Ученые переосмысливают природу реальности

Квантовые физики из Университета Хиросимы обнаружили, что результаты квантовых измерений фундаментально связаны с динамикой взаимодействия между измерительным устройством и системой, бросая вызов традиционным представлениям о статических физических свойствах и предполагая, что реальность формируется контекстом этих взаимодействий. Их результаты предполагают необходимость переосмысления интерпретации квантовых экспериментальных данных.

Когда точность измерения приближается к пределу неопределенности, установленному квантовой механикой, результаты становятся зависимыми от динамики взаимодействия между измерительным устройством и системой. Это открытие может объяснить, почему квантовые эксперименты часто дают противоречивые результаты и могут противоречить основным предположениям о физической реальности.

Анализируйте исследования и результаты

Два квантовых физика из Университета Хиросимы недавно проанализировали динамику калибровочного взаимодействия, в котором значение физического свойства определяется квантовым изменением состояния датчика. Это трудная проблема, поскольку квантовая теория не определяет значение физического свойства, пока система не находится в так называемом «собственном состоянии» этого физического свойства, которое представляет собой очень небольшой набор особых квантовых состояний, для которых физическое свойство имеет собственность. Фиксированная стоимость.

Исследователи решили эту фундаментальную проблему, объединив информацию о прошлом системы с информацией о ее будущем при описании динамики системы во время измерительного взаимодействия, показав, что наблюдаемые значения физической системы зависят от динамики измерений. Взаимодействие, посредством которого это наблюдается.

Согласно квантовой теории, результаты измерений формируются изменениями во взаимоотношениях между прошлым и будущим системы, вызванными взаимодействием измерений. Изображение предоставлено: Томонори Мацусита и Хольгер Ф. Хоффманн, Университет Хиросимы.

Недавно команда опубликовала результаты своего исследования в журнале. Физическое обзорное исследование.

«Существует много разногласий по поводу интерпретации квантовой механики, потому что разные экспериментальные результаты не могут быть согласованы с одной и той же физической реальностью», — сказал Хольгер Хоффманн, профессор Высшей школы передовых наук и техники Университета Хиросимы в Хиросиме, Япония.

«В этой статье мы изучаем, как квантовые суперпозиции в динамике измерительного взаимодействия формируют наблюдаемую реальность системы, наблюдаемую в отклике счетчика. Это большой шаг к объяснению значения «суперпозиции» в квантовой механике», — сказал Хофманн. .

Суперпозиция и физическая реальность

В квантовой механике суперпозиция описывает ситуацию, в которой две возможные реальности сосуществуют, хотя их можно четко различить при проведении соответствующих измерений. Анализ исследования команды показывает, что суперпозиции описывают разные типы реальности, когда проводятся разные измерения. Реальность объекта зависит от взаимодействия объекта с окружающей средой.

«Наши результаты показывают, что физическая реальность объекта не может быть отделена от контекста всех его взаимодействий с окружающей средой, прошлым, настоящим и будущим, что дает убедительные доказательства против широко распространенного мнения о том, что наш мир можно свести к простой композиции объектов. ». «Физические строительные блоки», — сказал Хоффман.

Согласно квантовой теории, сдвиг калибровки, представляющий значение физического свойства, наблюдаемого при измерении, зависит от динамики системы, возникающей в результате флуктуаций обратного действия, с помощью которых калибровка нарушает состояние системы. Квантовые суперпозиции между различными возможными системными динамиками формируют отклик измерительного устройства и присваивают ему определенные значения.

Далее авторы пояснили, что флуктуации динамики системы зависят от силы калибровочного взаимодействия. В пределе слабых взаимодействий флуктуации динамики системы незначительны, и встречный сдвиг можно определить из уравнения Гамильтона-Якоби, классического дифференциального уравнения, которое выражает связь между физическим свойством и связанной с ним динамикой.

Когда взаимодействие измерений сильнее, наблюдаются сложные эффекты квантовой интерференции между динамикой различных систем. Полностью разрешенные измерения требуют полностью случайного распределения динамики системы. Это соответствует суперпозиции всей возможной системной динамики, где эффекты квантовой интерференции определяют только те компоненты квантового процесса, которые соответствуют собственным значениям физического свойства.

Собственные значения — это значения, присвоенные школьной квантовой механикой результатам измерений — точные Фотон Числа, вращение вверх или вниз и т. д. Как показывают новые результаты, эти значения являются результатом совершенно случайного распределения динамики. Различные значения необходимо учитывать, когда динамика системы не является полностью случайной по аналогии.

Значение для понимания квантовых измерений

Интересно, что это наблюдение открывает новую перспективу использования результатов измерений для описания реальности. Принято считать, что локальные частицы или целочисленные значения спина являются независимыми от измерений элементами реальности, но эти результаты исследований показывают, что эти значения генерируются только квантовыми интерференциями в достаточно мощных измерениях. Наше понимание значения эмпирических данных может нуждаться в фундаментальном пересмотре.

Хоффман и его команда надеются на дальнейшее прояснение противоречивых результатов, наблюдаемых во многих квантовых экспериментах. «Зависящие от контекста факты могут объяснить широкий спектр, казалось бы, противоречивых квантовых эффектов. Сейчас мы работаем над лучшими объяснениями этих явлений. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы развить более интуитивное понимание фундаментальных концепций квантовой механики, которое позволит избежать недоразумений, вызванных «Наивная вера в реальность микроскопических объектов».

Ссылка: «Зависимость результатов измерений от динамики когерентных квантовых взаимодействий между системой и масштабом», Томонори Мацусита и Хольгер Ф. Хоффманн, 31 июля 2023 г., Физическое обзорное исследование.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064.

Исследование финансировалось Японским агентством науки и технологий.