Ve fyzice dlouhodobě existuje jedna významná nesourodost. Nedaří se dostatečně skloubit teorii relativity a kvantovou mechaniku. Obě teorie přinesly poznatky, jež umožnily nejen lépe pochopit vesmír, ale nastartovaly úžasnou vědeckotechnickou revoluci. Kvantová fyzika sice používá některé výsledky teorie relativity, ale jsou tak nějak naroubované. Úplné sjednocení obou fyzikálních modelů se stále nedaří. Jedna skupina teoretických fyziků na italské University of Trieste přišla s myšlenkou, že bude zapotřebí udělat specifickou úpravu Schrödingerovy kočičí rovnice. Na Live Science jsem objevil článek, který se tím zaobírá. Následují výňatky z onoho článku.
Lucifer
Fyzikové navrhli modifikaci nechvalně známého paradoxu Schrödingerovy kočky, která by mohla pomoci vysvětlit, proč kvantové částice mohou existovat ve více než jednom stavu současně, zatímco velké objekty (jako je vesmír) zdánlivě nemohou. A zároveň tím umožnit lepší soulad teorií kvantové mechaniky a Einsteinovy teorie relativity.
Bizarní zákony kvantové fyziky předpokládají, že fyzikální objekty mohou existovat v kombinaci více stavů, například se mohou nacházet na dvou místech najednou nebo mít různé rychlosti současně. Podle této teorie zůstává systém v takové "superpozici", dokud neinteraguje s měřicím zařízením, a definitivních hodnot nabývá až v důsledku měření. Taková náhlá změna stavu systému se nazývá kolaps. Fyzik Erwin Schrödinger shrnul tuto teorii v roce 1935 svým slavným kočičím paradoxem – použil metaforu kočky v zapečetěné krabici, která je současně mrtvá i živá, dokud se krabice neotevře, čímž se stav kočky zhroutí a odhalí se její osud.
Aplikace těchto pravidel na reálné scénáře však naráží na problémy – a právě zde vzniká skutečný paradox. Zatímco kvantové zákony platí pro oblast elementárních částic, větší objekty se chovají v souladu s klasickou fyzikou, jak předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity, a nikdy nejsou pozorovány v superpozici stavů. Popis celého vesmíru pomocí kvantových principů představuje ještě větší překážku, protože vesmír se jeví jako zcela klasický a chybí v něm jakýkoli vnější pozorovatel, který by sloužil jako měřicí přístroj jeho stavu.
„Otázkou je, zda vesmír, který nemá okolní prostředí, může být v takové superpozici?“ řekl hlavní autor Matteo Carlesso, teoretický fyzik z univerzity v italském Terstu, v e-mailu pro Live Science. „Pozorování říkají, že ne: vše probíhá podle klasických předpovědí obecné relativity. Co tedy takovou superpozici narušuje?“ Pro řešení této otázky Carlesso a jeho kolegové navrhli modifikaci Schrödingerovy rovnice, která řídí, jak se všechny stavy, včetně těch v superpozici, vyvíjejí v čase.
Tým zejména přidal do rovnice členy, které zachycují, jak systém interaguje sám se sebou, a také přidal některé další specifické členy. To následně vede k rozpadu superpozice. Tyto efekty jsou tím silnější, čím větší je systém. Zásadní je, že tyto úpravy mají jen malý vliv na mikroskopické kvantové systémy, jako jsou atomy a molekuly, ale umožňují, aby se větší systémy – jako je samotný vesmír – v častých intervalech hroutily a získávaly definitivní hodnoty, které odpovídají našim pozorováním vesmíru.
V upravené verzi kvantové fyziky vědci odstranili rozdíl mezi objekty, které jsou předmětem měření, a měřicími zařízeními. Místo toho navrhli, že stav každého systému prochází v pravidelných intervalech spontánním kolapsem, což vede k získání definitivních hodnot některých jejich atributů. U velkých systémů dochází ke spontánnímu kolapsu často, což jim dává klasický vzhled. Subatomární objekty interagující s těmito systémy se stávají jejich součástí, což vede k rychlému kolapsu jejich stavu a získání definitivních souřadnic, podobných měření.
Nový model může vysvětlit, proč geometrie časoprostoru našeho vesmíru neexistuje v superpozici stavů a řídí se klasickými rovnicemi Einsteinovy teorie relativity. Zároveň předpovídá, jak se budou chovat atomy a molekuly s minimálními odchylkami od konvenční kvantové mechaniky.
Zdroj: Live Science, Tweak to Schrödinger's cat equation could unite Einstein's relativity and quantum mechanics, study hints
Moje poznámka
Na toto téma jsem už tady napsal řadu poznámek. Mimo jiné jsem zdůraznil, že kvantová mechanika je v pořádku, v nepořádku jsou některé interpretace jejich rovnic. Představa, že elementární částice se nacházejí v superpozici stavů, dokud je nezačneme pozorovat. Především je třeba upřesnit, co znamená naše pozorování elementárních částic. My je přímo nepozorujeme. Interpretujeme pouze výsledky měření, které provádíme s pomocí nějakých přístrojů či detektorů. Částice interagují se „signálem“ a my odezvu signálu.
Nedávno jsem zmínil, že ve vesmíru neexistuje žádné těleso či částice, které či která neinteraguje s jiným tělesem či částicí. Zaujalo mě, že teoretičtí fyzikové z univerzity v Terstu došli k podobnému závěru jako já. Nad tím se podobným způsobem zamýšlelo už spousta fyziků. Jiní ale stále urputně trvají na zjednodušeném chápání rovnic kvantové mechaniky.
Na Wikipedii se v článku Schrödingerova kočka píše:
„Představme si kočku neprodyšně uzavřenou v neprůhledné krabici. V krabici je také umístěn přístroj obsahující radioaktivní nuklid a nádoba s jedovatým plynem. Pokud přístroj detekuje rozpad nuklidu, uvolní plyn, který otráví kočku. Pokus je navržen tak, že po jedné hodině je 50% pravděpodobnost, že se nuklid rozložil a uvolnil se smrtelný plyn.
Podle principů kvantové mechaniky se nuklid, který není pozorován, nachází v superpozici stavu „rozloženého nuklidu“ a stavu „nerozloženého nuklidu“ (existuje v obou stavech zároveň). Z toho vyplývá, že i celá soustava by se měla nacházet v superpozici stavů rozpadlý nuklid, mrtvá kočka a nerozpadlý nuklid, živá kočka. Avšak pokud krabici otevřeme a podíváme se do ní, uvidíme pouze jeden z těchto stavů – buď živou kočku, nebo mrtvou kočku.
Otázkou proto zůstává, kdy soustava přestává existovat jako superpozice stavů a stává se z nich pouze jediný. Účelem experimentu je ukázat, že teorie kvantové mechaniky není kompletní bez zákonů, které popisují stav, kdy vlnová funkce kolabuje a kočka zemře, nebo zůstane naživu, namísto obou těchto stavů“
19.06.2024, 12:29:01 Publikoval Luciferkomentářů: 0