, miszerint világunk tárgyak puszta összetételére redukálható. .” – Fizikai építőelemek – mondta Hoffman.

A kvantumelmélet szerint a mérés során megfigyelt fizikai tulajdonság értékét reprezentáló szelvényeltolás a rendszer dinamikájától függ, amely a visszahatás fluktuációiból adódik, amellyel a mérőeszköz megzavarja a rendszer állapotát. A különböző lehetséges rendszerdinamikák közötti kvantum-szuperpozíciók alakítják a mérőeszköz reakcióját, és meghatározott értékeket rendelnek hozzá.

A szerzők továbbá kifejtették, hogy a rendszer dinamikájának ingadozása a mérőműszer kölcsönhatásának erősségétől függ. A gyenge kölcsönhatások határán a rendszer dinamikájának ingadozása elhanyagolható, és az ellentolás a Hamilton-Jacobi egyenletből, egy klasszikus differenciálegyenletből határozható meg, amely egy fizikai tulajdonság és a hozzá tartozó dinamika közötti kapcsolatot fejezi ki.

Ha a mérési kölcsönhatás erősebb, komplex kvantuminterferencia hatások figyelhetők meg a különböző rendszerdinamikák között. A teljesen feloldott mérésekhez a rendszer dinamikájának teljesen véletlenszerű eloszlása ​​szükséges. Ez megfelel az összes lehetséges rendszerdinamika szuperpozíciójának, ahol a kvantuminterferenciahatások a kvantumfolyamatnak csak azokat az összetevőit határozzák meg, amelyek megfelelnek a fizikai tulajdonság sajátértékeinek.

A sajátértékek az iskolai kvantummechanika által a mérési eredményekhez rendelt értékek – pontosak Foton Számok, pörgetés fel vagy le stb. Amint az új eredmények mutatják, ezek az értékek a dinamika teljesen véletlenszerű eloszlásának eredménye. Különböző értékeket kell figyelembe venni, ha a rendszer dinamikája analógia alapján nem teljesen véletlenszerű.

Következmények a kvantummérések megértéséhez

Érdekes módon ez a megfigyelés új perspektívát ad a mérési eredmények felhasználásához a valóság leírására. Általában azt feltételezik, hogy a lokális részecskék vagy az egész spin értékek a valóság méréstől független elemei, de ezek a kutatási eredmények azt mutatják, hogy ezeket az értékeket csak kellően erős méréseknél generálják kvantuminterferenciák. Az empirikus adatok jelentésének megértése alapvető felülvizsgálatot igényelhet.

Hoffman és csapata várja a sok kvantumkísérlet során megfigyelt ellentmondásos eredmények további tisztázását. „A kontextusfüggő tények sokféle, látszólag egymásnak ellentmondó kvantumhatást megmagyarázhatnak. Jelenleg ezen jelenségek jobb magyarázatán dolgozunk. Végső soron a cél az, hogy a kvantummechanika alapfogalmait intuitívabban megértsük, elkerülve az általa okozott félreértéseket. „Naiv hit a mikroszkopikus tárgyak valóságában.”

Hivatkozás: „A mérési eredmények függősége a rendszer és a skála közötti koherens kvantumkölcsönhatások dinamikájától” Tomonori Matsushita és Holger F. Hoffmann, 2023. július 31. Fizikai felülvizsgálati kutatás.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

A tanulmányt a Japán Tudományos és Technológiai Ügynökség finanszírozta.