Fizicienii teoreticieni au propus o nouă soluție la Paradoxul pisicii lui Schrödingerceea ce poate permite teoriilor mecanicii cuantice și relativității lui Einstein să trăiască într-o armonie mai bună.
Legile bizare ale fizică cuantică postulați că obiectele fizice pot exista într-o combinație de stări multiple, cum ar fi în două locuri simultan sau posedă diferite viteze simultan. Conform acestei teorii, un sistem rămâne într-o astfel de „suprapoziție” până când interacționează cu un dispozitiv de măsurare, dobândind doar valori definite ca urmare a măsurării. O astfel de schimbare bruscă a stării sistemului se numește colaps.
Fizicianul Erwin Schrödinger a rezumat această teorie în 1935 cu faimosul său paradox felin – folosind metafora unei pisici într-o cutie sigilată fiind simultan moartă și vie până când cutia este deschisă, prăbușind astfel starea pisicii și dezvăluind soarta acesteia.
Cu toate acestea, aplicarea acestor reguli la scenariile din lumea reală se confruntă cu provocări – și de aici apare adevăratul paradox. În timp ce legile cuantice sunt valabile pentru tărâmul particule elementareobiectele mai mari se comportă în conformitate cu fizica clasică, așa cum a prezis cea a lui Einstein teoria relativității generale, și nu sunt niciodată observate într-o suprapunere de stări. Descrierea întregului univers folosind principii cuantice ridică obstacole și mai mari, deoarece cosmosul pare în întregime clasic și nu are niciun observator extern care să servească drept dispozitiv de măsurare a stării sale.
„Întrebarea este oare Universul, care nu are un mediu înconjurător, să fie într-o astfel de suprapunere?” Autor principal Matteo Carlesso, un fizician teoretician la Universitatea din Trieste din Italia, a declarat Live Science într-un e-mail. “Observațiile spun că nu: totul merge de-a lungul predicțiilor clasice ale relativității generale. Atunci, ce înseamnă o astfel de suprapunere?”
Legate de: „Yin-yang” cuantic arată doi fotoni încurși în timp real
Pentru a aborda această întrebare, Carlesso și colegii săi au propus modificări la ecuația Schrödinger, care guvernează modul în care toate stările, inclusiv cele aflate în suprapunere, evoluează în timp.
„Modificările specifice ale ecuației Schrödinger pot rezolva problema”, a spus Carlesso. În special, echipa a adăugat termeni la ecuație care a surprins modul în care sistemul interacționează cu el însuși, precum și alți termeni specifici. Aceasta, la rândul său, duce la descompunerea suprapunerii.
„Astfel de efecte sunt mai puternice cu cât sistemul este mai mare”, a adăugat Carlesso.
În mod esențial, aceste modificări au un impact redus asupra sistemelor cuantice microscopice, cum ar fi atomii și moleculele, dar permit sistemelor mai mari – precum universul însuși – să se prăbușească la intervale frecvente, dându-le valori definite care se potrivesc cu observațiile noastre despre cosmos. Echipa a descris ecuația Schrödinger modificată în februarie în Journal of High Energy Physics.
Scoaterea pisica din purgatoriu
În versiunea lor ajustată a fizicii cuantice, cercetătorii au eliminat distincția dintre obiectele supuse măsurării și dispozitivele de măsurare. În schimb, ei au propus ca starea fiecărui sistem să sufere colaps spontan la intervale regulate, ceea ce duce la dobândirea unor valori definite pentru unele dintre atributele lor.
Pentru sistemele mari, colapsul spontan are loc frecvent, făcându-le clasice ca aspect. Obiectele subatomice care interacționează cu aceste sisteme devin parte din ele, ducând la prăbușirea rapidă a stării lor și la achiziționarea de coordonate definite, asemănătoare cu măsurarea.
„Fără nicio acțiune din partea entităților externe, orice sistem se localizează (sau se prăbușește) spontan într-o anumită stare. În loc de a avea o pisică moartă ȘI vie, o găsești moartă SAU vie”, a spus Carlesso.
Noul model poate explica de ce este universul nostru spațiu timp geometria nu există într-o suprapunere de stări și se supune ecuațiilor clasice ale Einsteinrelativitatea lui.
„Modelul nostru descrie un Univers cuantic, care în cele din urmă s-a prăbușit, devenind astfel efectiv clasic”, a spus Carlesso. „Arătăm că modelele de colaps spontan pot explica apariția unui Univers clasic dintr-o suprapunere cuantică a Universurilor, unde fiecare dintre aceste Universuri are o geometrie spațiu-timp diferită”.
Deși această teorie poate explica de ce universul pare să fie guvernat de legile clasice ale fizicii, ea nu face noi predicții despre procesele fizice la scară largă.
Cu toate acestea, face predicții despre modul în care atomii și moleculele se vor comporta, deși cu abateri minime de la mecanica cuantică convențională.
Ca rezultat, testarea modelului lor cuantic modificat nu va fi atât de simplă. Lucrările viitoare vor avea ca scop realizarea unor astfel de teste.
„Împreună cu colaboratorii experimentali, încercăm să testăm efectele modificărilor colapsului sau să determinăm limite asupra parametrilor acestora. Acest lucru este complet echivalent cu testarea limitelor teoriei cuantice”.