"Schrödinger's Cat" in yeni versiyonu çıktı! Kutuyu açtıktan sonra ölü ve diri ya da çelişkili kuantum mekaniği
Fazla elektronların mekaniğini anlayan öğrenciler, Schrödinger'in kedisini duymuş olmalılar.
Bu, ünlü Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından 1935'te önerilen bir düşünce deneyidir. Deneyde bir kedi, hidrojen siyanür gazı içeren bir cam şişe ve radyoaktif maddeler bir kutuya kapatıldı. Kutudaki monitör partikül çürümesini algıladığında cam şişeyi kıracak ve sızan hidrojen siyanür gazı kediyi öldürecektir.
Kopenhag kuantum mekaniği yorumuna göre, deney bir süre gerçekleştirilmeden önce kedi hem ölü hem de diri bir üst üste binme durumundaydı, ancak kutu açılmamıştı. Gözlemci kutuyu açtığında, gözlemci sadece canlı bir kediyi veya ölü bir kediyi görebilir ve aynı anda üst üste binmiş ölü ve diri durumda bir kediyi görmek imkansızdır.
Bu düşünce deneyi, kuantum alanının yalnızca makro-yaklaşık bir yorumu olmasına rağmen, bu deney aynı zamanda üst üste binme durumu hakkında daha fazla düşünmeyi tetikledi: Kuantumun üst üste binme durumu hangi koşullar altında duracak ve durumlardan birine çökecek?
Şekil | Schrödinger'in kedisi düşünce deneyi (kaynak: Wikipedia)
Schrödinger'in kedi düşünce deneyinden başlayarak, farklı fizikçiler deneyi değiştirdiler ve 18 Eylül'de Nature Communications'da yayınlanan yeni sürüm de dahil olmak üzere bir dizi yeni sürüm oluşturdular. Çelişkili sonuçlar.
Şekil | Schrödinger'in kedi düşünce deneyi kuantum mekaniğinin yeni versiyonunun çelişkili sonuçları (Kaynak: Nature Communications)
Önce Schrödinger'in kedisinin orijinal klasik versiyonuna dönelim. Gözlemci tanıtılmadan önce, kedinin durumu hala hem canlı hem de ölü olarak üst üste binme durumundadır. Gözlemci kutuyu açtığında, kuantum sistemi gözlemciyle kuantum dolaşır ve orijinal süperpozisyon durumu iz bırakmadan kaybolur ve belirli bir durum olur.
Peki ya gözlemci kutunun içine konursa? Gözlemci kedinin ölü veya diri durumunu belirleyebildiği için mi ve kutudaki gözlemci ve diğer maddeler bir bütün olarak değerlendirildiğinde kedinin ölü veya diri durumu belirleniyor mu?
Bu, Wigner'in 1967'deki Arkadaş Düşünce Deneyi. Wigner'in Arkadaşları Düşünce Deneyi, Schrödinger'in Kedi Düşünce Deneyinin genişletilmiş bir sürümüdür. Yeni düşünce deneyinde, gözlemci artık kedinin yaşamını ve ölümünü değil, parçacığın dönüş yönünü gözlemliyor. Kutunun içinde parçacık dönüşünü ölçebilen bir gözlemci var, ancak ölçümün sonucu sadece yukarı veya aşağı. Gerçek parçacıkların dönüş yönü, yukarı veya aşağı dışındaki yönlerde görünebilir.
Şekil | Wigner'in Arkadaşları Deneyi Düşündü (Kaynak: Nature Communications)
Kutunun dışındaki yeni gözlemci için, kutuyu açmadan önce, kutunun içindeki parçacık dönüşünün yönü hala üst üste bindirilmiştir. İç gözlemci parçacık dönüşünü gözlemleyebilse de, dış gözlemci iç gözlemcinin gözlemi yapıp yapmadığını ve iç gözlemcinin gözlem sonucunu bilmez. Daha sonra, parçacık dönüş durumunda iki durum vardır: Eğer dış gözlemci, iç gözlemci gözlemledikten sonra parçacığı gözlemlerse, o zaman iç gözlemci ve dış gözlemcinin sonuçları aynı olacaktır; ancak iç gözlemci gözlemlemezse Dış gözlemci, gözlemden önce dönme durumunu önceden tahmin etmiştir, bu nedenle iç gözlemci ve dış gözlemcinin sonuçları tutarlı olmayabilir.
Şimdiye kadar, düşünce deneyinin değiştirilmiş bir ön versiyonu, tutarlı sonuçların elde edilemeyebileceği bir durumu göstermiştir. Bu tutarsızlık, esas olarak iç gözlemciler ve dış gözlemciler arasındaki bilgi alışverişi eksikliğinden kaynaklanmaktadır.
Ancak Nature Communications'da yakın zamanda yayınlanan yeni düşünce deneyi bir adım daha ileri gidiyor.
Yeni deneyde, iki kutu olduğunu ve iki kutuda iki kişi A ve B olduğunu varsayalım. A önce bir bozuk para atar ve ardından madeni paranın bilgisini kuantum formda B'ye gönderir. B, kuantum bilgisini ölçerek madalyonun durumunu tahmin edebilir. Bununla birlikte, B'nin A'ya gönderdiği kuantum bilgi ölçüm sonucu, bilginin sadece bir parçası olduğu ve orijinal bilgiyle eşit olamayacağı için, B yalnızca, A'nın bir madeni para atmasının sonucunun bir olasılığını elde edebilir.
Dışarıda iki gözlemci var. 1 numaralı gözlemci A'yı ve 2 numaralı gözlemci B'yi gözlemleyecek.
Şekil | Yeni düşünce deneyleri, kuantum mekaniğinde bir paradoksu tetikledi (Kaynak: Nature Communications)
A'dan B'ye aktarılan kuantum bilgisi B ile ölçülebilir, ancak B'nin ölçümü yalnızca A'nın bir madeni para atma olasılığını elde edebilir. Burada, B'yi gözlemlerseniz, elde edilen sonuç, B'nin madalyonun durumuna ilişkin tahmininin A ile eşleşmeyebileceğidir; ancak A'yı ölçerseniz, A'nın kendisi yazı turanın sonucunu bildiği için, 1 numaralı gözlemci her zaman Yazı tura atmanın sonucunu bilin. Bu bir çelişkiye yol açar: Standart kuantum teorisi, aynı zamanda ve mekandaki gözlemcilerin yine de aynı cevapları yorumlamasını gerektirir, ancak düşünce deneylerindeki gözlemler farklı olabilir.
Makalede yer alan çok sayıda varsayım ve model nedeniyle, buradaki basitleştirilmiş açıklama sadece okuyucuların anlaması içindir.
Şekil | Deneysel mantık şeması (Kaynak: Nature Communications)
Peki, düşünce deneyi konseptinin bu yeni versiyonu ne anlama geliyor? Bu kuantum mekaniğinin yanlış olduğunu kanıtlıyor mu?
Fizik topluluğu geçmişte kuantum mekaniğinin ne olduğunu şiddetle tartışmış olsa da, "Schrödinger'in Kedisi" nin bu yeni baskısı insanlara "Kopenhag Okulu'nun (kuantum mekaniğini anlamanın ana yöntemi) hala sorunları olduğunu" tekrarlayabilir. . En azından, W-bar ve W'nin farklı sonuçlara varabileceğini bulduk, bu da aşağıdaki üç cümleden birinin doğru olması gerektiği anlamına gelir:
1. Kuantum mekaniği tüm gerçeklik seviyelerine uygulanamaz.
2. Kuantum sistemleri için, kuantum mekaniği, gözlemcilerin titiz bir mantığa göre durum hakkında spekülasyon yapmasına izin vermez.
3. Dalga denkleminin ölçümü birden fazla sonuç üretebilir Kuantum fiziğinde her zaman bir ölçüm vardır, yani ilk dalga fonksiyonuna matematiksel olarak uygulanan bir operatör yalnızca bir sonuca karşılık gelebilir.
Elbette, bazı bilim adamları bunun kuantum mekaniğinin bir nitelendirmesi olduğuna inanıyor. Ancak şimdiye kadar, akademik topluluk bu ayrışma hakkında kesin bir sonuç veremedi. Ancak nihai sonuç ne olursa olsun, yeni düşünce deneyi kuantum mekaniğinin uygulama kapsamını keşfetmede yeni bir bakış açısı sağlar. Yazarın makalede söylediği gibi, bu, kuantum mekaniğinin karmaşık sistemlere tahmin edilemeyeceğini veya en azından doğrudan bir şekilde olamayacağını gösteriyor.
