|
Kvanteteoriens 'Bølgefunktion' fundet at være en virkelig fysisk entitet
Eugenie Samuel Reich (Nature magasin)
I hjertet af det skøre, som kvantemekanikkens felt er berømt for, er bølgefunktionen, en kraftfuld men mystisk entitet, der bruges til af bestemme sandsynligheden for, at kvantepartikler vil have bestemte egenskaber. Nu genåbner et fortryk, som er sat online den 14. November, spørgsmålet, om hvad bølgeligningen repræsenterer - med et svar der kunne ryste kvantemekanikkens kerne. Hvor mange fysikere generelt har tolket bølgefunktionen som et statistisk værktøj, der afspejler vor uvidenhed om de partikler der bliver målt, argumenterer forfatterne af det seneste papir, at den i stedet er fysisk virkelig.
"Jeg ønsker ikke at lyde overstadig, men jeg tror, at ordet 'seismisk' sandsynligvis vil passe på dette papir," siger Antony Valentini, teoretisk fysiker, som specialiserer sig i kvantemekanikkens grundlag på Clemson University i South Carolina.
Valentini tror at dette resultat kan være det vigtigste generelle teorem i forhold til grundlaget for kvantemekanik siden Bells teorem, 1964 resultatet i hvilket den nordirske fysiker John Stewart Bell beviste, at hvis kvantemekanikken beskriver virkelige entiteter, skal den inkludere mystisk "virkning på afstand".
Virkning på afstand finder sted, når par af kvantepartikler vekselvirker på en sådan måde, at de bliver entangled. Men det nye papir, af en trio af fysikere ledet af Matthew Pusey på Imperial College London, præsenterer et teorem der viser, at hvis en kvantebølgefunktion udelukkende var et statisktisk værktøj så ville selv kvantetilstande, der ikke er forbundne over rum og tid, være i stand til at kommunikere med hinanden. Da det forekommer meget usandsynligt at være sandt, konkluderer forskerne, at bølgefunktionen trods alt skal være fysisk virkelig.
David Wallace, filosof i fysik på University of Oxford siger, at teoremet er det vigtigste resultat i grundlaget for kvantemekanik, som han har set i sin 15 års professionelle karriere. "Dette fjerner uklarheden og viser, at man ikke kan have en tolkning af en kvantetilstand som probabilistisk," siger han.
Historisk debat Debatten om hvordan man skal forstå bølgefunktionen går tilbage til 1920'erne. I 'Københavnertolkningen,' hvis pioner var den danske fysiker Niels Bohr blev bølgefunktionen betragtet som et beregningsmæssigt værktøj: den gav korrekte resultater, når den blev brugt til at beregne sandsynligheden for partikler med forskellige egenskaber, men fysikerne blev opmuntret til ikke at lede efter en dybere forklaring på, hvad bølgefunktionen er.
Albert Einstein foretrak også en statisktisk tolkning af bølgefunktionen, skønt han mente, at der måtte være en eller anden indtil nu ukendt virkelighed. Men andre, som den østrigske fysiker Erwin Schrödinger, betragtede bølgefunktionen, i det mindste i begyndelsen, som et virkeligt objekt.
Københavnertolkningen mistede senere sin popularitet, men ideen, at bølgefunktionen afspejler hvad vi kan vide om verdenen, snarere end fysisk virkelighed er kommet tilbage på mode i de sidste 15 år med kvanteinformation teoriens opdukken, siger Valentini.
Rudolph og hans kolleger kan sætte en stopper for den tendens. Deres teorem siger effektivt, at individuelle kvantesystemer skal "vide" nøjagtigt hvilken tilstand de er blevet forberedt i ellers ville resultater af målinger på dem føre til resultater i modstrid med kvantemekanikken. De afviste at kommentere mens deres fortryk gennemgår journal indgivelsesprocessen men siger i deres papir, at opdagelsen svarer til ideen at en individuel mønt kastes på en forud antaget måde - for eksempel så den kommer op med seks 'krone' ud af ti gange - har den iboende, fysiske egenskab af at være forudindtaget i kontrast til ideen, at forudindtagelsen simpelthen er en statistisk egenskab af mange møntkastresultater.
Kvanteinformation Robert Spekkens, fysiker ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo, Canada, som har foretrukket en statistisk tolkning af bølgefunktionen, siger, at Puseys teorem er korrekt og et 'fantastisk' resultat, men at han er uenig, om hvilken konklusion der bør drages af det. Han foretrækker en tolkning i hvilken alle kvantetilstande, inklusive ikke-entanglede, trods alt er relaterede.
Spekkens tilføjer, at han venter at teoremet vil have bredere konsekvenser for fysik, ligesom Bells og andre fundamentale teoremer har. I 1964 forudså ingen at Bells teorem ville så spirerne til kvanteinformationsteori og kvantekryptografi - som begge hviler på fænomener, der ikke er mulige i klassisk fysik. Spekkens mener, at dette teorem i sidste ende måske vil have lignende betydning. "Det er meget vigtigt og smukt i al sin enkelhed," siger han.
Fra Quantum Theory’s ‘Wavefunction’ Found to Be Real Physical Entity. Scientific American online.
|
