Oamenii de știință regândesc natura realității

Pe măsură ce acuratețea unei măsurători se apropie de limita de incertitudine stabilită de mecanica cuantică, rezultatele devin dependente de dinamica interacțiunii dintre dispozitivul de măsurare și sistem. Această descoperire poate explica de ce experimentele cuantice produc adesea rezultate contradictorii și pot contrazice presupunerile de bază despre realitatea fizică.

Analizați cercetările și rezultatele

Doi fizicieni cuantici de la Universitatea din Hiroshima au analizat recent dinamica interacțiunii unui gauge, în care valoarea unei proprietăți fizice este determinată de o schimbare cuantică a stării unui gauge. Aceasta este o problemă dificilă, deoarece teoria cuantică nu determină valoarea unei proprietăți fizice decât dacă sistemul se află în ceea ce se numește „starea proprie” acelei proprietăți fizice, care este un set foarte mic de stări cuantice speciale pentru care proprietatea fizică are proprietatea. Valoare fixa.

Cercetătorii au rezolvat această problemă fundamentală combinând informații despre trecutul unui sistem cu informații despre viitorul acestuia în descrierea dinamicii sistemului în timpul unei interacțiuni de măsurare, arătând că valorile observabile ale unui sistem fizic depind de dinamica măsurării. Interacțiunea prin care se observă acest lucru.

Conform teoriei cuantice, rezultatele măsurătorilor sunt modelate de schimbările în relația dintre trecutul și viitorul sistemului cauzate de interacțiunea măsurătorilor. Credit imagine: Tomonori Matsushita și Holger F. Hoffmann, Universitatea Hiroshima

Echipa a publicat recent rezultatele studiului lor în jurnal Cercetare de revizuire fizică.

„Există multe dezacorduri cu privire la interpretarea mecanicii cuantice, deoarece rezultate experimentale diferite nu pot fi reconciliate cu aceeași realitate fizică”, a spus Holger Hoffmann, profesor la Școala Absolventă de Științe Avansate și Inginerie de la Universitatea Hiroshima din Hiroshima, Japonia.

„În această lucrare, studiem modul în care suprapozițiile cuantice din dinamica unei interacțiuni de măsurare modelează realitatea observată a unui sistem văzut în răspunsul contorului. Acesta este un pas mare către explicarea semnificației „suprapoziției” în mecanica cuantică”, a spus Hofmann. .

Suprapunerea și realitatea fizică

În mecanica cuantică, suprapunerea descrie o situație în care două realități posibile par să coexiste, chiar dacă pot fi distinse clar atunci când se face măsurarea corespunzătoare. Analiza studiului echipei sugerează că suprapozițiile descriu diferite tipuri de realitate atunci când se fac diferite măsurători. Realitatea unui obiect depinde de interacțiunile obiectului cu mediul înconjurător.

„Rezultatele noastre arată că realitatea fizică a unui obiect nu poate fi separată de contextul tuturor interacțiunilor sale cu mediul înconjurător, trecut, prezent și viitor, oferind dovezi puternice împotriva credinței larg răspândite că lumea noastră poate fi redusă la o simplă compoziție de obiecte. .” „Blocuri fizice”, a spus Hoffman.

Conform teoriei cuantice, deplasarea gabaritului reprezentând valoarea proprietății fizice observate în măsurare depinde de dinamica sistemului rezultată din fluctuațiile acțiunii înapoi prin care gabaritul perturbă starea sistemului. Suprapozițiile cuantice între diferite dinamici posibile ale sistemului modelează răspunsul dispozitivului de măsurare și îi atribuie valori specifice.

Autorii au explicat în continuare că fluctuațiile din dinamica sistemului depind de puterea interacțiunii gabaritului. În limita interacțiunilor slabe, fluctuațiile dinamicii sistemului sunt neglijabile și deplasarea contrar poate fi determinată din ecuația Hamilton-Jacobi, o ecuație diferențială clasică care exprimă relația dintre o proprietate fizică și dinamica asociată acesteia.

Când interacțiunea de măsurare este mai puternică, se observă efecte complexe de interferență cuantică între diferitele dinamici ale sistemului. Măsurătorile complet rezolvate necesită o distribuție complet aleatorie a dinamicii sistemului. Aceasta corespunde suprapunerii tuturor dinamicilor posibile ale sistemului, unde efectele de interferență cuantică determină doar acele componente ale procesului cuantic care corespund valorilor proprii ale proprietății fizice.

Valorile proprii sunt valorile atribuite de mecanica cuantică școlară rezultatelor măsurătorilor – exacte Foton Numere, rotire în sus sau în jos etc. După cum arată noile rezultate, aceste valori sunt rezultatul unei distribuții complet aleatorii a dinamicii. Valorile diferite trebuie luate în considerare atunci când dinamica sistemului nu este complet aleatorie prin analogie.

Implicații pentru înțelegerea măsurătorilor cuantice

În mod interesant, această observație oferă o nouă perspectivă pentru utilizarea rezultatelor măsurătorilor pentru a descrie realitatea. Se presupune în mod obișnuit că particulele locale sau valorile întregului spin sunt elemente ale realității independente de măsurare, dar aceste rezultate ale cercetării indică faptul că aceste valori sunt generate doar de interferențe cuantice în măsurători suficient de puternice. Înțelegerea noastră a semnificației datelor empirice poate necesita o revizuire fundamentală.

Hoffman și echipa sa așteaptă cu nerăbdare să clarifice în continuare rezultatele contradictorii observate în multe experimente cuantice. „Faptele dependente de context pot explica o gamă largă de efecte cuantice aparent contradictorii. Acum lucrăm la explicații mai bune pentru aceste fenomene. În cele din urmă, scopul este de a dezvolta o înțelegere mai intuitivă a conceptelor fundamentale ale mecanicii cuantice care să evite neînțelegerile cauzate de „Credința naivă în realitatea obiectelor microscopice”.

Referință: „Dependența rezultatelor măsurătorilor de dinamica interacțiunilor cuantice coerente între sistem și scară” de Tomonori Matsushita și Holger F. Hoffmann, 31 iulie 2023, Cercetare de revizuire fizică.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

Studiul a fost finanțat de Agenția de Știință și Tehnologie din Japonia.