Kvantummérés vagy Hogyan keletkezik a valóság atomi szinten
A világ szubatomi léptékben enyhén szólva furcsa. A részecskék egyáltalán nem viselkednek a mindennapi élet tárgyaként. A fizikusokat évtizedek óta kísértette, miért van ez így. Félreértett hipotézisek magyarázzák az elektronok viselkedését, vagy a mikrovilág valóban örökre rejtély marad számunkra?
A kvantummechanika elméleti előrejelzései jelentős zavart okoztak a fizikában. A részecskék egyszer hullámként viselkednek, máskor úgy, mint a hétköznapi testek. Ráadásul mintha egyszerre több helyen mennének keresztül. De amikor a tudósok kísérletileg megpróbálták megvizsgálni a kérdést, a reflexió sajátosságai eltűntek. Minden teljesen normálisnak tűnt. Mi okozta ezt a változást? Ez valószínűleg a kvantummechanika legnagyobb rejtélye, amelyet több hipotézis próbál megoldani. El fogjuk képzelni a négy leghíresebbet.
A megfigyelő felelős mindenért?
A kvantumelmélet születésekor született Niels Bohr által vezetett elméleti fizikusok azzal a hipotézissel álltak elő, hogy olyan kicsi szerkezetekkel, mint az elektronok, maguk a mérőeszközök beavatkozása vagy az ún megfigyelő. Ez a kvantummérés problémájának legrégebbi nézete, amelyet klasszikus vagy koppenhágai értelmezésnek hívnak.
Példaként az említett elektront fogjuk használni, de a mikrovilág összes struktúrája ugyanúgy viselkedik. A kvantummechanika nem pontos koordinátákkal írja le őket, hanem egy hullámfüggvény segítségével, amely a pontos koordináták helyett csak egy adott területen való megtalálás valószínűségét adja. A hullám növekvő amplitúdójával növekszik, és a legnagyobb a legmagasabb csúcsa helyén van. Azonban mindig fennáll egy bizonyos, nulla nélküli valószínűség, hogy az elektron gyakorlatilag bárhol elhelyezkedik a térben, még néhány fényévnyire is.
Ezért a koppenhágai értelmezés szerint semmi határozott nem mondható el egy adott részecskéről, esetünkben egy elektronról, hacsak a kísérletező nem célozza meg eszközeivel. Eddig mintha nem is létezett volna a szó valódi értelmében. Csak a kísérletnek köszönhetõen szerez sajátos tulajdonságokat és pozíciót. Ez a hullámfüggvény összeomlásának következménye. 1 A lelet helyén a hullám egyetlen csúcsra "mutat", ami 100% -os előfordulási valószínűséget jelent. Így a részecske egy adott helyzetben jelenik meg. Az űr minden más helyén a hullámfüggvény teljesen kiegyensúlyozott.
A koppenhágai értelmezés elvei különféle guruk és misztifikátorok forrásává váltak. Jelentik áltudományos az ezoterikus állításokról az elme valóságra gyakorolt hatásáról, kvantummechanikára hivatkoznak, amelyet valójában félreértelmeznek. Értelmezéseik tudományosnak tűnnek, de hülyeségek.
Valami még mindig hiányzik
A klasszikus értelmezést nem fogadták el általánosan. Einsteinnek nem tetszett az elektron gondolata, amelyet úgyszólván egy megfigyelő alakított ki. Szerette megkérdezni Bohrát azzal, hogy csak azért létezik a Hold, mert az egér ránéz. Hitt a világ világos koordinátájú elrendezésében, amelyben az eredmény pontosan megjósolható, és nem korlátozza semmilyen értelmetlen valószínűség.
Ezekkel az ötletekkel megfertőzte a fiatal fizikust, David Bohmot is, aki végül kifejlesztette saját kvantummechanikai koncepcióját. Azt állította, hogy az elektronok a megfigyeléstől függetlenül léteznek. Egyszerűen nem különböznek a hétköznapi tárgyaktól. Azonban úgy, hogy a számítások megfelelően működjenek, be kellett vezetnie egy további paramétert az egyenletekbe, egyfajta kvantumpotenciált. Ez a klasszikus Schrödinger hullámfüggvény bonyolultabb hasonlata. Bohm egyfajta mezőként jellemezte, amely végtelen számú keresztező hullámból áll. Ez a függvény nem minden részecskéhez van külön hozzárendelve, hanem "szomszédban" létezik, mint a világegyetemben elterjedt valóság külön része. Bár egyetlen eszköz sem képes megragadni, hatása a mikrovilág szintjén sem elhanyagolható.
Bohm hullámfüggvénye egyáltalán nem jelzi a valószínűséget, hanem közvetlenül befolyásolja az elektront. Mintha a háttérben állt volna, és egy bizonyos helyen szimatolta. Ez a mechanizmus felelős azért, hogy a részecske egy adott helyen megjelenjen. A kísérletező nem húzza ki a tárgyat a bizonytalanságok leveséből, amint azt a koppenhágai értelmezés állítja, hanem befolyásolja a kvantumpotenciált. Ettől a mezőtől függ az elektron állapota és nem a külső interferenciától.
A rejtett paraméter fogalma azonban nem tudja kielégítően megmagyarázni az ún "Fenyegető akció távolról". Egy kvantum "kapcsolt" elektronpáron belül az egyik részecske reagál a másik kvantum állapotának változására, távolságtól függetlenül. Ilyen esetben a kvantumpotenciálnak szupervilágított sebességgel kellene információt továbbítania az egyes objektumokról, ami ellentétes a relativitáselmélet speciális elméletével. 2
Párhuzamos világok
A kvantum sajátosságainak valószínűleg legvitatottabb magyarázatát 1957-ben Hugh Everett, a Princetoni Egyetem hallgatója dolgozatként mutatta be. David Bohmhoz hasonlóan ő is azon a véleményen volt, hogy az atomok világa nem különbözik a makovilágtól. Tehát nincs meghatározhatatlan paraméter. Sőt, nincs szüksége megfigyelőre, és nem is igényel vezérlőhullámot vagy más funkciót. Szóval mi a fogás? Egész koncepciója azon az előfeltevésen alapul, hogy univerzumunk a végtelen sok más egyike.
Everett teljesen kizárta a valószínűség fogalmát a kvantummechanikából. Mindezt, beleértve a legkevésbé elképzelhető eseményeket is, amely a hullámfüggvényt, vagy Heisenberg-mátrixokat írja le, valóban megtörténik - egy másik világban. Az univerzum minden pillanatban hasad, másolatokat készít magáról, valahányszor több potenciális eredmény fordul elő.
Csak egyetlen elektron miatt van egy csomó különleges univerzum, amely még tovább szaporodik. És ez vonatkozik minden egyes részecskére, a körülötte lévő összes tárgyra és természetesen az emberekre. Tehát Everett szerint számtalan külön világ létezik, amelyben mindegyikünk "klónja" van. Ezek szinte azonosak vagy teljesen különbözőek lehetnek. (A cikkben kvantummechanika szempontjából is írtunk párhuzamos univerzumokról.) Más fizikusok kezdetben a fantáziával teli elme termékének tekintették a munkát, nem pedig szilárdnak. hipotézis. A tudományos elméletek az Occam borotvájának elvén alapulnak, amely szerint - ha más körülmények összehasonlíthatók - egyszerűbb megoldást preferálnak. A végtelen sokféle valóság gondolata azonban határozottan nem ilyen. Számos erkölcsi kérdést is magával hoz. azonban ennek a világméretű értelmezésnek a jóslatai semmiben sem térnek el a fent említett értelmezések eredményeitől.
A környezet beavatkozása
Kiderült azonban, hogy a közös egyenletek nem igényelnek kiegészítéseket, például párhuzamos világokat vagy a megfigyelő különleges szerepét, amelyen más értelmezések állnak, mindaddig, amíg azok nem szigetelt struktúrákra vonatkoznak. Minden sajátosság csak azokban a jelölésekben jelenik meg, amelyek az atomokon belüli világra vagy a környezettől elszigetelt részecskékre vannak megfogalmazva. Valóságos körülmények között azonban a környező tér közvetlenül tele van más részecskékkel, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással.
Ez a folyamat elméletileg helyettesítheti a megfigyelő szerepét, mert a hullámfüggvény alakját közvetlenül a környező mezők és testek igazítják.. Az eredmény ugyanaz lenne, mint a mérőeszköz beavatkozása után, a hullám végül egy bizonyos helyen összeomlik. A végső állapotot ezután a hagyományos statisztikák határozzák meg, hasonlóan az érmék dobásához. A számítások szerint az egész a folyamat nagyon rövid ideig tart, és minél gyorsabban, annál sűrűbb a környezet. Például a porszem hullámfüggvénye az univerzum legmélyebb mélységében mindössze egymillió másodperc után összeomlik. Ha normális körülmények között van, például egy lakásban, hulláma 10-36 másodperc alatt összeomlik.
Ezt a folyamatot dekoherenciának is nevezik. Elsősorban Dieter Zeh német fizikus 1970-ben megjelent munkájának köszönhetően vált ismertté. A tudósok azonban továbbra sem értenek egyet abban, hogy ez csak egy hipotézis, vagy a részecskék és általában minden tárgy valódi tulajdonsága. Számos kísérletet végeztek azonban már a dekoherencia mellett.
Az évtizedek során számos más többé-kevésbé ellentmondásos magyarázat jelent meg a kvantummérés problémájáról. Egyesek például egy mindenütt jelenlévő Isten létezésének bizonyítékáról beszélnek, aki felváltja a megfigyelő szerepét. De talán a legegyszerűbb mód elfogadni azt a tényt, hogy az ember soha nem érti meg a rejtélyeket a legkisebb szinten sem.
Végül idézzük fel a zseniális amerikai fizikus, Richard Feynman szavait, aki a kérdést azzal a megállapítással foglalta össze: „A kvantummechanika elmélete a természetet a józan ész szempontjából abszurdnak írja le. És teljes mértékben egyetért a kísérlettel. Ezért remélem, hogy képes leszel elfogadni a természetet olyannak, amilyen - abszurd. "
Megjegyzések
1. A hullámfüggvény térbeli és időbeli viselkedését az Erwin Schrödinger által megfogalmazott egyenlet írja le, hogy leírja az atom belsejében lévő elektron mozgását. Azonban még maga az alkotó sem tudta, hogyan értse meg a funkció jellegét. Csak Max Born német fizikus javasolta, hogy ez képviselje a valószínűséget, és bemutatta az összeomlás folyamatát is egy bizonyos helyen.
2. Paradox módon ezt a részecske viselkedést először Albert Einstein írta le Boris Podolsky és Nathan Rosen társaságában. Eredetileg az volt az ötlete, hogy aláássa a kvantummechanika eredményeit. Legalábbis Einstein nem élte meg a kísérleti igazolást. 1964-ben a lelkes ír John Bell vette fel az ötletet. Az eredmény egy tétel volt, amely végül lehetővé tette az ilyen viselkedés megerősítését.
Erőforrások
Brian Greene - Az univerzum szerkezete (idő, tér és a valóság természete), Paseka (2012)
Timothy Ferris - Minden az univerzumról, Remedium (2005)
John Gribbin - Schrodinger cicái, Columbus (2001)
Michio Kaku - Hyperspace, Argo, Dokořán (2008)