Sklep Balbinıo Ⓑ
Ta strona może wykorzystywać pliki Cookies. Korzystając z niej, zgadzasz się na ich użycie. W każdej chwili możesz wyłączyć ten mechanizm w ustawieniach swojej przeglądarki. Więcej…    X
Artykuł

Obiektywna rzeczywistość może w ogóle nie istnieć, mówią fizycy kwantowi

Według nowych badań rzeczywistość może być „w oku obserwatora”.

  • Jedną z największych tajemnic mechaniki kwantowej jest to, czy rzeczywistość fizyczna istnieje niezależnie od obserwatora. 
  • Nowe badania z Brazylii dostarczają mocnych dowodów na to, że w sferze kwantowej mogą istnieć wzajemnie wykluczające się, ale uzupełniające się rzeczywistości fizyczne. 
  • Przyszłe badania nad wielką debatą kwantową mogą dać nam super-przełomowe technologie kwantowe — i prawdopodobnie zaskakujące odpowiedzi na największe tajemnice świata.
Czy rzeczywistość istnieje, czy nabiera kształtu, gdy obserwator ją mierzy? Podobna do odwiecznej zagadki, czy drzewo wydaje dźwięk, gdy spada w lesie i nikt go nie słyszy, powyższe pytanie pozostaje jednym z najbardziej kuszących w dziedzinie mechaniki kwantowej, gałęzi nauki zajmującej się zachowanie cząstek subatomowych na poziomie mikroskopowym. 

W dziedzinie, w której przeważają intrygujące, prawie tajemnicze zjawiska, takie jak „superpozycja kwantowa” – sytuacja, w której jedna cząstka może znajdować się w dwóch lub nawet „wszystkich” możliwych miejscach w tym samym czasie – niektórzy eksperci twierdzą, że rzeczywistość istnieje poza twoją świadomością, a nic nie możesz zrobić, aby to zmienić. Inni twierdzą, że „rzeczywistość kwantowa” może być jakąś formą Play-Doh, którą formujesz w różne kształty za pomocą własnych działań. Teraz naukowcy z Federalnego Uniwersytetu ABC (UFABC) w aglomeracji São Paulo w Brazylii dodają paliwa do sugestii, że rzeczywistość może być „w oku obserwatora”. 

W swoich nowych badaniach, opublikowanych w kwietniu w czasopiśmie Communications Physics , naukowcy z Brazylii próbowali zweryfikować „zasadę komplementarności” zaproponowaną przez słynnego duńskiego fizyka Nielsa Bohra w 1928 roku . niemożliwe do zaobserwowania lub zmierzenia w tym samym czasie, jak energia i czas trwania, położenie i pęd. Na przykład, bez względu na to, jak skonfigurujesz eksperyment z parą elektronów , nie ma możliwości jednoczesnego zbadania położenia obu wielkości: test zilustruje położenie pierwszego elektronu, ale przesłoni położenie jednocześnie drugą cząstkę (cząstkę komplementarną).

"Bóg nie gra w kości"
Aby zrozumieć, w jaki sposób ta zasada komplementarności odnosi się do obiektywnej rzeczywistości, musimy cofnąć się do historii sprzed około stu lat. Legendarna debata odbyła się w Brukseli w 1927 roku między Bohrem a słynnym urodzonym w Niemczech fizykiem teoretykiem Albertem Einsteinem podczas piątej konferencji Solvay (najważniejszej dorocznej międzynarodowej konferencji w dziedzinie fizyki i chemii).
Na oczach 77 innych błyskotliwych naukowców, którzy zgromadzili się w austriackiej stolicy, aby omówić rodzącą się dziedzinę teorii kwantowej, Einstein upierał się, że stany kwantowe mają swoją własną rzeczywistość, niezależnie od tego, jak postępował na nie naukowiec. Tymczasem Bohr bronił poglądu, że systemy kwantowe mogą mieć zdefiniowaną własną rzeczywistość dopiero po tym, jak naukowiec opracował projekt eksperymentu.
„Bóg nie gra w kości” – powiedział Einstein. „Układ zachowuje się jak fala lub cząstka w zależności od kontekstu, ale nie można przewidzieć, co zrobi”, argumentował Bohr, wskazując na koncepcję dualizmu falowo-cząstkowa, która mówi, że materia może pojawić się jako fala w jednej chwili. i pojawiają się jako cząstka w innej chwili, pomysł, który francuski fizyk Louis de Broglie po raz pierwszy przedstawił w 1924 roku.

„Zasada komplementarności” 
Wkrótce po zakończeniu konferencji Solvaya w 1927 roku Bohr publicznie wyartykułował swoją zasadę komplementarności. W ciągu następnych kilku dekad kontrowersyjna koncepcja Bohra zostanie przetestowana i ponownie przetestowana do szpiku kości. Jednym z tych, którzy eksperymentowali z zasadą komplementarności, był amerykański fizyk teoretyk John Archibald Wheeler.
Wheeler w 1978 r. podjął próbę ponownego wyobrażenia sobie eksperymentu Thomasa Younga z 1801 r. z podwójną szczeliną pod kątem właściwości światła. Eksperyment z dwiema szczelinami polega na oświetlaniu ściany dwoma równoległymi szczelinami. Gdy światło przechodzi przez każdą szczelinę po drugiej stronie przegrody, ugina się i nakłada na światło z drugiej szczeliny, zakłócając się nawzajem. To oznacza koniec linii prostych: wzór wykresu, który pojawia się pod koniec eksperymentu, jest wzorem interferencji, co oznacza, że ​​światło porusza się falami. Zasadniczo światło ma zarówno naturę cząsteczkową, jak i falową, a te dwie natury są nierozłączne.
Wheeler kazał przełączać swoje urządzenie między „aparatem do pomiaru fal” a „aparatem do pomiaru cząstek” po tym, jak światło przeszło już przez większość maszyny. Innymi słowy, dokonał opóźnionego wyboru między tym, czy światło rozchodziło się już jako fala, czy jako cząstka, i stwierdził, że nawet po odłożeniu wyboru nie została naruszona zasada komplementarności.
Jednak nowsze badania , w których próbowano zastosować zasadę superpozycji kwantowej w eksperymencie opóźnionego wyboru, wykazały, że dwie możliwości współistnieją (tak jak dwie fale na powierzchni jeziora mogą się nakładać). Sugerowało to hybrydowe zachowanie przypominające fale i cząstki w tym samym aparacie, sprzeczne z zasadą komplementarności.

Rzeczywistość sterowana kwantowo 
Brazylijscy naukowcy postanowili również zaprojektować eksperyment rzeczywistości kontrolowanej kwantowo.
„Zastosowaliśmy techniki magnetycznego rezonansu jądrowego podobne do tych stosowanych w obrazowaniu medycznym” — mówi Popular Mechanics Roberto M. Serra , badacz informatyki kwantowej i technologii w UFABC, który kierował eksperymentem . Cząstki takie jak protony, neutrony i elektrony mają spin jądrowy, który jest właściwością magnetyczną analogiczną do orientacji igły w kompasie . „Manipulowaliśmy spinami jądrowymi różnych atomów w cząsteczce, wykorzystując rodzaj promieniowania elektromagnetycznego. W tej konfiguracji stworzyliśmy nowe urządzenie interferencyjne dla protonowego spinu jądrowego, aby zbadać jego falową i cząsteczkową rzeczywistość w sferze kwantowej” – wyjaśnia Serra.
„Ten nowy układ dał dokładnie te same obserwowane statystyki, co poprzednie eksperymenty kwantowego opóźnionego wyboru”, Pedro Ruas Dieguez , obecnie doktorant w Międzynarodowym Centrum Teorii Technologii Kwantowych (ICTQT) w Polsce, który był częścią badania, mówi Popular Mechanics. „Jednak w nowej konfiguracji byliśmy w stanie połączyć wynik eksperymentu ze sposobem, w jaki zachowują się fale i cząstki w sposób, który weryfikuje zasadę komplementarności Bohra”, kontynuuje Dieguez.
Głównym wnioskiem z badania z kwietnia 2022 r. jest to, że fizyczna rzeczywistość w świecie kwantowym składa się z wzajemnie wykluczających się bytów, które jednak nie są sprzeczne, ale uzupełniają się nawzajem.
To fascynujący wynik, twierdzą eksperci. „Brazylijscy naukowcy opracowali ramy matematyczne i odpowiednią konfigurację eksperymentalną, które umożliwiają testowanie teorii kwantowej, w szczególności zrozumienie natury komplementarności poprzez badanie realizmu fizycznego systemu” , mówi Stephen Holler , profesor fizyki na Uniwersytecie Fordham. Popularna mechanika.
Jest to badanie, które podkreśla odwieczne powiedzenie kultowego amerykańskiego fizyka kwantowego i laureata Nagrody Nobla Richarda Feynmana: „Jeśli myślisz, że rozumiesz mechanikę kwantową, nie rozumiesz mechaniki kwantowej”, mówi Holler. „Jest wiele do nauczenia się na temat teorii, a naukowcy nadal czynią postępy, aby zrozumieć nawet podstawowe zasady, co jest szczególnie ważne, gdy wchodzimy w epokę, w której urządzenia kwantowe i komputery zaczynają się mnożyć”.
Dieguez jest zachwycony. „Fakt, że cząsteczka materialna może zachowywać się jak fala, a światło jak cząstka, w zależności od kontekstu, jest nadal jedną z najbardziej intrygujących i najpiękniejszych zagadek fizyki kwantowej” – mówi.
Paradoksalnie, ta nieodłączna „dziwność” mechaniki kwantowej może okazać się całkiem przydatna: „Im więcej rozwikłamy mechanikę kwantową, tym bardziej jesteśmy w stanie dostarczyć destrukcyjne technologie kwantowe, przewyższające ich klasyczne odpowiedniki, komputery kwantowe, kryptografię kwantową, czujniki kwantowe i kwantowo-termiczne dołączone urządzenia”, mówi Serra.
To, że rzeczywistość może być w oku obserwatora, jest bardzo osobliwym aspektem rzeczywistości fizycznej w domenie kwantowej, a sama tajemnica nie wykazuje oznak słabnięcia, zgadzają się obaj badacze.

Artykuły naukowe Stava Dimitropoulosa pojawiły się w Internecie lub w druku dla BBC, Discover, Scientific American, Nature, Science, Runner's World, The Daily Beast i innych. Stav przerwał karierę sportową i akademicką, aby zostać dziennikarzem i poznać świat.

Tłumaczenie: Translator Google
S. Dimitropoulos, Reality might be “in the eye of the observer,” according to new research,
https://www.popularmechanics.com/science/
a40460495/objective-reality-may-not-exist/ 
(dostęp: 29.10.2022)

Konkursy Balbinio




Balbinio©2023, Wszelkie Prawa Zastrzeżone