Fizycy-teoretycy zaproponowali nowe rozwiązanie problemu Paradoks kota SchrödingeraCo może pozwolić na lepszą harmonię teorii mechaniki kwantowej i teorii względności Einsteina.
Dziwne prawa Fizyka kwantowa Zakłada, że obiekty fizyczne mogą istnieć w różnych stanach, np. znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie lub mieć jednocześnie różne prędkości. Zgodnie z tą teorią układ pozostaje w takiej „superpozycji” do momentu interakcji z urządzeniem pomiarowym, a w wyniku pomiaru uzyskuje dopiero określone wartości. Ta nagła zmiana stanu systemu nazywa się załamaniem.
Fizyk Erwin Schrödinger podsumował tę teorię w 1935 roku swoim słynnym paradoksem kota – używając metafory kota w zamkniętym pudełku, który jest zarówno martwy, jak i żywy, dopóki pudełko nie zostanie otwarte, zaburzając w ten sposób stan kota i ujawniając jego los.
Jednak zastosowanie tych zasad do scenariuszy ze świata rzeczywistego wiąże się z wyzwaniami i w tym miejscu pojawia się prawdziwy paradoks. Podczas gdy prawa kwantowe dotyczą świata cząstek elementarnych, większe obiekty zachowują się zgodnie z fizyką klasyczną, jak przewiduje teoria Einsteina. Ogólna teoria względnościi nigdy nie są obserwowane w superpozycji stanów. Opisanie całego wszechświata za pomocą zasad kwantowych stwarza jeszcze większe przeszkody, ponieważ wszechświat wydaje się dość klasyczny i brakuje w nim zewnętrznego obserwatora, który mógłby służyć jako urządzenie mierzące jego stan.
„Pytanie brzmi, czy wszechświat, który nie ma otaczającego go środowiska, może istnieć w takiej superpozycji?” Główny autor Matteo CarlisoFizyk teoretyczny z Uniwersytetu w Trieście we Włoszech powiedział Live Science w e-mailu. „Obserwacje mówią nie: wszystko idzie zgodnie z klasycznymi przewidywaniami ogólnej teorii względności. Co więc łamie taką superpozycję?”
Powiązany: Kwantowe yin-yang pokazuje dwa fotony splątane w czasie rzeczywistym
Aby odpowiedzieć na to pytanie, Carleso i jego współpracownicy zaproponowali modyfikacje równania Schrödingera, które reguluje ewolucję w czasie wszystkich stanów, w tym tych znajdujących się w superpozycji.
„Konkretne modyfikacje równania Schrödingera mogłyby rozwiązać problem” – powiedział Carleso. W szczególności zespół dodał do równania terminy wyjaśniające, w jaki sposób system współdziała ze sobą, a także dodał kilka innych szczegółowych terminów. To z kolei prowadzi do załamania się superpozycji.
„Takie efekty są tym silniejsze, im większy system” – dodał Carleso.
Co ważne, modyfikacje te mają niewielki wpływ na mikroskopijne układy kwantowe, takie jak atomy i cząsteczki, ale pozwalają większym układom – takim jak sam wszechświat – zapadać się w powtarzających się odstępach czasu, nadając im określone wartości, które pasują do naszych obserwacji wszechświata. Zespół opisał zmodyfikowane równanie Schrödingera w lutym w czasopiśmie Journal of High Energy Physics.
Wyjmij kota ze środka dezynfekującego
W zmodyfikowanej wersji fizyki kwantowej badacze wyeliminowali rozróżnienie między mierzonymi obiektami i urządzeniami pomiarowymi. Zamiast tego zaproponowali, aby stan każdego układu w regularnych odstępach czasu ulegał samoistnemu załamaniu, powodując, że uzyskał on określone wartości dla niektórych swoich atrybutów.
W przypadku dużych systemów często dochodzi do spontanicznego zapadania się, co nadaje im klasyczny wygląd. Obiekty subatomowe oddziałujące z tymi układami stają się ich częścią, co prowadzi do szybkiego załamania się ich stanu i uzyskania określonych współrzędnych, przypominających pomiary.
„Bez działania ze strony podmiotów zewnętrznych każdy system automatycznie ustala się (lub zapada) w określony stan” – powiedział Carleso. „Zamiast kota martwego i żywego, można go znaleźć martwego lub żywego”.
Nowy model może wyjaśnić, dlaczego… Czas wolny Geometria nie istnieje w superpozycji stanów i rządzą się nią klasyczne równania teorii względności Einsteina.
„Nasz model opisuje wszechświat kwantowy, który ostatecznie się zawalił i faktycznie stał się klasyczny” – powiedział Carleso. „Wykazaliśmy, że modele spontanicznego zapadania się mogą wyjaśnić wyłonienie się klasycznego wszechświata z kwantowej superpozycji wszechświatów, gdzie każdy z tych wszechświatów ma inną geometrię czasoprzestrzeni.”
Chociaż teoria ta może wyjaśniać, dlaczego wszechświat wydaje się rządzić prawami fizyki klasycznej, nie dostarcza nowych przewidywań dotyczących procesów fizycznych na dużą skalę.
Pozwala jednak przewidzieć, jak zachowają się atomy i cząsteczki, choć z minimalnymi odchyleniami od klasycznej mechaniki kwantowej.
W rezultacie testowanie zmodyfikowanego modelu ilościowego nie będzie takie proste. Przyszłe prace będą miały na celu opracowanie takich testów.
„Wspólnie ze współpracownikami eksperymentalnymi próbujemy przetestować skutki modyfikacji zapadnięcia lub wyznaczyć granice ich parametrów. Jest to dokładnie równoznaczne z testowaniem granic teorii kwantowej”.
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Boeing może nie być w stanie obsługiwać pojazdu Starliner przed zniszczeniem stacji kosmicznej
Jak czarne dziury stały się tak duże i szybkie? Odpowiedź kryje się w ciemności
Studentka Uniwersytetu Północnej Karoliny zostanie najmłodszą kobietą, która przekroczy granice kosmosu na pokładzie Blue Origin