Schrödingerin kedi deneyinin yükseltilmiş versiyonu yoğun tartışmalara yol açtı
Pek çok bilimsel teori arasında, belki hiçbiri Kuantum mekaniği Teori daha çok destekleniyor. Son 100 yılda, kuantum mekaniği yüksek hassasiyetli deneylerle defalarca doğrulandı, ancak fizikçiler tamamen tatmin olmadı. Kuantum mekaniği olayları mikroskobik düzeyde tanımlamada çok doğru olmasına rağmen, kuantum mekaniği makroskopik nesneler için, özellikle de yerçekimi baskın kuvvet olan nesneler için sınırına ulaşmıştır. Örneğin, kuantum mekaniği gezegenlerin davranışını tanımlayamaz - bu, Genel görelilik Kategorisi ve genel görelilik, küçük ölçekli süreçleri tanımlayamaz. Bu nedenle, birçok fizikçi kuantum mekaniğini genel görelilikle birleştirmeyi hayal eder.
Bir fizikçi bir kuantum nesnesini gözlemlediğinde ne görecektir? Bu fizikçiyi gözlemleyen kişinin gördüğü fenomenle aynı mı yoksa tam tersi mi? | Resim kaynağı: Philip Bürli / Visualeyes International
Her ikisi de fiziksel süreçleri kendi kategorilerinde çok doğru bir şekilde tanımlayabilse de, bu iki farklı teoriyi birleştirmek mümkün müdür?
Bir olasılık, kuantum fiziği deneyleri yapmak için daha büyük ve daha büyük nesnelerin kullanılması sürecinde, sonunda olası cevaplarda farklılıklar olacağıdır. Ancak sorun, fiziksel deneylerin katı kısıtlamalar altında gerçekleştirilmesi gerektiğidir. Örneğin, ünlü çift yarık girişim deneyi katı parçacıkların aynı zamanda dalga davranışına sahip olduğunu kanıtlamak için kullanılabilir, ancak günlük nesnelerle yapılan deneylerde kullanılamaz.
Öte yandan, düşünce deneyleri makro dünyanın sınırlarını aşmak için kullanılabilir. Bu, İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nde (ETH) teorik fizik profesörüdür. Renato Renner Ve önceki doktora öğrencileri Daniela Frauchiger Nature Communications dergisinde yakın zamanda yayınlanan bir makalede neler yapıldı.
Kuantum mekaniğinin uzun bir düşünce deneyleri geçmişi vardır Çoğu durumda, bu deneyler kuantum mekaniğinin çeşitli yorumlarının zayıflıklarını belirtmek için kullanılır.
1935'te, Schrödinger Bir kedinin, rastgele tetiklenebilen bir zehir salma mekanizmasına sahip bir kutuda kaldığı bir düşünce deneyi önerildi. Bu durumda, deneyci sonuçları görmek için kutuyu açmadıkça, kedinin durumu - ölü ya da diri - belirsizdir. Bu nedenle, kedi, tamamen farklı iki makroskopik durumun üst üste binmiş halindedir. Schrödinger, böylesine makroskopik bir üst üste binmede herhangi bir çelişki olmadığına işaret etti.
Schrödingerin düşünce deneyleri, kuantum mekaniğini büyük ölçeklere genişletmenin şaşırtıcı sonuçlar üretebileceğini gösteriyor. Ama Macar fizikçi Wigner (Eugene Wigner) Kuantum mekaniğinin etkililiğinin sonsuza kadar genişletilebileceğini düşünmeyin. .
1967'de Wigner, düşünce deneyinin başka bir versiyonunu önerdi.Kediyi ve zehri bir kutuda kalan fizikçi bir arkadaşı F ile değiştirdi.Kutuda da böyle bir ölçüm cihazı vardı. Sonuçlardan biri - yazı veya tura almak için yazı tura atmak gibi.
Wigner'ın düşünce deneyi: F, bir gümüş atomunun dikey yöndeki S dönüşünü ölçer ve z sonucunu elde eder. F'nin bakış açısından, S'nin dönüşü bilinen bir saf haldir. Kutunun dışındaki W, F dahil olmak üzere tüm kutuyu büyük bir kuantum sistemi L (turuncu kutu) olarak değerlendirecek, bu nedenle W, L sistemine bir süperpozisyon durumu atayacaktır. | Resim kaynağı:
Kuantum mekaniğine göre Kopenhag yorumu , Bir kuantum sistemini gözlemlemek, sistemin dalga fonksiyonunun tanımlanmasına yol açacaktır " Çöküş "Genişletilmiş bir olasılık dağılımından kesin bir sonuca. O zaman Wignerın arkadaşı F bir bozuk para atmanın sonucunu anladığında, bu sistemi tanımlayan dalga işlevi çökecek mi? Yani gözlemci Wigner W, bozuk para atmanın belirli bir sonucunu alacak mı?
Bilincin kuantum mekaniği alanına ait olmadığı, bu nedenle tüm sistemin dalga fonksiyonunun çökeceği yönünde bir görüş ekolü var. Ama eğer kuantum mekaniği bilinci olan bu fizikçi F için de geçerliyse, Wigner kutuyu açana kadar iki sonucun üst üste bindirildiği belirsiz bir durumda olacaktır.
Bununla birlikte, bu fark, iki gözlemci tarafından sistemin farklı kavrama seviyeleriyle açıklanabilir: Wigner'in arkadaşı F yazı tura atmanın nihai sonucunu biliyor, ancak Wigner bilmiyor. Bu nedenle, belirsiz üst üste binme durumu garip görünse de çelişkili değildir. Bu nedenle, Wigner'in düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin evrensel uygulanabilirliğini dışlamak için bir argüman olarak kullanılamaz.
Frauchiger ve Renner'ın düşünce deneyi daha karmaşıktır.Wigner'in deneyini genişlettiler.Sistemlerinde, her biri fizikçi arkadaşlarının kutuda kalmasına izin veren bir şey yapan iki "Wigner" var. Deney. Arkadaşlardan biri F', bir yazı tura atacak ve kuantum mekaniği bilgisini, arkadaşı F'ye bir parça kuantum bilgisi göndermek için kullanacak; F, kuantum mekaniği bilgisini F''nin bilgisini tanımlamak ve yazı tura atmasının sonucunu tahmin etmek için kullanıyor.
Frauchiger ve Renner'ın düşünce deneyi: Her deney turunda n = 0, 1, 2 ... F 'bir bozuk para atar ve ardından fırlatma sonucuna göre spin parçacıkları belirli bir yönde polarize olur. Ardından F, S'nin dikey polarizasyonunu z ölçer. Bundan sonra, gözlemciler W 've W sırasıyla tüm kutuyu (sırasıyla F' ve F dahil) L've L ölçerler ve sırasıyla w 've w sonuçlarını elde ederler. Şekilde, üstte yatay çubuklar olan F, W ve L, metindeki F ', W' ve L'in karşılık gelir. | Resim kaynağı:
Mevcut dünya görüşümüze göre, iki Wigner W 've W'nin her biri kutuyu açtığında, aynı sonuç gözlemlenmelidir. Bununla birlikte, Frauchiger ve Renner'ın hesaplamaları gösteriyor ki, iki gözlemci W've W kutuyu açtıklarında, bazı durumlarda madalyonun hangi tarafının yukarı baktığını belirleyebiliyorlar, ancak bazen sonuçları tutarsız oluyor - biri öyle düşünüyor Ön taraf yukarı bakarken diğeri arka tarafın yukarı baktığını düşünüyor. Bu, kuantum mekaniğinin standart yorumunun gerçekliği tutarsız bir şekilde tanımladığı anlamına gelir. .
Bu düşünce deneyi şimdiye kadar resmi olarak bilimsel dergilerde yayınlanmasa da, uzmanlar arasında uzun süredir tartışma konusu olmuştur. Yayın sürecinde tekrar eden gecikmeler nedeniyle diğer fizikçiler bu keşfe çeşitli belgelerde yanıt verdiler.
Renner, çoğu insanın ilk tepkisinin hesaplamaların doğruluğundan şüphe etmek olduğunu, ancak şu ana kadar hiç kimse bu hesaplamaların yanlış olduğunu kanıtlayamadığını söyledi. Bir yorumcu, hesaplamalarında hata bulmak için beş kez denediğini ancak başarısız olduğunu itiraf etti. Araştırmacılar ayrıca bu paradoksun nasıl çözüleceğine dair özel açıklamalar da verdiler, ancak dikkatlice kontrol ettiğinizde, her zaman bu açıklamaların sadece bazı özel cevaplar olduğunu ve aslında sorunu çözmediğini göreceksiniz.
Renner, aynı alandaki birçok meslektaşının, belki de bu keşif çok kafa karıştırıcı olduğu için, bu keşfe çok duygusal yanıt verdiğini keşfetti.
Çember Teorik Fiziği Enstitüsü'nden Robert Spekkens, bu paradoksun çıkış yolunun bazı ince varsayımlarda, özellikle F 've F arasındaki iletişimde gizli olabileceğine inanıyor.Örneğin, sonuçların tutarsızlığı, F'nin öyle olmamasından kaynaklanıyor olabilir. F'in bilgilerini doğru yorumlayın.
Bir başka teorik fizikçi olan Matthew Leifer, tutarsız sonuçlar üretmenin tüm teorinin çöküşü anlamına gelmediğine inanıyor.Kantum mekaniğinin bazı yorumları gerçekliği farklı perspektiflerden tanımlamaya izin verdi. Bu, kuantum teorisinin insanlar gibi karmaşık şeylere uygulanamayacağını kabul etmekten daha iyidir.
Renner, bu paradoksun çözümünün başka bir şekilde ortaya çıkacağına inanıyor: "Geçmişe dönüp baktığımızda, bu tür pek çok anda, soruların cevaplarının genellikle beklenmedik yönlerde gizlendiğini göreceğiz." Örneğin, geniş anlamda. Görelilik teorisi, Newton fiziğinin çelişkilerini çözdü çünkü insanların zaman kavramına dair önceki genel anlayışının yanlış olduğunu fark etti.
Renner şunları söyledi: "Şimdi işimiz, düşünce deneylerimizin farklı şekillerde varsayılması gerekip gerekmediğini incelemektir. Hatta uzay ve zaman kavramını tekrar gözden geçirmemiz gerekebilir. Yalnızca mevcut teorileri temelde yeniden düşündüğümüzde, Ancak o zaman doğanın nasıl çalıştığına dair daha derin bir anlayışa sahip olabiliriz. "
Referans kaynağı:
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05739-8
https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2018/09/errors-in-the-quantum-world.html
https://www.nature.com/articles/d41586-018-06749-8?WT.feed_name=subjects_nanoscience-and-technology
