 |
| Είναι αβέβαιο το αποτέλεσμα όλων των κβαντικών φαινομένων; (CC-BY-SA 3.0 Jogadyl) |
Όλα τα απρόβλεπτα για τον κόσμο γύρω μας, είτε αφορά το αποτέλεσμα μιας ριξιάς νομίσματος ή τις καιρικές συνθήκες σε ένα μήνα από τώρα, είναι ουσιαστικά ένα κβαντικό παρά κλασικό φαινόμενο. Αυτό είναι το συμπέρασμα δύο φυσικών στις ΗΠΑ, οι οποίοι εργάστηκαν πάνω στις μοριακές αλληλεπιδράσεις σε αέρια και υγρά, μπορούν να ενισχύσουν τις μικροσκοπικές κβαντικές διακυμάνσεις, σε σημείο που οι διακυμάνσεις να είναι αρκετά μεγάλες για να επηρεάζουν τις αβεβαιότητες που βιώνουμε σε μακροσκοπικό επίπεδο.
Αυτή η αντίληψη, υποστηρίζουν, ότι θα μπορούσε να αποδειχθεί σημαντική στην κοσμολογία, όπως θα μπορούσε να αποκλείσει κάποιες θεωρίες των "πολυσυμπάντων", που βασίζονται σε κλασικές, σε αντίθεση με τις κβαντικές πιθανότητες.
Από τις κλασικές στις κβαντικές προβλέψεις
Στην κλασική θεωρία των πιθανοτήτων οι πιθανότητες που αποδίδουμε σε ένα περιστρεφόμενο νόμισμα να προσγειωθεί είτε κορώνα ή γράμματα απλά αντικατοπτρίζει πόσο πολλά ή πόσο λίγα γνωρίζουμε για το ρίξιμο του νομίσματος. Το να πούμε ότι υπάρχει μια πιθανότητα 50:50 σημαίνει ότι δεν έχουμε καμία ιδέα για το πώς το κέρμα θα προσγειωθεί. Κατ 'αρχήν, ωστόσο, αν καταλάβαμε ακριβώς ποια φυσικές διεργασίες καθορίζουν το αποτέλεσμα της περιστροφής και επίσης γνωρίζουμε με αρκετή ακρίβεια όλες τις σχετικές παραμέτρους - όπως η δύναμη που προσδίδεται στο κέρμα, το ύψος από το οποίο προσγειώνεται και η αντίσταση του αέρα - θα μπορούσαμε να προβλέψουμε το αποτέλεσμα με βεβαιότητα.
Στην κλασική θεωρία των πιθανοτήτων οι πιθανότητες που αποδίδουμε σε ένα περιστρεφόμενο νόμισμα να προσγειωθεί είτε κορώνα ή γράμματα απλά αντικατοπτρίζει πόσο πολλά ή πόσο λίγα γνωρίζουμε για το ρίξιμο του νομίσματος. Το να πούμε ότι υπάρχει μια πιθανότητα 50:50 σημαίνει ότι δεν έχουμε καμία ιδέα για το πώς το κέρμα θα προσγειωθεί. Κατ 'αρχήν, ωστόσο, αν καταλάβαμε ακριβώς ποια φυσικές διεργασίες καθορίζουν το αποτέλεσμα της περιστροφής και επίσης γνωρίζουμε με αρκετή ακρίβεια όλες τις σχετικές παραμέτρους - όπως η δύναμη που προσδίδεται στο κέρμα, το ύψος από το οποίο προσγειώνεται και η αντίσταση του αέρα - θα μπορούσαμε να προβλέψουμε το αποτέλεσμα με βεβαιότητα.
Σύμφωνα με τις τελευταίες έρευνες, η άποψη αυτή δεν είναι σωστή. Ο Andreas Albrecht και ο Daniel Phillips του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Ντέιβις υποστηρίζουν ότι οι πιθανότητες που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή και στην επιστήμη δεν "ποσοτικοποιούν την άγνοια μας", αλλά αντ 'αυτού αντανακλά την εγγενώς τυχαία φύση του φυσικού κόσμου, όπως περιγράφεται από την κβαντική μηχανική. Υποστηρίζουν ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις μπορούν να ενισχυθούν επαρκώς από γνωστές φυσικές διεργασίες στο σημείο όπου μπορούν να αντιπροσωπεύουν πλήρως για την έκβαση αυτών των μακροσκοπικών καθημερινών γεγονότων. Στην πραγματικότητα, υποστηρίζουν ότι όλες οι πρακτικά χρήσιμες πιθανότητες μπορούν να εξηγηθούν με αυτό τον τρόπο. Με άλλα λόγια, όλες οι κλασσικές πιθανότητες μπορούν να αναχθούν σε κβαντικές.
Για να δημιουργήσουν αντίγραφα ασφαλείας των υπόθεσή τους οι Albrecht και Phillips εξέτασαν μία εξιδανικευμένη ροή της μπάλα-μπιλιάρδου όπως τα μόρια που συνεχώς συγκρούονται μεταξύ τους. Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg υπαγορεύει ότι η τροχιά της μπάλας μπιλιάρδου θα έχει μια εγγενή αβεβαιότητα, που προκύπτει από τις αβεβαιότητες στη θέση και την ορμή της. Οι ερευνητές εργάστηκαν - με την εισαγωγή κατάλληλων τιμών της ακτίνας, τη μέση ελεύθερη διαδρομή, τη μέση ταχύτητα και την μάζα των μπαλών του μπιλιάρδου σε μια-δυο απλές εξισώσεις - για το πόσο αυτή η αβεβαιότητα μεγαλώνει με κάθε σύγκρουση μεταξύ των σφαιρών. Δείχνουν ότι σε νερό και αέρα (άζωτο) η αβεβαιότητα γίνεται τόσο μεγάλη σε διάστημα μιας σύγκρουσης από ότι σε κάθε διακύμανση των ιδιοτήτων αυτών των υγρών έχει μία πλήρως κβαντομηχανική προέλευση.
Κβαντικά αποτελέσματα
Οι ερευνητές στη συνέχεια δείχνουν ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις που εκδηλώθηκαν στο νερό μπορεί να καθορίσουν πλήρως το αποτέλεσμα της περιστροφής του νομίσματος. Υπολογίζουν ότι ένα τυπικό γύρισμα νομίσματος μπορεί να περιστρέφεται με μισή στροφή σε περίπου 1 ms. Αυτή είναι επίσης η χρονική αβεβαιότητα στην νευρωνική διαδικασία που διέπει τη περιστροφή του κέρματος, μια διαδικασία που μια ομάδα νευροεπιστημόνων το 2008 υποστήριξε ότι προκαλείται από τις διακυμάνσεις του αριθμού των ανοικτών διαύλων ιόντων του νευρώνα. Δεδομένου ότι αυτές οι διακυμάνσεις, με τη σειρά, η οποία προκαλείται από την κίνηση Brown των μορίων που ονομάζονται πολυπεπτίδια σε ένα υγρό που είναι σε μεγάλο βαθμό νερό, η κβαντική αβεβαιότητα (η οποία κινεί την κίνηση Brown) μπορεί να τυχαιοποιήσει τελείως τη περιστροφή του κέρματος.
Οι ερευνητές στη συνέχεια δείχνουν ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις που εκδηλώθηκαν στο νερό μπορεί να καθορίσουν πλήρως το αποτέλεσμα της περιστροφής του νομίσματος. Υπολογίζουν ότι ένα τυπικό γύρισμα νομίσματος μπορεί να περιστρέφεται με μισή στροφή σε περίπου 1 ms. Αυτή είναι επίσης η χρονική αβεβαιότητα στην νευρωνική διαδικασία που διέπει τη περιστροφή του κέρματος, μια διαδικασία που μια ομάδα νευροεπιστημόνων το 2008 υποστήριξε ότι προκαλείται από τις διακυμάνσεις του αριθμού των ανοικτών διαύλων ιόντων του νευρώνα. Δεδομένου ότι αυτές οι διακυμάνσεις, με τη σειρά, η οποία προκαλείται από την κίνηση Brown των μορίων που ονομάζονται πολυπεπτίδια σε ένα υγρό που είναι σε μεγάλο βαθμό νερό, η κβαντική αβεβαιότητα (η οποία κινεί την κίνηση Brown) μπορεί να τυχαιοποιήσει τελείως τη περιστροφή του κέρματος.
Η ουρά της γάτας
Ως εκ τούτου, οι ερευνητές λένε ότι καθένας που πετάει ένα κέρμα, στην πραγματικότητα, είναι σαν την εκτέλεση του πειράματος της γάτας του Schrödinger. Αλλά μάλλον από μια γάτα που είναι τόσο ζωντανή όσο και νεκρή, το κβαντικό αντικείμενο σε αυτή την περίπτωση είναι το νόμισμα, η τελική κατάσταση του οποίου είναι ταυτόχρονα κορώνα και γράμματα. Η έκβαση της περιστροφής ως εκ τούτου παραμένει πραγματικά ανοικτή μέχρι το πρόσωπο προς τα πάνω του νομίσματος κοίταξε, στο σημείο στο οποίο το σύστημα παίρνει μια συγκεκριμένη τιμή κορώνα ή γράμματα.
Οι ερευνητές παραδέχονται ότι το παράδειγμά τους είναι πολύ απλοποιημένο και ότι θα έχουν μια σκληρή δουλειά για τον εντοπισμό της ενίσχυσης της κβαντικής αβεβαιότητας σε όλα τα γνωστά πλαίσια, είτε πρόκειται για τροχαία ζάρια ή να πάρει ένα χαρτί στην τύχη. Επισημαίνουν επίσης ότι θα πάρουν μόνο ένα αντιπαράδειγμα για να παραποιούν την ιδέα τους - η χρήση των κλασικών πιθανοτήτων που είναι σαφώς απομονωμένη από τον φυσικό, κβαντικό κόσμο.
Ο David Papineau, ένας φιλόσοφος στο King College του Λονδίνου, πιστεύει ότι οι Albrecht και Phillips πιθανόν να έχουν δίκιο, αλλά δεν σκέφτονται ότι τα συμπεράσματά τους θα είναι μια τρομερή έκπληξη. "Είναι πολύ πιθανό ότι όλες οι σοβαρές πιθανότητες, είτε πρόκειται για την ρίξιμο ενός νομίσματος να είναι κορώνα ή ένα παιδί να είναι γυναίκα, είναι εκδηλώσεις των κβαντικών πιθανοτήτων", λέει. "Πράγματι έχουμε συσκευές, όπως μετρητές Geiger, που δείχνουν πώς τα μεγάλα αποτελέσματα συχνά προκαλούνται από αβέβαια μικρο-γεγονότα."
Ο Albrecht απαντά ότι ο ίδιος και ο Phillips είναι ίσως οι πρώτοι φυσικοί που αντιμετώπισαν τη σχέση της κβαντικής και κλασικής πιθανότητας και ο ίδιος υποστηρίζει ότι η τελευταία έρευνα μπορεί επίσης να αποκλείσει κάποιες θεωρίες στις οποίες φυσικές διαδικασίες (όπως ο "αιώνιος πληθωρισμός") παράγουν πολλαπλά αντίγραφα συμπάντων, όπως αυτό που παρατηρούμε γύρω μας. Οι θεωρίες του «πολυσύμπαντος», λέει, πρέπει να εισάγει καθαρά κλασικές πιθανότητες επειδή μια κβαντική κυματοσυνάρτηση από μόνη της δεν μπορεί να προσδιορίσει πότε θα γίνει στο σύμπαν μια συγκεκριμένη μέτρηση. Αλλά ο Albrecht επισημαίνει ότι μια τέτοια κίνηση δεν θα ήταν δυνατή αν είναι οι κλασικές πιθανότητες, κατά βάθος είναι κβαντικές.
Ως εκ τούτου, οι ερευνητές λένε ότι καθένας που πετάει ένα κέρμα, στην πραγματικότητα, είναι σαν την εκτέλεση του πειράματος της γάτας του Schrödinger. Αλλά μάλλον από μια γάτα που είναι τόσο ζωντανή όσο και νεκρή, το κβαντικό αντικείμενο σε αυτή την περίπτωση είναι το νόμισμα, η τελική κατάσταση του οποίου είναι ταυτόχρονα κορώνα και γράμματα. Η έκβαση της περιστροφής ως εκ τούτου παραμένει πραγματικά ανοικτή μέχρι το πρόσωπο προς τα πάνω του νομίσματος κοίταξε, στο σημείο στο οποίο το σύστημα παίρνει μια συγκεκριμένη τιμή κορώνα ή γράμματα.
Οι ερευνητές παραδέχονται ότι το παράδειγμά τους είναι πολύ απλοποιημένο και ότι θα έχουν μια σκληρή δουλειά για τον εντοπισμό της ενίσχυσης της κβαντικής αβεβαιότητας σε όλα τα γνωστά πλαίσια, είτε πρόκειται για τροχαία ζάρια ή να πάρει ένα χαρτί στην τύχη. Επισημαίνουν επίσης ότι θα πάρουν μόνο ένα αντιπαράδειγμα για να παραποιούν την ιδέα τους - η χρήση των κλασικών πιθανοτήτων που είναι σαφώς απομονωμένη από τον φυσικό, κβαντικό κόσμο.
Ο David Papineau, ένας φιλόσοφος στο King College του Λονδίνου, πιστεύει ότι οι Albrecht και Phillips πιθανόν να έχουν δίκιο, αλλά δεν σκέφτονται ότι τα συμπεράσματά τους θα είναι μια τρομερή έκπληξη. "Είναι πολύ πιθανό ότι όλες οι σοβαρές πιθανότητες, είτε πρόκειται για την ρίξιμο ενός νομίσματος να είναι κορώνα ή ένα παιδί να είναι γυναίκα, είναι εκδηλώσεις των κβαντικών πιθανοτήτων", λέει. "Πράγματι έχουμε συσκευές, όπως μετρητές Geiger, που δείχνουν πώς τα μεγάλα αποτελέσματα συχνά προκαλούνται από αβέβαια μικρο-γεγονότα."
Ο Albrecht απαντά ότι ο ίδιος και ο Phillips είναι ίσως οι πρώτοι φυσικοί που αντιμετώπισαν τη σχέση της κβαντικής και κλασικής πιθανότητας και ο ίδιος υποστηρίζει ότι η τελευταία έρευνα μπορεί επίσης να αποκλείσει κάποιες θεωρίες στις οποίες φυσικές διαδικασίες (όπως ο "αιώνιος πληθωρισμός") παράγουν πολλαπλά αντίγραφα συμπάντων, όπως αυτό που παρατηρούμε γύρω μας. Οι θεωρίες του «πολυσύμπαντος», λέει, πρέπει να εισάγει καθαρά κλασικές πιθανότητες επειδή μια κβαντική κυματοσυνάρτηση από μόνη της δεν μπορεί να προσδιορίσει πότε θα γίνει στο σύμπαν μια συγκεκριμένη μέτρηση. Αλλά ο Albrecht επισημαίνει ότι μια τέτοια κίνηση δεν θα ήταν δυνατή αν είναι οι κλασικές πιθανότητες, κατά βάθος είναι κβαντικές.
Πηγή, physicsworld
Απόδοση, Δ. Γιάκας
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου