Mėgstantiems kvantų mechanikos mįsles: nauji d̶u̶o̶m̶e̶n̶y̶s̶ pamąstymai grasina Kopenhagos interpretacijai

Kvantų mechaniką suprasti sunku ir geriausiais laikais, bet nauji duomenys rodo, kad dabartinis standartinis požiūris į dalelių elgseną kvantų masteliu gali būti labai, labai klaidingas.

Tiesą sakant, gali būti, kad eksperimentas pateikia užuominą, rodančią, kad alternatyvus požiūris pateiktas kone prieš šimtmetį, buvo teisingas. Kol dar visiškai nesugniužote, gera žinia – jei tai pasitvirtins, kvantų mechaniką suprasti bus daug paprasčiau.

Tad, kol kas pasiaiškinkime, kas įvyko. Visų pirma, tai tik vienas tyrimas ir prieš subyrant standartiniam požiūriui, reikės atlikti DAUG pakartojimų, patikrinimų ir perpatikrinimų. Tad, dar neskubėkite mesti vadovėlių į laužą.

Dabar, tinkamai nusiteikę, pasiaiškinkime, kas vyksta. Vienas iš labiausiai gluminančių (bet nuo to nė kiek ne menkiau svarbus) QM aspektų yra mintis, kad dalelės buvimo vieta nėra apibrėžta, kol ji nestebima.

Kalbėjome apie tai keletą kartų, bet iš esmės tai reiškia, kad kalbėdami apie dalelę, kvantų fizikai turi mintyse jos buvimo vietų tikimybių debesį, ir tai apibūdina matematinė funkcija, vadinama bangos funkcija.

Vos dalelė imama stebėti, jos bangos funkcija kolapsuoja. Ir tik tada dalelė turi aiškiai apibrėžtą vietą.

Visa tai aprašanti matematika gan aiški ir mokslininkai gali naudoti ją, aprašydami daleles kvantų masteliu. Bet mums, paprastiems mirtingiesiems, visa tai atrodo keistoka.

Net Albertui Einšteinui kilo bėdų su šia standartino požiūrio dalimi, kurią dažnai vadiname Kopenhagos interpretacija. Einšteino biografas Abrahamas Paisas prisimena jų pokalbį, praneša Dan Falk leidiniui Quanta Magazine:

„Dažnai aptardavome, kaip jis supranta objektyvią realybę. Prisimenu, kaip vieno pasivaikščiojimo metu Einšteinas netikėtai stabtelėjo, pasisuko į mane ir paklausė, ar iš tiesų manau, kad Mėnulis egzistuoja tik tada, kai žiūriu į jį.“

Tad, kaip Kopenhagos interpretacija tapo standartiniu požiūriu? Šiaip jau turėjome alternatyvą, vadinamąją pilotinės bangos teoriją, arba Bohmo mechaniką, kuri teigia, kad dalelės iš tiesų turi tikslią savo buvimo vietą, stebime jas ar ne.

Bet ji taip ir neprigijo, iš dalies dėl to, kad tai reikštų, jog, kaip aiškina Falkas, pasaulis turėtų būti „keistas kitaip“.

Labai supaprastinus, keisčiausia Bohmo požiūrio vieta – būtinas nelokalumas, kas iš esmės reiškia, kad bet kas Visatoje gali paveikti bet ką kitą, kad ir koks didelis atstumas būtų tarp objektų.

Tai ta pati kvantinio susietumo – arba „vaiduokliško veikimo per atstumą“ – idėja, bet Bohmo mechanika eina toliau ir kelia idėją, kad visa Visata priklauso nuo to, kas vyksta su atskiromis dalelėmis.

Vienas iš paskutiniųjų smūgių tokiam Bohmo požiūriui buvo suduotas 1992 metais, kai tyrimas tvirtino, kad tokiems dėsniams paklūstanti dalelė judėtų tokia keista trajektorija, jog buvo apibūdinta kaip „siurreali“ – o tai jau šį tą reiškia, kai taip sako kvantų fizikai.

Tačiau dabar, beveik po 25 metų tyrėjai Kanadoje atliko eksperimentą, kuris, pasak jų paneigia tą 1992-ųjų darbą, ir rodo, kad Bohmo mechanikos potencialas dar neišnaudotas.

Aptariamas eksperimentas yra dvigubo plyšio eksperimentas. Jo esmė tokia: paleidus fotonų srautą į du lygiagrečius plyšius tarp šviesos šaltino ir ekrano, regimos ne dvi šviesos juostos, o dryžuotas „interferencinis vaizdas“:

Šis eksperimentas dažnai naudojamas Kopenhagos interpretacijos pagrindimui, kadangi dalelės nėra apibrėžtoje vietoje, kol neišmatuotos, tad, savaime aišku, jos yra visur.

1992 metais jis taip pat atmetė Bohmo mechaniką. Tada mokslininkai teigė, kad jeigu fotonas, pasak Bohmo teorijos, išties turi apibrėžtą poziciją, tai jis sklistų tik per vieną plyšį. Bet jis kažkodėl visada sklinda per abu plyšius, tad fotono trajektorija turėtų būti„siurreali“. Tad, amžiną atilsį Bohmo požiūriui.

Tačiau dabar Aephraimo Steinbergo iš Toronto universiteto Kanadoje vadovaujama komanda atliko šį eksperimentą tikrame gyvenime ir parodė, kad jis atitinka Bohmo mechaniką, jei tik atsižvelgiama į kvantinį nelokalumą – idėją, kad dalelės gali paveikti bet kur Visatoje esančias kitas daleles.

Savo eksperimente komanda naudojo susietų fotonų poras – jie neatskiriamai susieti, tad, kas nutinka vienam, automatiškai paveikia ir kitą, kad ir kaip toli vienas nuo kito jie būtų (čia jau minėtas vaiduokliškasis veikimas ). Taip tyrėjai galėjo „apklausti“ vieną fotoną, kad gautų informaciją apie kito nuskrietą kelią.

Tos apklausos rezultatai buvo tokie pat „siurrealūs“, kaip ir 1992 metų tyrime. Bet Steinbergas ir jo komanda teigia, kad tai problema tik neatsižvelgus į nelokalumą. Kaip Quanta leidiniui aiškina Falkas:

„Kuo toliau keliauja pirmasis fotonas, tuo nepatikimesni darosi antrojo fotono duomenys. To priežastis – nelokalumas. Kadangi šie du fotonai susiję, pirmojo fotono kelias pakeis antrojo fotono poliarizaciją. ... 

Problema nėra Bohmo trajektorijų siurrealumas, sakė Steinbergas. Problema ta, kad antrasis fotonas tvirtina, jog Bohmo trajektorijos siurrealios – o dėl nelokalumo, jo pranešimais pasitikėti neverta.“

Rezultatai buvo publikuoti Science Advances, ir jeigu jie bus patvirtinti, tai gali gerokai supurtyti nusistovėjusį mūsų požiūrį į kvantų mechaniką – gal net palengvins jos supratimą.

„Kad kvantų mechanika įgautų prasmę, tereikia pasakyti sau: Kai kalbame apie daleles, daleles ir turime omeny. Tada visos problemos dingsta,“ sakė Falkas. „Daiktai turi poziciją. Jie kažkur yra.“

„Tau daug paprastesnė kvantų mechanikos versija, nei dabar esanti vadovėliuose,“ pridūrė jis.

Beje, Einšteinas daug dėmesio Bohmo mechanikai neskyrė, jam tai atrodė pernelyg supaprastinta. Tik laikas parodys, ar jis buvo teisus.

Fiona MacDonald
www.sciencealert.com