Fizyka klasyczna niezwykła jak kwantowa?

| Astronomia/fizyka

Fizyka kwantowa, w przeciwieństwie do fizyki klasycznej, której zasady intuicyjnie rozumiemy, jest dla nas czymś dziwacznym. Na przykład fizyka klasyczna zakłada, że rzeczywistość jest obiektywna, deterministyczna i istnieje niezależnie od pomiaru. Tymczasem w fizyce kwantowej pomiar może zmienić rzeczywistość.

Na łamach Physical Review Letters ukazały się badania przeprowadzone przez Radu Ioniciou i jego kolegów, z których wynika, że trzy podstawowe założenia fizyki klasycznej – obiektywizm, determinizm i niezależność – są niekompatybilne z jakąkolwiek teorią. Uczeni wykazali, że o ile każde z tych dwóch założeń są zgodne z obowiązującymi teoriami, to wszystkie trzy nie są zgodne z żadną z nich.

Czasami zasady fizyki klasycznej wydają się nam 'naturalne' i 'logiczne', ale dzieje się tak tylko dlatego, że nie przetestowaliśmy ich porządnie. Mechanika kwantowa może wydawać się dziwna, jednak nasze klasyczne złudzenia również mogą być dziwne lub też niemożliwe do udowodnienia, niezależnie od tego, jak naprawdę działa świat - mówi współautor badań Daniel Terno z australijskiego Macquarie University.

Jeśli zespół Ioniciou ma rację, to okaże się nie tylko, że źle rozumiemy i badamy fizykę kwantową – bo badamy ją w odniesieniu do naszego świata fizyki klasycznej – ale również, że nie rozumiemy, jak działa fizyka klasyczna.

Nasz pogląd – uwaga: to pogląd a nie hipoteza – jest taki, że fizyka klasyczna może być równie dziwna co fizyka kwantowa, a skoro tak, to całe nasze badania mające na celu wyjaśnienie mechaniki kwantowej nie mają sensu. Nie ma bowiem powodu, by zamieniać jedno dziwactwo na drugie, albo przyjmować tylko część, a odrzucać resztę - wyjaśnia Terno.

Ioniciou i jego koledzy wpadli na swój zaskakujący pomysł zastanawiając się nad dualizmem falowo-korpuskularnym. Uczeni analizowali eksperyment opóźnionego wyboru Wheelera, podczas którego wykorzystywany jest interferometr. Gdy interferometr jest otwarty foton zachowuje się jak cząstka, a gdy jest zamknięty – zachowuje się jak fala. Pokazuje to, że w żadnym momencie fotonu nie można uznać za cząstkę czy za falę, należy przyjąć, że ma obie właściwości.

Jednak Terno i jego współpracownicy zakwestionowali takie podejście. Jeśli weźmiemy pod uwagę obiektywizm, to foton może być definiowany albo jako cząstka, albo jako fala, nigdy jak oba byty. Determinizm oznacza zaś, że wynik eksperymentu (stwierdzenie czy foton jest cząstką czy falą) może zostać odczytany jedynie wówczas, gdy znane są wszystkie informacje. Z kolei niezależność oznacza, że wynik nie jest zależny od założeń eksperymentu. Jak wyjaśniają uczeni, jako, że foton, w zależności od konfiguracji urządzenia wykazuje różne właściwości, to wszystkie trzy założenia fizyki klasycznej nie mogą być jednocześnie spełnione, a to znaczy, że nie można uzyskać żadnych wyników z eksperymentu. Dopóki w wyniku różnych konfiguracji tego samego eksperymentu będziemy otrzymywali różne wyniki, trzy intuicyjne założenia nie będą spełnione, niezależnie od teorii, jaką testujemy.

Jeśli wyobrazimy sobie teorię zmiennych ukrytych, która opisuje rozważane przez nas eksperymentu, to musimy pamiętać, że ma ona tylko siedem stopni swobody (siedem parametrów). Gdy nałożymy nań matematyczne wyrażenia naszych intuicyjnych założeń, to nic z tej swobody nie zostanie - wyjaśniają naukowcy. Proponują oni, by odrzucić założenie obiektywizmu, pozostawić jedynie determinizm i niezależność.

Autor:

Źródło: PhysOrg

fizyka klasyczna mechanika kwantowa