Mokslo ir technologijų pasaulis

Nauja kvantinės mechanikos interpretacija galėtų fundamentaliai pakeisti mūsų realybės suvokimą.

Remiantis nauja kvantinės mechanikos interpretacija, aprašančią gausybių gausybes paralelinių visatų, kurias sukuriame kiekvienu sprendimu, multivisata gali būti be galo daug kartų didesnė, nei kada įsivaizdavome.

Kvantinės mechanikos šerdis yra bangos funkcija, skandalingai abstraktus ir miglotas matematinis įrankis, itin gerai apibūdinantis fotonų, elektronų ir kitų kvantinio pasaulio gyventojų elgesį. Bet kad tiksliai yra gangos funkcija? Beveik šimtmetį trunkantys fizikų ginčai vis niekaip nenusprendžia, kaip peršokti iš matematikos į apčiuopiamą fizinį pasaulį.

Remiantis labiausiai paplitusia, Kopenhagos interpretacija, bangos funkcija matematiškai aprašo visas įmanomas dar „nestebėto“ objekto būsenas, nes stebėjimas yra aktas, kuriuo bangos funkcija „kolapsuojama“ į apibrėžtą būseną.

Pavyzdžiui, mintiniame Schrödingerio katino eksperimente, katinas patalpinamas į dėžę, kuri bus užpildoma nuodingomis dujomis, jei įvyks radioaktyvaus atomo skilimas. Kadangi atomo elgesį aprašo kvantinė mechanika, kol dėžė uždaryta, katės bangos funkcijoje yra jos gyvos ir numirusios būsenos tuo pačiu metu. Stebėtojui atvėrus dėžę, bangos funkcija kolapsuoja ir katė yra mirusi arba gyva, kitos galimybės išnyksta. Nuo tada jos būsena tampa visai nekvantinė, o klasikinė. Užfiksavus katės mirtį, ji nebeatgyja.

Daugybė pasaulių

Mintis apie tuo pat metu gyvą ir mirusią katę sunki, bet kito, šeštajame dešimtmetyje fiziko Hugh Everett sukurtos interpretacijos pasekmės stulbina dar labiau. Daugelio pasaulių interpretacijoje, bangos funkcija kolapsuoja ne į vieną užtikrintą, klasikinę būseną, nes kiekviena jos aprašoma kvantinė būsena jau yra visiškai reali – viename iš daugelio paralelių pasaulių. Kai atidarote dėžutę ir pamatote gyvą katę, jūsų replika kitame pasaulyje aptinka ją negyvą, iš esmės stebėjimu sukurdami du atskirus pasaulius.

Kad ir kuriai interpretacijai teikiate pirmenybę, svarbus klausimas lieka atviras: kaip atsiradimas to, ką suvokiame kaip klasikinį elgesį galioja visai visatai?

„Visų žvaigždžių, galaktikų, planetų, gyvybės pradžia – kvantinės fluktuacijos pačioje visatos pradžioje. Visatai plečiantis, visi šie dalykai tapo klasikiniai,“ sako Arsalan Adil iš Kalifornijos universiteto Davise. „Ir kvantinė teorija yra tikrai gerai išbandyta, tad sutariama, kad šiek tiek aproksimuojant, ši teorija teisinga, bet knieti suprasti, kaip iš to atsiranda klasikinis pasaulis.“

Tiek Kopenhagos, tiek daugelio pasaulių interpretacijos bėda ta pati – kas tiksliai laikytinas „stebėtoju“, kas ypatingai aktualu ankstyvojoje visatoje, kuomet stebėtojų nė negalėjo būti. Adilas su kolegomis šią problemą apeidinėti pradėjo nuo ne tokio antropocentriškos žiūrėjimo į daleles idėjos, kur kiekvienos dalelės elgesį apsprendžia energijos pasiskirstymas tarp visų sistemos dalelių.

„Esame dideli, šiltoki objektai, pripratę veikti su kitais dideliais šiltokais objektais, kurių pozicija erdvėje aiški, ir konstruojame šiais daiktais paremtą mokslinį pasakojimą. Bet galima pasukti kitur ir tarti, kad tai, ką visata iš tiesų pateikia pačia gryniausia forma, be žmogiškos perspektyvos prieskonio, yra tiesiog tokia energijos struktūra,“ sako komandos narys Zoë Holmes iš Šveicarijos federalinio technologijos instituto Lausannoje.

Atsikračiusi konkretaus „stebėtojo“ būtinybės, komanda sukūrė algoritmą, nustatantį, kaip šis dalelių sistemas dalinti į posistemes. Bet kokios posistemės yra laikomas tinkamu požiūriu, jei tik sąveikos tarp posistemių jei tik dėl to viena iš jų tampa klasikine – iš esmės, tai yra daug bendresnė Schrödingerio mintinio eksperimento dėžutės atidarymo versija. „Vienoje posistemėje gali būti dalis Žemės ir Andromedos galaktika, tai visiškai tinkama posistemė“, – sako Arsalanas.

Ši nauja perspektyva atvėrė miriadus naujų pasaulių, ne tik paprastus gyvus/mirusius, kas paskatino tyrėjus pavadinti tai daug daugiau pasaulių interpretacija. Kad suprastume, kodėl, įsivaizduokime kvantinę versiją sprendimo, ką gerti ryte – kavą ar arbatą. Vadovaujantis Kopenhagos interpretacija, apsisprendžiate ir bangos funkcija kolapsuoja. Jei tuomet svarstote, valgysite skrebutį ar dribsnių, kolapsuoja antra bangos funkcija. Visa tai vyksta vienintelėje egzistuojančioje visatoje.

Bet vadovaujantis daugelio pasaulių interpretacija, trokštantis kavos ir pageidaujantis arbatos jūs egzistuoja paraleliniuose pasauliuose, ir kiekvienas iš šių pasaulių vėl išsišakoja į du, priklausomai nuo to, kuo nuspręsite numarinti kirminą (žr. „Kvantinis požiūrio taškas“).

Daug daugiau pasaulių interpretacijoje, iš jūsų pusrytinės sąveikos kyla viena daugelio pasaulių karalystė, bet daugiau pasaulių karalysčių kyla iš ne tokio akivaizdaus jūsų pasaulio pasidalijimo į posistemes, kaip jūsų puodelis ir koks nors tolimas dangaus objektas, ar net dar keistesnis jūsų kairės rankos priskyrimas vienai posistemei, o dešinės – kitai. Kai perspektyvų tiek daug, ir kiekviena iš jų kuria naują pasaulių karalystę, galiausiai padidinama ir taip neįsivaizduojamai didelė Everetto interpretacijos multivisata.

Paolo Zanardi iš Pietų Kalifornijos universiteto Dornsife sako, kad nauja interpretacija pasiekiama realybės segmentavimo „savotiška operatyvinė demokratizacija“, nes pagal ją, bet kuri posistemė gali skilti, nepaisant jų keistumo ar kontrintuityvumo, kas jam atrodo patrauklu. Bet tyrėjų naudojamame įvairių posistemių skilimo paieškos algoritme tebėra tokių prielaidų, kaip, tarkime, posistemės tapimo klasikine trukmė, tad dar yra vietos matematiniams tyrinėjimams ir idėjos šlifavimui, sako jis.

„Tai geras, rimtas, naudingas indėlis į literatūrą apie tai, kaip iš kvantinės mechanikos teorijos „plikų kaulų“ išgauti kažką panašaus mūsų patiriamą klasikinį pasaulį“ – sako Sean Carroll iš Johns Hopkins universiteto Marylande.

Carrollis taip pat nagrinėjo kvantinių sistemų dalinimą į posistemes, bet atrado, kad tinkamos posistemės, iš kurių kyla atitinkami klasikiniai pasauliai, yra retesnės, nei Adil, Holmes ir jų kolegų siūloma karalysčių daugybė. Taip gali būti dėl to, nes momentą, kada tiksliai sistema jau nebėra pakankamai nekvantinė, kad būtų laikoma klasikine, galima įvairiai, pastebi jis

Kol šie klausimai neišspręsti, kokia tiksliai padidintos multivisatos reikšmė realybės supratimui, tebėra neaišku netgi pačiai komandai. Adil sako, kad jis ir kolegomis apie ligšiolinius atradimus dabar esantys „ontologinių išvadų atžvilgiu agnostiški“. Holmes sako, kad kuomet jaučiasi skeptiška, nerimauja, kad jų darbas primena figūrų aptikimą debesyse, o ne atspindi realybę.

Visgi abu tyrėjai negali atsikratyti pojūčio, kad aptiko kažką prasmingo ir tyrimus nori tęsti.

„Sakyčiau, manau, žinome, kad tai tiesa, bet nežinome, ar tai svarbu“, – sako Holmes. „Tiek daug ginčijomės dėl to, kad užsiciklinome.“

Karmela Padavic-Callaghan
www.newscientist.com

Nuoroda:arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2403.10895