Teoreetilised füüsikud on pakkunud välja uue lahenduse Schrödingeri kassi paradoksmis võib võimaldada kvantmehaanika teooriatel ja Einsteini relatiivsusteoorial elada paremas kooskõlas.
Imelikud seadused kvantfüüsika oletada, et füüsilised objektid võivad eksisteerida mitme oleku kombinatsioonis, näiteks olla kahes kohas korraga või olla samaaegselt erineva kiirusega. Selle teooria kohaselt püsib süsteem sellises “superpositsioonis”, kuni see suhtleb mõõteseadmega ja saab mõõtmise tulemusel ainult teatud väärtused. Sellist järsku muutust süsteemi seisundis nimetatakse kollapsiks.
Füüsik Erwin Schrödinger võttis selle teooria 1935. aastal kokku oma kuulsa kassiparadoksiga – kasutades metafoori suletud kastis olevast kassist, kes on nii surnud kui ka elus kuni kasti avamiseni, varisedes nii kokku kassi seisundi ja paljastades tema saatuse.
Nende reeglite rakendamine reaalsetes stsenaariumides seisab silmitsi väljakutsetega – ja siin ilmneb tõeline paradoks. Kui elementaarosakeste valdkonnas kehtivad kvantseadused, siis suuremad objektid käituvad klassikalise füüsika järgi, nagu ennustas Einsteini üldrelatiivsusteooria, ja seda ei täheldata kunagi olekute superpositsioonis. Kogu universumi kirjeldamine kvantprintsiipide abil kujutab endast veelgi suuremaid takistusi, kuna kosmos näib täiesti klassikaline ja sellel puudub väline vaatleja, kes oleks selle oleku mõõtja.
“Küsimus on selles, kas universum, millel pole ümbritsevat keskkonda, võib olla sellises superpositsioonis?” juhtiv autor Matteo Carleso, Itaalias Trieste ülikooli teoreetiline füüsik, rääkis LiveScience’ile e-kirjas. “Vaatlused ütlevad, et ei: kõik järgib üldrelatiivsusteooria klassikalisi ennustusi. Mis siis sellise superpositsiooni murrab?”
Seotud: Kvant “yin-yang” näitab, kuidas kaks footoni takerduvad reaalajas
Selle küsimuse lahendamiseks pakkusid Carleso ja tema kolleegid välja muudatused Schrödingeri võrrandis, mis reguleerib seda, kuidas kõik riigid, sealhulgas superpositsioonis olevad, aja jooksul arenevad.
“Schrödingeri võrrandi konkreetsed muudatused võivad probleemi lahendada,” ütles Carleso. Eelkõige lisas meeskond võrrandisse termineid, mis kajastasid süsteemi endaga suhtlemist, ning lisasid mõned muud konkreetsed terminid. See omakorda põhjustab superpositsiooni lagunemise.
“Sellised mõjud on seda tugevamad, mida suurem on süsteem,” lisas Carleso.
Oluline on see, et need modifikatsioonid avaldavad vähe mõju mikroskoopilistele kvantsüsteemidele, nagu aatomid ja molekulid, kuid võimaldavad suurematel süsteemidel – nagu universumil endal – sagedaste ajavahemike järel kokku kukkuda, andes neile konkreetsed väärtused, mis sobivad meie kosmosevaatlustega. Meeskond kirjeldas oma muudetud Schrödingeri võrrandit veebruaris i High Energy Physics ajakiri.
Kassi puhastustulest välja viimine
Kvantfüüsika kohandatud versioonis kõrvaldasid teadlased erinevuse mõõtmisobjektide ja mõõteseadmete vahel. Selle asemel tegid nad ettepaneku, et iga süsteemi olek läbiks korrapäraste ajavahemike järel spontaanse lagunemise, mille tulemuseks on teatud väärtuste omandamine nende teatud omaduste jaoks.
Suurte süsteemide puhul toimub sageli spontaanne kokkuvarisemine, mis muudab need välimuselt klassikaliseks. Subatomaarsed objektid, mis nende süsteemidega suhtlevad, muutuvad nende osaks, mis viib nende oleku kiire kokkuvarisemiseni ja teatud koordinaatide omandamiseni, mis sarnaneb mõõtmisega.
“Ilma väliste üksuste tegevuseta lokaliseerub (või variseb) iga süsteem spontaanselt teatud olekusse. Selle asemel, et omada kassi, kes on surnud JA elus, leiate selle surnud VÕI elus,” ütles Carllesso.
Uus mudel võib selgitada, miks meie universum on ruumi aeg geomeetria ei eksisteeri olekute superpositsioonis ja järgib Einsteini relatiivsusteooria klassikalisi võrrandeid.
“Meie mudel kirjeldab kvantuniversumit, mis lõpuks kokku varises ja sai tõhusalt klassikaliseks, ” ütles Carllesso. “Näitame, et spontaanse kokkuvarisemise mudelid võivad seletada klassikalise universumi tekkimist universumite kvantsuperpositsioonist, kus kõigil neil universumitel on erinev aegruumi geomeetria.”
Kuigi see teooria võib selgitada, miks näib, et universumit juhivad klassikalised füüsikaseadused, ei anna see uusi ennustusi suuremahuliste füüsikaliste protsesside kohta.
Siiski annab see prognoose aatomite ja molekulide käitumise kohta, kuigi tavapärasest kvantmehaanikast on minimaalsed kõrvalekalded.
Selle tulemusena ei ole nende muudetud kvantmudeli testimine nii lihtne. Edaspidine töö on suunatud selliste testide väljatöötamisele.
“Püüame koos eksperimentaalsete kaastöötajatega testida kokkuvarisemise modifikatsioonide mõju või tuletada nende parameetritele piire. See on täiesti võrdväärne kvantteooria piiride testimisega.”
