Matavimo tikslumui artėjant prie kvantinės mechanikos nustatytos neapibrėžties ribos, rezultatai tampa priklausomi nuo matavimo prietaiso ir sistemos sąveikos dinamikos. Ši išvada gali paaiškinti, kodėl kvantiniai eksperimentai dažnai duoda prieštaringų rezultatų ir gali prieštarauti pagrindinėms prielaidoms apie fizinę tikrovę.

Analizuoti tyrimus ir rezultatus

Du kvantiniai fizikai iš Hirosimos universiteto neseniai išanalizavo matuoklio sąveikos dinamiką, kai fizinės savybės vertę lemia kvantinis matuoklio būklės pokytis. Tai sudėtinga problema, nes kvantų teorija nenustato fizinės savybės vertės, nebent sistema yra tos fizinės savybės vadinamojoje „savojoje būsenoje“, kuri yra labai mažas ypatingų kvantinių būsenų rinkinys, kuriam būdinga fizinė savybė. turi turtą. Fiksuota vertė.

Tyrėjai išsprendė šią esminę problemą, sujungdami informaciją apie sistemos praeitį su informacija apie jos ateitį, aprašydami sistemos dinamiką matavimo sąveikos metu, parodydami, kad stebimos fizinės sistemos reikšmės priklauso nuo matavimo dinamikos. Sąveika, kuria tai stebima.

Remiantis kvantine teorija, matavimo rezultatus formuoja sistemos praeities ir ateities santykio pokyčiai, kuriuos sukelia matavimų sąveika. Vaizdo kreditas: Tomonori Matsushita ir Holger F. Hoffmann, Hirosimos universitetas

Komanda neseniai paskelbė savo tyrimo rezultatus žurnale Fizinės apžvalgos tyrimas.

„Yra daug nesutarimų dėl kvantinės mechanikos aiškinimo, nes skirtingų eksperimentinių rezultatų negalima suderinti su ta pačia fizine realybe”, – sakė Holgeris Hoffmannas, Hirosimos universiteto Hirosimos universiteto (Japonija) Pažangiosios mokslo ir inžinerijos mokyklos profesorius.

„Šiame darbe tiriame, kaip kvantinės superpozicijos matavimo sąveikos dinamikoje formuoja stebimą sistemos realybę, matomą skaitiklio atsake. Tai didelis žingsnis siekiant paaiškinti „superpozicijos” reikšmę kvantinėje mechanikoje”, – sakė Hofmannas. .

Superpozicija ir fizinė tikrovė

Kvantinėje mechanikoje superpozicija apibūdina situaciją, kai atrodo, kad egzistuoja dvi galimos tikrovės, nors jas galima aiškiai atskirti, kai atliekamas atitinkamas matavimas. Grupės tyrimo analizė rodo, kad superpozicijos apibūdina skirtingus tikrovės tipus, kai atliekami skirtingi matavimai. Objekto tikrovė priklauso nuo objekto sąveikos su jį supančia aplinka.

„Mūsų rezultatai rodo, kad objekto fizinė tikrovė negali būti atskirta nuo visų jo sąveikų su aplinka – praeities, dabarties ir ateities – konteksto, o tai yra tvirtas įrodymas, prieštaraujantis plačiai paplitusiam įsitikinimui, kad mūsų pasaulis gali būti redukuojamas į vien objektų kompoziciją. . „Fiziniai statybiniai blokai“, – sakė Hoffmanas.

Remiantis kvantine teorija, matuoklio poslinkis, atspindintis matuojant stebimos fizinės savybės vertę, priklauso nuo sistemos dinamikos, atsirandančios dėl atgalinio veikimo svyravimų, kuriais matuoklis trikdo sistemos būseną. Kvantinės superpozicijos tarp skirtingų galimų sistemos dinamikų formuoja matavimo prietaiso atsaką ir priskiria jam konkrečias reikšmes.

Autoriai taip pat paaiškino, kad sistemos dinamikos svyravimai priklauso nuo matuoklio sąveikos stiprumo. Silpnosios sąveikos ribose sistemos dinamikos svyravimai yra nereikšmingi, o priešpriešinį poslinkį galima nustatyti pagal Hamiltono-Jacobi lygtį, klasikinę diferencialinę lygtį, išreiškiančią ryšį tarp fizinės savybės ir su ja susijusios dinamikos.

Kai matavimo sąveika yra stipresnė, pastebimi sudėtingi kvantinių trukdžių efektai tarp skirtingų sistemų dinamikos. Visiškai išspręsti matavimai reikalauja visiškai atsitiktinio sistemos dinamikos pasiskirstymo. Tai atitinka visos galimos sistemos dinamikos superpoziciją, kai kvantinių trukdžių efektai nustato tik tuos kvantinio proceso komponentus, kurie atitinka fizinės savybės savąsias reikšmes.

Savosios reikšmės yra vertės, kurias mokyklos kvantinė mechanika priskiria matavimo rezultatams – tiksli Fotonas Skaičiai, sukimas aukštyn arba žemyn ir pan. Kaip rodo nauji rezultatai, šios vertės yra visiškai atsitiktinio dinamikos pasiskirstymo rezultatas. Kai sistemos dinamika pagal analogiją nėra visiškai atsitiktinė, reikia atsižvelgti į skirtingas reikšmes.

Kvantinių matavimų supratimo pasekmės

Įdomu tai, kad šis stebėjimas suteikia naują perspektyvą naudoti matavimo rezultatus apibūdinant tikrovę. Paprastai manoma, kad vietinės dalelės arba sveikųjų skaičių sukimosi reikšmės yra nuo matavimo nepriklausomi tikrovės elementai, tačiau šie tyrimų rezultatai rodo, kad šias reikšmes generuoja tik kvantiniai trukdžiai atliekant pakankamai stiprius matavimus. Mūsų supratimą apie empirinių duomenų reikšmę gali reikėti iš esmės peržiūrėti.

Hoffmanas ir jo komanda tikisi toliau paaiškinti prieštaringus rezultatus, pastebėtus daugelyje kvantinių eksperimentų. „Nuo konteksto priklausomi faktai gali paaiškinti daugybę iš pažiūros prieštaringų kvantinių efektų. Dabar stengiamės geriau paaiškinti šiuos reiškinius. Galiausiai tikslas yra sukurti intuityvesnį supratimą apie pagrindines kvantinės mechanikos sąvokas, kad būtų išvengta nesusipratimų – Naivus tikėjimas mikroskopinių objektų tikrove.

Nuoroda: „Matavimo rezultatų priklausomybė nuo koherentinės kvantinės sąveikos tarp sistemos ir skalės dinamikos“, autorius Tomonori Matsushita ir Holger F. Hoffmann, 2023 m. liepos 31 d. Fizinės apžvalgos tyrimas.
DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.5.033064

Tyrimą finansavo Japonijos mokslo ir technologijų agentūra.