Luotto: Aleksei Isachenko/Alamy
maailman eniten kuuluisa ajatuskoe, fyysikko Erwin Schrödinger on kuvattu, miten kissa laatikossa voi olla epävarmassa tilanteessa. Kvanttiteorian erikoiset säännöt tarkoittivat, että se saattoi olla sekä kuollut että elossa, kunnes laatikko avattiin ja kissan tila mitattiin., Nyt, kaksi fyysikot ovat kehittäneet moderni versio paradoksi korvaamalla kissa fyysikko tekevät kokeita — yllättäviä vaikutuksia.
Quantum theory on pitkä historia ajatus kokeiluja, ja useimmissa tapauksissa niitä käytetään osoittamaan heikkouksia eri tulkintoja kvanttimekaniikka. Mutta uusin versio, joka sisältää useita pelaajia, on epätavallinen: se osoittaa, että jos standardin tulkinta kvanttimekaniikka on oikea, niin eri kokeiluissa voi saavuttaa päinvastainen johtopäätöksiä siitä, mitä fyysikko laatikossa on mitattu., Tämä tarkoittaa, että kvanttiteoria on ristiriidassa itsensä kanssa.
käsitteellinen kokeilu on keskusteltu halukkaasti fysiikan piireissä yli kaksi vuotta — ja on jättänyt useimmat tutkijat ovat ihmeissään, vaikka alalla tottunut outoja käsitteitä. ”Mielestäni tämä on aivan uudelle tasolle weirdness”, sanoo Matthew Leifer, teoreettinen fyysikko Chapman University Orange, Kalifornia.
kirjoittajat, Daniela Frauchiger ja Renato Renner Sveitsin Liittovaltion Institute of Technology (ETH) Zürichissä, lähetetty heidän ensimmäinen versio argumentti online-huhtikuussa 2016., Päätösasiakirja on Nature Communications-lehdessä 18. syyskuuta 1. (Frauchiger on nyt lähtenyt akatemiasta.)
Outo maailma
kvanttimekaniikka taustalla lähes kaikki moderni fysiikka selittää kaiken atomien rakenne, miksi magneetit kiinni toisiinsa. Sen käsitteellinen perusta jättää kuitenkin edelleen tutkijat ahnehtimaan vastauksia. Sen yhtälöt voi ennustaa tarkka mittaustulos — esimerkiksi asema elektroni — vain todennäköisyydet, että se voi tuottaa erityistä arvoja.,
Quantum esineitä, kuten elektronit siis elää pilvi epävarmuutta, matemaattisesti koodattu ’aaltofunktio’, joka muuttaa muotoaan sujuvasti, aivan kuten tavalliset aallot meressä. Mutta kun elektronin aseman kaltainen ominaisuus mitataan, se tuottaa aina yhden tarkan arvon (ja tuottaa saman arvon uudelleen, jos se mitataan heti sen jälkeen).
yleisin tapa ymmärtää tämä oli muotoiltu 1920 quantum-teorian pioneerit Niels Bohr ja Werner Heisenberg, ja on nimeltään Kööpenhaminan tulkinta, kun kaupunki, jossa Bohr asui., Se sanoo, että teko tarkkailemalla quantum järjestelmä tekee aaltofunktio ’romahtaa’ alkaen spread-out-käyrä yksi datapiste.
Kööpenhaminan tulkinta jättää avoimeksi kysymyksen, miksi eri sääntöjä olisi sovellettava quantum maailma, atomi-ja klassisen maailman laboratorion mittaukset (ja jokapäiväistä kokemusta). Mutta se oli myös rohkaiseva: vaikka quantum esineitä elää epävarma todetaan, kokeellinen havainto tapahtuu klassisen valtakunnassa ja antaa yksiselitteisiä tuloksia.
nyt Frauchiger ja Renner ravistelevat fyysikoita pois tästä lohduttavasta asennosta., Niiden teoreettinen perustelu sanoo, että perus-Kööpenhaminan kuva — sekä muita tulkintoja, jotka jakavat joitakin sen perusolettamukset — ei ole sisäisesti johdonmukainen.
Mitä laatikossa on?
Heidän skenaario on huomattavasti enemmän mukana kuin Schrödingerin kissa — ehdotti vuonna 1935, jossa kissa asui laatikko, jossa on mekanismi, joka vapauttaa myrkkyä perusteella satunnainen esiintyminen, kuten rappeutuminen on atomin ydin. Tällöin kissan tila oli epävarma, kunnes kokeilija avasi laatikon ja tarkisti sen.,
Vuonna 1967, unkarin fyysikko Eugene Wigner ehdotti versio paradoksi, jossa hän korvasi kissa ja myrkky fyysikko ystävä, joka asui sisällä laatikko mittauslaitteet, että voisi palata yksi kaksi tuloksia, kuten kolikon osoittaa kruuna vai klaava. Romahtaako aaltofunktio, kun Wignerin ystävä huomaa tuloksen? Eräs koulukunta sanoo niin, mikä viittaa siihen, että tietoisuus on kvanttimaailman ulkopuolella., Mutta jos kvanttimekaniikka koskee fyysikko, sitten hän pitäisi olla epävarmassa tilassa, joka yhdistää sekä tuloksia, kunnes Wigner avaa-ruutuun.
Frauchiger ja Renner on vielä kehittyneempi versio (katso Uudet kissat kaupungissa’). Heillä on kaksi valittajaa, jotka tekevät kokeen fyysikkoystävästään, jota he pitävät laatikossa. Toinen ystävistä (kutsu häntä Liisaksi) voi heittää kolikon ja — käyttäen hänen kvanttifysiikan tuntemustaan — valmistaa kvanttiviestin lähetettäväksi toiselle ystävälle (kutsu häntä bobiksi)., Kvanttiteorian tuntemuksensa avulla Bob voi havaita Alicen viestin ja arvata kolikonheiton tuloksen. Kun kaksikko avaa laatikkonsa, voi joissakin tilanteissa päätellä varmuudella, kummalle puolelle kolikko laskeutui, Renner sanoo-mutta silloin tällöin heidän johtopäätöksensä ovat epäjohdonmukaisia. ”Yksi sanoo, ’olen varma, että se on hännät, ja toinen sanoo, ’olen varma, että se on kruuna,'” Renner sanoo.,
kokeilua ei voida toteuttaa käytännössä, koska se vaatisi Wigners mitata kaikki kvantti ominaisuuksia heidän ystävänsä, joka sisältää lukea heidän mielensä, huomauttaa teoreetikko Lídia Del Rio, kollega Renner on ETH Zürich.,
Mutta se voisi olla mahdollista tehdä kaksi kvanttitietokoneet pelata osien Alice ja Bob: logiikka argumentti edellyttää vain, että he tietävät säännöt fysiikan ja tehdä päätöksiä niiden pohjalta, ja periaatteessa voidaan havaita täydellinen kvantti valtion kvantti tietokone. (Tarpeeksi kehittyneitä kvanttitietokoneita tähän ei vielä ole, Renner huomauttaa.)
Kaksintaistelu tulkintoja
Fyysikot ovat edelleen tulevat toimeen vaikutuksia tulokseen., Se on herättänyt kiivasta vastauksia asiantuntijoilta perustan quantum theory, joista monet ovat yleensä suojaava pet tulkinta. ”Jotkut menevät tunteisiin”, Renner sanoo. Ja eri tutkijat pyrkivät tekemään erilaisia johtopäätöksiä. ”Useimmat ihmiset väittävät, että kokeilu osoittaa, että heidän tulkintansa on ainoa, joka on oikea.”
leiferin kohdalla epäjohdonmukaisten tulosten tuottaminen ei välttämättä ole sopimuksen rikkoja. Jotkut kvanttimekaniikan tulkinnat mahdollistavat jo näkökulmista riippuvia näkemyksiä todellisuudesta., Se voisi olla vähemmän vastenmielistä kuin myöntää, että kvanttiteoria ei päde monimutkaisiin asioihin, kuten ihmisiin, hän sanoo.
Robert Spekkens, teoreettinen fyysikko Perimeter Institute for Teoreettinen Fysiikka, Waterloo, Kanada, sanoo, että tie ulos paradoksi voi piilottaa joitakin hienovaraisia oletukset, väite, erityisesti viestinnän välillä Alice ja Bob.
”mielestäni on paljon tilanteita, joissa ottamassa tietoa aluksella liittyy joitakin käännös tietojaan.,”Ehkä epäjohdonmukaisuus syntyy siitä, että Bob ei tulkitse Alicen viestiä kunnolla, hän sanoo. Hän kuitenkin myöntää, ettei ole vielä löytänyt ratkaisua.
toistaiseksi fyysikot todennäköisesti jatkavat väittelyä. ”En usko, että tässä on ollut mitään järkeä”, Leifer sanoo.