Οι φυσικοί έχουν προτείνει τροποποιήσεις στο περίφημο παράδοξο της γάτας του Σρόντινγκερ που θα μπορούσαν να βοηθήσουν να εξηγήσουν γιατί τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να υπάρχουν σε περισσότερες από μία καταστάσεις ταυτόχρονα, ενώ τα μεγάλα αντικείμενα (όπως το σύμπαν) φαινομενικά δεν μπορούν.
Οι θεωρητικοί φυσικοί έχουν προτείνει μια νέα λύση στο παράδοξο της γάτας του Σρόντινγκερ, η οποία μπορεί να επιτρέψει στις θεωρίες της κβαντικής μηχανικής και της σχετικότητας του Αϊνστάιν να ζουν σε καλύτερη αρμονία.
Οι περίεργοι νόμοι της κβαντικής φυσικής υποθέτουν ότι τα φυσικά αντικείμενα μπορούν να υπάρχουν σε συνδυασμό πολλαπλών καταστάσεων, όπως να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα ή να διαθέτουν διάφορες ταχύτητες ταυτόχρονα. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ένα σύστημα παραμένει σε μια τέτοια «υπέρθεση» μέχρι να αλληλοεπιδράσει με μια συσκευή μέτρησης, αποκτώντας μόνο συγκεκριμένες τιμές ως αποτέλεσμα της μέτρησης. Μια τέτοια απότομη αλλαγή στην κατάσταση του συστήματος ονομάζεται κατάρρευση.
Ο φυσικός Έργουιν Σρόντινγκερ συνόψισε αυτή τη θεωρία το 1935 με το διάσημο παράδοξο του αιλουροειδούς – χρησιμοποιώντας τη μεταφορά μιας γάτας σε ένα σφραγισμένο κουτί που είναι ταυτόχρονα νεκρή και ζωντανή μέχρι να ανοίξει το κουτί, καταρρέοντας έτσι την κατάσταση της γάτας και αποκαλύπτοντας τη μοίρα της.
Ωστόσο, η εφαρμογή αυτών των κανόνων σε σενάρια πραγματικού κόσμου αντιμετωπίζει προκλήσεις — και εκεί προκύπτει το πραγματικό παράδοξο. Ενώ οι κβαντικοί νόμοι ισχύουν για το βασίλειο των στοιχειωδών σωματιδίων, τα μεγαλύτερα αντικείμενα συμπεριφέρονται σύμφωνα με την κλασική φυσική όπως προβλέπεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και δεν παρατηρούνται ποτέ σε μια υπέρθεση καταστάσεων. Η περιγραφή ολόκληρου του σύμπαντος χρησιμοποιώντας κβαντικές αρχές δημιουργεί ακόμη μεγαλύτερα εμπόδια, καθώς ο κόσμος φαίνεται εντελώς κλασικός και στερείται εξωτερικού παρατηρητή για να χρησιμεύσει ως συσκευή μέτρησης για την κατάστασή του.
«Το ερώτημα είναι μπορεί το Σύμπαν, το οποίο δεν έχει περιβάλλον, να βρίσκεται σε τέτοια υπέρθεση;». “Οι παρατηρήσεις λένε όχι: όλα συμβαδίζουν με τις κλασικές προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας. Τότε, τι είναι αυτό που σπάει μια τέτοια υπέρθεση;”
Για να αντιμετωπίσουν αυτό το ερώτημα, ο Carlesso και οι συνεργάτες του πρότειναν τροποποιήσεις στην εξίσωση Σρόντινγκερ, η οποία διέπει τον τρόπο με τον οποίο όλες οι καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε υπέρθεση, εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου.
«Συγκεκριμένες τροποποιήσεις της εξίσωσης Schrödinger μπορούν να λύσουν το πρόβλημα», είπε ο Carlesso. Συγκεκριμένα, η ομάδα πρόσθεσε όρους στην εξίσωση που αποτύπωνε τον τρόπο με τον οποίο το σύστημα αλληλεπιδρά με τον εαυτό του, καθώς και ορισμένους άλλους συγκεκριμένους όρους. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε κατάρρευση της υπέρθεσης.
«Τέτοια αποτελέσματα είναι ισχυρότερα όσο μεγαλύτερο είναι το σύστημα», πρόσθεσε ο Carlesso.
Κυρίως, αυτές οι τροποποιήσεις έχουν μικρή επίδραση στα μικροσκοπικά κβαντικά συστήματα, όπως τα άτομα και τα μόρια, αλλά επιτρέπουν σε μεγαλύτερα συστήματα – όπως το ίδιο το σύμπαν – να καταρρέουν σε συχνά διαστήματα, δίνοντάς τους συγκεκριμένες τιμές που ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις μας για το σύμπαν. Η ομάδα περιέγραψε την τροποποιημένη εξίσωση Schrödinger τον Φεβρουάριο στο Journal of High Energy Physics.
Βγάζοντας τη γάτα από το καθαρτήριο.
Στην προσαρμοσμένη εκδοχή της κβαντικής φυσικής, οι ερευνητές κατάργησαν τη διάκριση μεταξύ αντικειμένων που υπόκεινται σε μέτρηση και συσκευών μέτρησης. Αντίθετα, πρότειναν ότι η κατάσταση κάθε συστήματος υφίσταται αυθόρμητη κατάρρευση σε τακτά χρονικά διαστήματα, οδηγώντας στην απόκτηση καθορισμένων τιμών για ορισμένα από τα χαρακτηριστικά τους.
Για μεγάλα συστήματα, η αυθόρμητη κατάρρευση συμβαίνει συχνά, καθιστώντας τα κλασικά στην εμφάνιση. Τα υποατομικά αντικείμενα που αλληλεπιδρούν με αυτά τα συστήματα γίνονται μέρος τους, οδηγώντας σε ταχεία κατάρρευση της κατάστασής τους και στην απόκτηση καθορισμένων συντεταγμένων, παρόμοιων με τη μέτρηση.
“Χωρίς δράση από εξωτερικές οντότητες, οποιοδήποτε σύστημα εντοπίζεται (ή καταρρέει) αυθόρμητα σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Αντί να έχει μια γάτα νεκρή και ζωντανή, τη βρίσκει κανείς νεκρή ή ζωντανή”.
Το νέο μοντέλο μπορεί να εξηγήσει γιατί η χωροχρονική γεωμετρία του σύμπαντος μας δεν υπάρχει σε μια υπέρθεση καταστάσεων και υπακούει στις κλασικές εξισώσεις της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
«Το μοντέλο μας περιγράφει ένα κβαντικό Σύμπαν, το οποίο τελικά κατέρρευσε και έτσι έγινε ουσιαστικά κλασικό». “Δείχνουμε ότι τα μοντέλα αυθόρμητης κατάρρευσης μπορούν να εξηγήσουν την εμφάνιση ενός κλασικού Σύμπαντος από μια κβαντική υπέρθεση Συμπάντων, όπου καθένα από αυτά τα Σύμπαντα έχει διαφορετική χωροχρονική γεωμετρία.”
Αν και αυτή η θεωρία μπορεί να εξηγήσει γιατί το σύμπαν φαίνεται να διέπεται από κλασικούς νόμους της φυσικής, δεν κάνει νέες προβλέψεις σχετικά με φυσικές διεργασίες μεγάλης κλίμακας.
Ωστόσο, κάνει προβλέψεις για το πώς θα συμπεριφέρονται τα άτομα και τα μόρια, αν και με ελάχιστες αποκλίσεις από τη συμβατική κβαντική μηχανική.
Ως αποτέλεσμα, η δοκιμή του τροποποιημένου κβαντικού μοντέλου τους δεν θα είναι τόσο απλή. Οι μελλοντικές εργασίες θα στοχεύουν στην εξεύρεση τέτοιων δοκιμών.
“Μαζί με πειραματικούς συνεργάτες, προσπαθούμε να δοκιμάσουμε τα αποτελέσματα των τροποποιήσεων κατάρρευσης ή να εξαγάγουμε όρια στις παραμέτρους τους. Αυτό είναι απολύτως ισοδύναμο με τη δοκιμή των ορίων της κβαντικής θεωρίας.”
Ακολουθήστε μας και στο Google news. Διαβάστε μας για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.
πηγή Εικόνα: TheDigitalArtist / Pixabay