Новый взгляд на традиционный подход в квантовой механике

Физики построили теоретическую модель, которая объясняет странности квантового мира без необходимости вводить таинственного наблюдателя. Ими предложен эксперимент для ее проверки, работы над которым уже ведутся.

Квантовая механика сформировалась в 1920-х годах. С тех пор она не подвергалась никаким крупным изменениям – все оставалось на уровне гипотез. Таким гипотезам можно симпатизировать, но нельзя доверять, поскольку нет подтверждающих их экспериментов. Одним из таких предположений является модифицированная динамика или теория Жирарди–Римини–Вебера (GRW).

Цель этой теории – убрать эффекты наблюдения, требующие, чтобы частица «знала», когда на нее смотрят, а когда – нет.

В квантовой механике любое наблюдение приводит к редукции волновой функции – переходу частицы из «размазанного» во времени и пространстве состояния в локализованное. Дело тут не только во взаимодействии с большим и, следовательно, «классическим» измерительным прибором. Важен сам факт наблюдения. Почему это происходит, многие предпочитают не задумываться (подход: считай молча по формулам). Жирарди, Риммини и Вебер в 1985-ом году предположили, что редукция – спонтанно происходящее событие.

Когда квантовая частица взаимодействует с измерительным прибором, она входит в связанное состояние со многими частицами, его составляющими. Если в одной из них произойдет спонтанная редукция (а вероятность этого, в силу большого числа частиц, очень велика), то и волновая функция наблюдаемой частицы тоже редуцируется. Именно поэтому мы не можем наблюдать «размазанность» частиц – просто не успеваем.

В 1989-ом Филип Перл предложил свою теорию, которая объясняла случайные коллапсы теории ЖРВ флуктуациями в некоторой сущности, наполняющей вселенную подобно силовому полю. Его теория известна как теория непрерывных спонтанных локализаций ( continuous spontaneous localisation – CSL).

Проблемы начались, когда физики переписали уравнения CSL так, чтобы согласовать со специальной теорией относительности. Получилось, что иногда частицы должны выбрасывать бесконечное количество энергии.

В прошлом году Даниэль Бединхам из Имперского Колледжа Лондона предложил модификацию теории CSL, которая позволяет согласовать ее с СТО, при этом избежав появления бесконечностей. Его идея заключается в том, что флуктуирующее поле действует на волновые функции частиц не прямо, а посредством взаимодействия с промежуточным полем, которое сглаживает эффект и предотвращает выбросы. Выглядит все загадочно, но судьей теориям должна быть экспериментальная проверка.

Такой эксперимент, который бы смог подтвердить или опровергнуть теорию непрерывных спонтанных локализаций (включая и модифицированную Бэдинхамом версию), был недавно предложен Стефаном Ниммричтером из Венского Университета и его коллегами. По их расчетам, разница в классической и модифицированной теории должна приводить к наблюдаемой разнице в интерференционной картине, возникающей при взаимодействии небольших кластеров атомов.

Технологически эксперименты очень сложны. Трудность состоит в получении чрезвычайно плотных и холодных групп атомов. Тем не менее, уже как минимум семь научных групп в Европе начали подготовку к подобному эксперименту. Если опыты подтвердят новые теории, то это станет значительным событием в современной физике.

«Это будет чрезвычайно захватывающе», – говорит Перл.

Источник(и):

1. CNews