hitel: Aleksei Isachenko/Alamy
a világ leghíresebb gondolatkísérletében, Erwin Schrödinger fizikus leírta, hogy egy dobozban lévő macska bizonytalan helyzetben lehet. A kvantumelmélet sajátos szabályai azt jelentették, hogy mind halott, mind Élő lehet, amíg a doboz kinyílik, és a macska állapotát meg nem mérik., Most, két fizikus kidolgozott egy modern változata a paradoxon helyett a macska egy fizikus csinál kísérleteket-sokkoló következményei.
A Kvantumelméletnek hosszú története van a gondolatkísérleteknek, és a legtöbb esetben ezeket arra használják, hogy a kvantummechanika különböző értelmezéseinek gyengeségeire mutassanak. De a legújabb verzió, amely több játékost is magában foglal, szokatlan: ez azt mutatja, hogy ha a kvantummechanika standard értelmezése helyes, akkor a különböző kísérletezők ellentétes következtetéseket vonhatnak le arról, hogy mit mért a fizikus a dobozban., Ez azt jelenti, hogy a kvantumelmélet ellentmond önmagának.
a fogalmi kísérletet több mint két éve vitatják meg a fizikai körökben-és a legtöbb kutató elakadt, még a furcsa fogalmakhoz szokott területen is. “Azt hiszem, ez egy teljesen új szintű furcsaság” – mondja Matthew Leifer, a kaliforniai Orange-i Chapman Egyetem elméleti fizikusa.
A szerzők, Daniela Frauchiger és Renato Renner, a Svájci Szövetségi Technológiai Intézet (ETH) Zürichben, 2016 áprilisában tették közzé az érvelés első változatát online., A végleges dokumentum szeptember 18-án jelenik meg a Nature Communications-ben1. (Frauchiger most elhagyta az akadémiát.)
Weird world
a kvantummechanika szinte az összes modern fizika alapját képezi, mindent elmagyarázva az atomok szerkezetétől kezdve, hogy miért ragaszkodnak egymáshoz a mágnesek. De fogalmi alapjai továbbra is hagyják, hogy a kutatók válaszokat kapjanak. Egyenletei nem tudják megjósolni egy mérés pontos eredményét — például egy elektron helyzetét—, csak azokat a valószínűségeket, amelyek bizonyos értékeket adhatnak.,
A Kvantumobjektumok, például az elektronok tehát a bizonytalanság felhőjében élnek, matematikailag kódolva egy “hullámfunkcióban”, amely simán változik, hasonlóan a tenger szokásos hullámaihoz. De amikor egy tulajdonságot, például egy elektron helyzetét mérik, mindig egy pontos értéket ad (és ugyanazt az értéket adja, ha közvetlenül utána mérik).
ennek megértésének legáltalánosabb módját az 1920-as években Niels Bohr és Werner Heisenberg kvantumelméleti úttörők fogalmazták meg, a város után, ahol Bohr élt., Azt mondja, hogy a kvantumrendszer megfigyelésének cselekedete miatt a hullámfunkció “összeomlik” egy szétszórt görbéből egyetlen adatpontra.
a Koppenhágai értelmezés nyitva hagyta azt a kérdést, hogy miért kell különböző szabályokat alkalmazni az atom kvantumvilágára és a laboratóriumi mérések (és a mindennapi tapasztalatok) klasszikus világára. De az is megnyugtató volt: bár a kvantumobjektumok bizonytalan állapotban élnek, a kísérleti megfigyelés a klasszikus birodalomban történik, és egyértelmű eredményeket ad.
most Frauchiger és Renner rázza ki a fizikusokat ebből a megnyugtató helyzetből., Elméleti érvelésük szerint az alapvető Koppenhágai kép — valamint más értelmezések, amelyek megosztják néhány alapvető feltételezését — nem belsőleg konzisztens.
mi van a dobozban?
forgatókönyvük lényegesen nagyobb szerepet játszik, mint Schrödinger 1935 — ben javasolt macskája — amelyben a macska egy olyan dobozban élt, amelynek mechanizmusa véletlenszerű előfordulás alapján mérget bocsát ki, például egy atommag bomlását. Ebben az esetben a macska állapota bizonytalan volt, amíg a kísérletező kinyitotta a dobozt, majd ellenőrizte.,
1967-ben Eugene Wigner magyar fizikus a paradoxon egy olyan változatát javasolta, amelyben a macskát és a mérget egy fizikus barátra cserélte, aki egy dobozban élt egy mérőkészülékkel, amely a két eredmény egyikét visszaadhatja, például egy fejet vagy farkát mutató érmét. Összeomlik-e a wavefunkció, amikor Wigner barátja tudomást szerez az eredményről? Az egyik gondolatiskola azt mondja, hogy igen, ami azt sugallja, hogy a tudat kívül esik a kvantum birodalmán., De ha a kvantummechanika a fizikusra vonatkozik, akkor bizonytalan állapotban kell lennie, amely mindkét eredményt egyesíti, amíg Wigner kinyitja a dobozt.
Frauchiger és Renner még kifinomultabb verzióval rendelkeznek (lásd “új macskák a városban”). Két Wignerük van, mindegyik kísérletet végez egy fizikus baráton, akit egy dobozban tartanak. A két barát közül az egyik (hívja Alice-nek) dobhat egy érmét, és-a kvantumfizika ismereteinek felhasználásával – elkészíthet egy kvantumüzenetet, amelyet elküldhet a másik barátjának (hívja Bobnak)., A kvantumelmélet ismereteit felhasználva Bob képes felismerni Alice üzenetét, és kitalálni a pénzfeldobás eredményét. Amikor a két Wigner kinyitja a dobozokat, bizonyos helyzetekben biztosan meg tudják állapítani, hogy melyik oldalon landolt az érme, Renner mondja — de néha következtetéseik következetlenek. “Az egyik azt mondja:” biztos vagyok benne, hogy írás”, a másik pedig azt mondja:” biztos vagyok benne, hogy fejek ” – mondja Renner.,
A kísérlet nem valósítható meg a gyakorlatban, mert szükség lenne a Wigners, hogy az intézkedés minden kvantum tulajdonságokkal, a barátok, amely magában foglalja olvas a gondolatokban, rámutat, teoretikus Lídia Del Rio, egy kollégám, Renner a ETH Zürich.,
mégis megvalósítható, hogy két kvantumszámítógép Alice és Bob részeit játssza le: az érv logikája csak azt követeli meg, hogy ismerjék a fizika szabályait, és döntéseket hozzanak ezek alapján, és elvileg egy kvantumszámítógép teljes kvantumállapotát lehet felismerni. (Ehhez elég kifinomult kvantumszámítógépek még nem léteznek, Renner rámutat.)
duelling interpretations
A fizikusok még mindig megértik az eredmény következményeit., Heves válaszokat váltott ki a kvantumelmélet alapjainak szakértőitől, akik közül sokan általában védik a kedvtelésből tartott állatok értelmezését. “Néhányan érzelmesek” – mondja Renner. A különböző kutatók különböző következtetéseket vonnak le. “A legtöbb ember azt állítja, hogy a kísérlet azt mutatja, hogy értelmezésük az egyetlen, ami helyes.”
Leifer esetében a következetlen eredmények előállítása nem feltétlenül lehet üzletmegszakító. A kvantummechanika egyes értelmezései már lehetővé teszik a perspektívától függő valóság nézeteit., Ez kevésbé kellemetlen lehet, mint beismerni, hogy a kvantumelmélet nem vonatkozik olyan összetett dolgokra, mint az emberek, mondja.
Robert Spekkens, a kanadai Waterloo Elméleti Fizikai Intézet elméleti fizikusa azt mondja, hogy a paradoxonból való kiút az érv néhány finom feltételezésében elrejthető, különösen Alice és Bob közötti kommunikációban.
“véleményem szerint sok olyan helyzet van, amikor valaki tudásának a fedélzeten való felvétele magában foglalja tudásának fordítását.,”Talán az ellentmondás abból fakad, hogy Bob nem értelmezi Alice üzenetét megfelelően, mondja. De elismeri, hogy még nem talált megoldást.
egyelőre a fizikusok valószínűleg folytatják a vitát. “Nem hiszem, hogy megértettük ezt” – mondja Leifer.