Bilim insanları gerçekliğin doğasını yeniden düşünüyor

Bir ölçümün doğruluğu kuantum mekaniğinin belirlediği belirsizlik sınırına yaklaştıkça sonuçlar, ölçüm cihazı ile sistem arasındaki etkileşimin dinamiğine bağlı hale gelir. Bu bulgu, kuantum deneylerinin neden sıklıkla çelişkili sonuçlar ürettiğini ve fiziksel gerçekliğe ilişkin temel varsayımlarla çelişebileceğini açıklayabilir.

Araştırmayı ve sonuçları analiz edin

Hiroşima Üniversitesi’nden iki kuantum fizikçisi yakın zamanda, fiziksel bir özelliğin değerinin, bir ölçerin durumundaki kuantum değişimiyle belirlendiği bir ayar etkileşiminin dinamiklerini analiz etti. Bu zor bir problemdir, çünkü kuantum teorisi, bir fiziksel özelliğin değerini, sistem o fiziksel özelliğin “öz durumu” olarak adlandırılan, fiziksel özelliğin tanımlandığı çok küçük bir özel kuantum durumları kümesinde olmadığı sürece belirlemez. mülkü var. Sabit değer.

Araştırmacılar, bir ölçüm etkileşimi sırasında sistemin dinamiklerini tanımlarken, bir sistemin geçmişine ilişkin bilgileri geleceğine ilişkin bilgilerle birleştirerek bu temel sorunu çözmüş, fiziksel bir sistemin gözlemlenebilir değerlerinin ölçüm dinamiklerine bağlı olduğunu göstermiştir. Bunun gözlemlendiği etkileşim.

Kuantum teorisine göre ölçüm sonuçları, ölçüm etkileşimi nedeniyle sistemin geçmişi ve geleceği arasındaki ilişkide meydana gelen değişikliklerle şekillenir. Resim kredisi: Tomonori Matsushita ve Holger F. Hoffmann, Hiroşima Üniversitesi

Ekip yakın zamanda çalışmalarının sonuçlarını dergide yayınladı. Fiziksel inceleme araştırması.

Japonya’nın Hiroşima kentindeki Hiroşima Üniversitesi İleri Bilim ve Mühendislik Yüksek Lisans Okulu’nda profesör olan Holger Hoffmann, “Kuantum mekaniğinin yorumlanması konusunda pek çok anlaşmazlık var çünkü farklı deneysel sonuçlar aynı fiziksel gerçeklikle bağdaştırılamaz” dedi.

Hofmann, “Bu yazıda, bir ölçüm etkileşiminin dinamiğindeki kuantum süperpozisyonlarının, ölçüm tepkisinde görülen bir sistemin gözlemlenen gerçekliğini nasıl şekillendirdiğini inceliyoruz. Bu, kuantum mekaniğinde ‘süperpozisyon’un anlamını açıklamaya yönelik büyük bir adımdır” dedi. .

Süperpozisyon ve fiziksel gerçeklik

Kuantum mekaniğinde süperpozisyon, uygun ölçüm yapıldığında açıkça ayırt edilebilmesine rağmen iki olası gerçekliğin bir arada var gibi göründüğü bir durumu tanımlar. Ekibin çalışmasının analizi, süperpozisyonların, farklı ölçümler yapıldığında farklı gerçeklik türlerini tanımladığını öne sürüyor. Bir nesnenin gerçekliği, nesnenin çevresiyle olan etkileşimine bağlıdır.

“Sonuçlarımız, bir nesnenin fiziksel gerçekliğinin, onun çevreyle, geçmişle, şimdiyle ve gelecekle olan tüm etkileşimlerinin bağlamından ayrılamayacağını gösteriyor; bu da dünyamızın yalnızca nesnelerden oluşan bir bileşime indirgenebileceği yönündeki yaygın inanca karşı güçlü bir kanıt sağlıyor.” .” Hoffman, “Fiziksel yapı taşları” dedi.

Kuantum teorisine göre ölçümde gözlemlenen fiziksel özelliğin değerini temsil eden ayar kayması, ölçüm cihazının sistemin durumunu bozduğu geri etki dalgalanmalarından kaynaklanan sistem dinamiğine bağlıdır. Farklı olası sistem dinamikleri arasındaki kuantum süperpozisyonları, ölçüm cihazının tepkisini şekillendirir ve ona belirli değerler atar.

Yazarlar ayrıca sistem dinamiklerindeki dalgalanmaların ayar etkileşiminin gücüne bağlı olduğunu açıkladılar. Zayıf etkileşimlerin sınırında, sistem dinamiğindeki dalgalanmalar ihmal edilebilir düzeydedir ve ters kayma, bir fiziksel özellik ile ilgili dinamikler arasındaki ilişkiyi ifade eden klasik bir diferansiyel denklem olan Hamilton-Jacobi denkleminden belirlenebilir.

Ölçüm etkileşimi daha güçlü olduğunda, farklı sistem dinamikleri arasında karmaşık kuantum girişim etkileri gözlemlenir. Tamamen çözümlenmiş ölçümler, sistem dinamiğinin tamamen rastgele dağılımını gerektirir. Bu, kuantum girişim etkilerinin yalnızca fiziksel özelliğin özdeğerlerine karşılık gelen kuantum sürecinin bileşenlerini belirlediği tüm olası sistem dinamiklerinin üst üste binmesine karşılık gelir.

Özdeğerler, okul kuantum mekaniği tarafından ölçüm sonuçlarına atanan değerlerdir – kesin Foton Sayılar, yukarı veya aşağı döndürme vb. Yeni sonuçların gösterdiği gibi bu değerler, dinamiğin tamamen rastgele dağılımının sonucudur. Sistem dinamikleri benzetme yoluyla tamamen rastgele olmadığında farklı değerlerin dikkate alınması gerekir.

Kuantum ölçümlerini anlamaya yönelik çıkarımlar

İlginç bir şekilde bu gözlem, ölçüm sonuçlarının gerçekliği tanımlamak için kullanılmasına yönelik yeni bir bakış açısı sağlıyor. Genellikle yerel parçacıkların veya tamsayı spin değerlerinin gerçekliğin ölçümden bağımsız unsurları olduğu varsayılır ancak bu araştırma sonuçları, bu değerlerin yalnızca yeterince güçlü ölçümlerde kuantum müdahaleleri tarafından üretildiğini göstermektedir. Ampirik verilerin anlamına ilişkin anlayışımız temel bir revizyona ihtiyaç duyabilir.

Hoffman ve ekibi, birçok kuantum deneyinde gözlemlenen çelişkili sonuçları daha da netleştirmeyi sabırsızlıkla bekliyor. “Bağlama bağlı gerçekler, çok çeşitli görünüşte çelişkili kuantum etkilerini açıklayabilir. Şu anda bu fenomenler için daha iyi açıklamalar üzerinde çalışıyoruz. Sonuçta amaç, kuantum mekaniğinin temel kavramlarına ilişkin, kuantum mekaniğinin temel kavramlarına ilişkin daha sezgisel bir anlayış geliştirmek ve böylece kuantum mekaniğinin neden olduğu yanlış anlamaları önlemektir. “Mikroskobik nesnelerin gerçekliğine dair saf inanç.”

Referans: “Ölçüm sonuçlarının sistem ve ölçek arasındaki tutarlı kuantum etkileşimlerinin dinamiğine bağımlılığı”, Tomonori Matsushita ve Holger F. Hoffmann, 31 Temmuz 2023, Fiziksel inceleme araştırması.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

Çalışma Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı tarafından finanse edildi.