Wissenschaftler überdenken die Natur der Realität

Wenn sich die Genauigkeit einer Messung der durch die Quantenmechanik festgelegten Unsicherheitsgrenze nähert, werden die Ergebnisse von der Dynamik der Wechselwirkung zwischen dem Messgerät und dem System abhängig. Dieser Befund könnte erklären, warum Quantenexperimente häufig zu widersprüchlichen Ergebnissen führen und möglicherweise im Widerspruch zu Grundannahmen über die physikalische Realität stehen.

Analysieren Sie Forschung und Ergebnisse

Zwei Quantenphysiker der Universität Hiroshima haben kürzlich die Dynamik einer Eichwechselwirkung analysiert, bei der der Wert einer physikalischen Eigenschaft durch eine Quantenänderung im Zustand eines Eichs bestimmt wird. Dies ist ein schwieriges Problem, da die Quantentheorie den Wert einer physikalischen Eigenschaft nicht bestimmt, es sei denn, das System befindet sich im sogenannten „Eigenzustand“ dieser physikalischen Eigenschaft, bei dem es sich um eine sehr kleine Menge spezieller Quantenzustände handelt, für die die physikalische Eigenschaft gilt hat das Grundstück. Fester Wert.

Forscher haben dieses grundlegende Problem gelöst, indem sie Informationen über die Vergangenheit eines Systems mit Informationen über seine Zukunft kombinierten, um die Dynamik des Systems während einer Messinteraktion zu beschreiben, und zeigten, dass die beobachtbaren Werte eines physikalischen Systems von der Messdynamik abhängen. Die Interaktion, durch die dies beobachtet wird.

Nach der Quantentheorie werden Messergebnisse durch Veränderungen im Verhältnis zwischen Vergangenheit und Zukunft des Systems geprägt, die durch die Messwechselwirkung verursacht werden. Bildnachweis: Tomonori Matsushita und Holger F. Hoffmann, Universität Hiroshima

Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichte das Team kürzlich in der Fachzeitschrift Forschung zur körperlichen Überprüfung.

„Es gibt viele Meinungsverschiedenheiten über die Interpretation der Quantenmechanik, weil unterschiedliche experimentelle Ergebnisse nicht mit der gleichen physikalischen Realität in Einklang gebracht werden können“, sagte Holger Hoffmann, Professor an der Graduate School of Advanced Science and Engineering der Hiroshima University in Hiroshima, Japan .

„In diesem Artikel untersuchen wir, wie Quantenüberlagerungen in der Dynamik einer Messinteraktion die beobachtete Realität eines Systems prägen, die sich in der Reaktion des Messgeräts zeigt. Dies ist ein großer Schritt zur Erklärung der Bedeutung von ‚Superposition‘ in der Quantenmechanik“, sagte Hofmann .

Überlagerung und physikalische Realität

In der Quantenmechanik beschreibt Superposition eine Situation, in der zwei mögliche Realitäten scheinbar nebeneinander existieren, auch wenn sie bei entsprechender Messung klar unterschieden werden können. Die Analyse der Studie des Teams legt nahe, dass Überlagerungen unterschiedliche Arten der Realität beschreiben, wenn unterschiedliche Messungen durchgeführt werden. Die Realität eines Objekts hängt von den Interaktionen des Objekts mit seiner Umgebung ab.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die physische Realität eines Objekts nicht vom Kontext all seiner Interaktionen mit der Umwelt, Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft, getrennt werden kann, und liefern damit einen starken Beweis gegen die weit verbreitete Annahme, dass unsere Welt auf eine bloße Zusammensetzung von Objekten reduziert werden kann.“ .“ „Physikalische Bausteine“, sagte Hoffman.

Gemäß der Quantentheorie hängt die Eichverschiebung, die den Wert der bei der Messung beobachteten physikalischen Eigenschaft darstellt, von der Dynamik des Systems ab, die sich aus den Rückwirkungsschwankungen ergibt, durch die das Eichmaß den Zustand des Systems stört. Quantenüberlagerungen zwischen verschiedenen möglichen Systemdynamiken prägen die Reaktion des Messgeräts und weisen ihm bestimmte Werte zu.

Die Autoren erklärten weiter, dass Schwankungen in der Systemdynamik von der Stärke der Eichwechselwirkung abhängen. Im Grenzfall schwacher Wechselwirkungen sind die Schwankungen der Systemdynamik vernachlässigbar und die Gegenverschiebung kann aus der Hamilton-Jacobi-Gleichung bestimmt werden, einer klassischen Differentialgleichung, die die Beziehung zwischen einer physikalischen Eigenschaft und der damit verbundenen Dynamik ausdrückt.

Wenn die Messwechselwirkung stärker ist, werden komplexe Quanteninterferenzeffekte zwischen verschiedenen Systemdynamiken beobachtet. Vollständig aufgelöste Messungen erfordern eine völlig zufällige Verteilung der Systemdynamik. Dies entspricht der Überlagerung aller möglichen Systemdynamiken, wobei Quanteninterferenzeffekte nur diejenigen Komponenten des Quantenprozesses bestimmen, die den Eigenwerten der physikalischen Eigenschaft entsprechen.

Eigenwerte sind die Werte, die die Schulquantenmechanik Messergebnissen zuordnet – exakt Photon Zahlen, Spin-Up oder Down usw. Wie die neuen Ergebnisse zeigen, sind diese Werte das Ergebnis einer völlig zufälligen Verteilung der Dynamik. Unterschiedliche Werte müssen berücksichtigt werden, wenn die Systemdynamik analog nicht völlig zufällig ist.

Implikationen für das Verständnis von Quantenmessungen

Interessanterweise bietet diese Beobachtung eine neue Perspektive für die Verwendung von Messergebnissen zur Beschreibung der Realität. Es wird allgemein davon ausgegangen, dass lokale Teilchen oder ganzzahlige Spinwerte messungsunabhängige Elemente der Realität sind. Diese Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass diese Werte nur bei ausreichend starken Messungen durch Quanteninterferenzen erzeugt werden. Unser Verständnis der Bedeutung empirischer Daten muss möglicherweise grundlegend überarbeitet werden.

Hoffman und sein Team freuen sich darauf, die widersprüchlichen Ergebnisse, die in vielen Quantenexperimenten beobachtet wurden, weiter zu klären. „Kontextabhängige Fakten können ein breites Spektrum scheinbar widersprüchlicher Quanteneffekte erklären. Wir arbeiten derzeit an besseren Erklärungen für diese Phänomene. Letztendlich besteht das Ziel darin, ein intuitiveres Verständnis der grundlegenden Konzepte der Quantenmechanik zu entwickeln, das Missverständnisse vermeidet, die durch verursacht werden.“ „Naiver Glaube an die Realität mikroskopischer Objekte.“

Referenz: „Abhängigkeit der Messergebnisse von der Dynamik kohärenter Quantenwechselwirkungen zwischen System und Skala“ von Tomonori Matsushita und Holger F. Hoffmann, 31. Juli 2023, Forschung zur körperlichen Überprüfung.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

Die Studie wurde von der Japan Science and Technology Agency finanziert.