Haben wir die Quantenmechanik die ganze Zeit falsch interpretiert ? Have We Been Interpreting Quantum Mechanics
Wrong This Whole Time?
Ein Tröpfchen auf der
Oberfläche einer Flüssigkeit Prellen wurde festgestellt, viele Quanten-ähnliche
Eigenschaften, einschließlich Doppelspalt Interferenz, Tunnelbau und Energie
Quantisierung auszustellen. John Bush
Für fast ein Jahrhundert, "Realität" wurde eine trübe Konzept. Die Gesetze der
Quantenphysik scheinen darauf hinzudeuten, dass Partikel verbringen einen
Großteil ihrer Zeit in einem gespenstischen Zustand, selbst grundlegende
Eigenschaften wie z. B. eine bestimmte Lage fehlt und stattdessen vorhandene
überall und nirgends zugleich. Nur dann, wenn ein Teilchen gemessen wird, es
plötzlich materialisieren, erscheinen, um seine Position als ob durch einen Wurf
zu holen.
Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Original-Geschichte Quanten-Magazin
eine redaktionell unabhängige Abteilung des SimonsFoundation.org deren Aufgabe
es ist, öffentliche Verständnis von Wissenschaft zu verbessern durch abdecken
Forschungsentwicklungen und Trends in Mathematik und den physikalischen und
Lebenswissenschaften.
Diese Idee, dass die Natur ist von Natur aus probabilistischen —, dass Partikel
keine harten Eigenschaften haben nur Wahrscheinlichkeiten, bis sie beachtet
werden – wird direkt durch die standard Gleichungen der Quantenmechanik
impliziert. Aber jetzt hat eine Reihe von überraschenden Experimenten mit
Flüssigkeiten alte Skepsis gegenüber diesem Weltbild wiederbelebt. Die bizarre
Ergebnisse sind Interesse an eine fast vergessene Version der Quantenmechanik,
eine Betankung, die nie auf die Idee, eine einzelne, konkrete Realität gegeben
hat.
Die Experimente umfassen ein Öltröpfchen, die entlang der Oberfläche einer
Flüssigkeit springt. Das Droplet zirkuliert sanft die Flüssigkeit mit jedem
Sprung. Zur gleichen Zeit beeinflussen Wellen aus vergangenen springt seinen
Lauf. Das Droplet Interaktion mit seinen eigenen Wellen, die bilden, was als
pilot Welle bekannt ist, bewirkt, dass es früher als typisch für
Elementarteilchen werden Verhaltensweisen zeigen — einschließlich der
Verhaltensweisen, die als Beweis dafür, dass diese Partikel durch den Raum wie
Wellen, ohne irgendwelche bestimmten Ort verteilt sind, bis sie gemessen werden.
Partikel auf Quanten-Ebene scheinen Dinge tun, die Menschen-Skalieren von
Objekten nicht tun. Sie können tunnel durch Barrieren, spontan entstehen oder zu
vernichten und diskrete Energieniveaus zu besetzen. Dieses neue Organ der
Forschung zeigt, die Tröpfchen Öl als pilot Wellen geleitet zeigen auch diese
Quanten-ähnliche Funktionen.
Einige Forscher, die Experimente deuten darauf hin, dass Quantenobjekte als
definitive als Tröpfchen sind, und dass sie auch von pilot Wellen geleitet
werden – in diesem Fall, die Flüssigkeit-wie Wellenbewegungen in Raum und Zeit.
Diese Argumente haben neues Leben in einer deterministischen (im Gegensatz zu
probabilistischen) Theorie der mikroskopischen Welt zuerst vorgeschlagen, und
abgelehnt, bei der Geburt der Quantenmechanik injiziert.
"Dies ist ein klassisches System, dass Exponate Verhalten, die Menschen bisher
exklusiv für das Quanten-Reich war, und wir können sagen, warum", sagte John
Bush, Professor für angewandte Mathematik am Massachusetts Institute of
Technology, die mehrere neue Prellen Tröpfchen Experimentegeführt hat. "Je mehr
Dinge, die wir verstehen und können eine physikalische Begründung für, desto
schwieriger wird es sein, die"Quantenmechanik ist Magie"Perspektive zu
verteidigen."
Magische Messungen
Die orthodoxe Ansicht der Quantenmechanik, bekannt als die "Kopenhagener
Deutung" nach der Heimatstadt der dänische Physiker Niels Bohr, einer der seine
Architekten besagt, dass Partikel aus allen möglichen Realitäten gleichzeitig zu
spielen. Jedes Teilchen wird durch eine "Wahrscheinlichkeit Welle" Gewichtung
dieser vielfältigen Möglichkeiten dargestellt, und die Welle bricht in einen
bestimmten Zustand nur, wenn das Teilchen gemessen wird. Die Gleichungen der
Quantenmechanik befassen sich nicht wie ein Partikeleigenschaften zum Zeitpunkt
der Messung, verfestigen oder wie, in solchen Momenten Wirklichkeit nimmt welche
Form zu nehmen. Aber die Berechnungen arbeiten. Als Seth Lloyd, ein
Quantenphysiker am MIT, es ausdrückte, "die Quantenmechanik ist nur eingängig
und wir haben nur um es aufzusaugen."
Wenn ein paar Schlitze in einem Bild (oben)
aufleuchtet, zwei überlappenden Wellenfronten an einigen Stellen
zusammenarbeiten und heben sich dazwischen ein Interferenzmuster erzeugen. Das
Muster erscheint auch als Partikel auf dem Bildschirm eine von einem (unten),
erschossen werden als ob jedes Partikels beide Schlitze auf einmal, wie eine
Welle durchläuft. Akira Tonomura/Creative Commons
Eine klassische Experiment in der Quantenmechanik, die scheint zu zeigen, dass
die probabilistische Natur der Realität beinhaltet einen Strahl von Teilchen
(wie Elektronen) angetrieben, eins nach dem anderen in Richtung ein paar
Schlitze in einem Bildschirm. Wenn niemand hält verfolgen jedes Elektron
Flugbahn, scheint es beide Schlitze gleichzeitig passieren. In der Zeit schafft
der Elektronenstrahl eine wellenförmige Interferenzmuster von hellen und dunklen
Streifen auf der anderen Seite des Bildschirms. Aber wenn man die Schlitze ein
Detektor vorangestellt ist, seine Messung werden die Partikel verlieren ihre
wellenartigen Allgegenwart, Zusammenbruch in bestimmten Staaten und durch einen
Schlitz oder andere Reisen. Das Interferenzmuster verschwindet. Die große des
20. Jahrhunderts Physiker Richard Feynman sagte, dass dieses
Doppelspalt-Experiment "die Herzen der Quantenmechanik hat", und "ist unmöglich,
absolut unmöglich, auf jede Art zu erklären."
Einige Physiker jetzt widersprechen. "Die Quantenmechanik ist sehr erfolgreich;
Niemand behauptet, dass es falsch ist", sagte Paul Milewski, Professor für
Mathematik an der University of Bath in England die Computermodelle des
springenden Tröpfchen Dynamik entwickelt hat. "Was wir glauben, dass es sein
kann, in der Tat einige grundsätzlichere Grund warum [Quantenmechanik] sieht
aus, wie dies der Fall ist."
Wellen reiten
Die Idee, dass pilot Wellen die Besonderheiten der Partikel Termine zurück zu
den Anfängen der Quantenmechanik erklären könnten. Der französische Physiker
Louis de Broglie präsentierte die früheste Version von Pilot-Wellen-Theorie auf
die 1927 Solvay-Konferenz in Brüssel, eine berühmte Versammlung von den Gründern
des Feldes. Wie de Broglie an diesem Tag Albert Einstein, Erwin Schrödinger,
Werner Heisenberg, Bohr und zwei Dutzend andere berühmte Physiker erklärte,
machte Pilot-Wellen-Theorie die gleichen Vorhersagen als die probabilistische
Formulierung der Quantenmechanik (die würde nicht als die "Kopenhagener"
Interpretation bis in die 1950er Jahre bezeichnet werden), aber ohne die
geisterhaft oder mysteriöse Zusammenbruch.
Die probabilistische Version von Bohr, verfochten beinhaltet eine einzelne
Gleichung, die wahrscheinlich oder unwahrscheinlich Standorte von Partikeln wie
Höhen und Tiefen einer Welle darstellt. Bohr interpretiert diese
Wahrscheinlichkeit Wellengleichung als eine vollständige Definition des
Teilchens. Aber de Broglie forderte seine Kollegen zwei Formeln: eine
Beschreibung einer realen, physischen Welle, und eine andere die Flugbahn eines
tatsächlichen, konkreten Partikels auf die Variablen in die Wellengleichung zu
binden, als ob das Teilchen interagiert mit und wird angetrieben durch die
Welle, anstatt durch sie definiert wird.
Betrachten Sie z. B. das Doppelspalt-Experiment. In de Broglie Pilot-Welle Bild
jedes Elektron durchläuft nur eines der zwei Schlitze, aber wird durch ein pilot
Welle, die spaltet und reist durch die beiden Schlitze, beeinflusst. Wie
Strandgut in der Strömung zieht es die Teilchen zu den Orten, wo die zwei
Wellenfronten zusammenzuarbeiten, und geht nicht, wo sie aufheben.
De Broglie konnte nicht vorhersagen, den genauen Ort, wo eine einzelne Partikel
landen würde – genau wie Bohr Version der Ereignisse, Pilot-Wellen-Theorie
vorhersagt nur die statistische Verteilung der Ergebnisse oder die hellen und
dunklen Streifen – aber die beiden Männer dieses Manko unterschiedlich
interpretiert. Bohr behauptete, dass die Partikel nicht bestimmte Flugbahnen
haben; de Broglie argumentiert, dass sie es tun, aber wir jedes Partikels
Ausgangsposition gut genug messen kann, um den genauen Pfad abzuleiten.
Im Prinzip, aber die Pilot-Wellen-Theorie ist deterministisch: die Zukunft
entwickelt sich dynamisch aus der Vergangenheit, so dass, wenn Sie der genaue
Zustand aller Teilchen des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt
waren, konnte ihre Zustände zu allen zukünftigen Zeiten berechnet werden.
Bei der Solvay-Konferenz gegen Einstein eine probabilistische Universum
witzelnd, "Gott nicht Würfel, spielt" aber He über de Broglie Alternative schien
ambivalent . Bohr sagte Einstein "aufhören, Gott, was zu tun ist", und (aus
Gründen, die im Streit bleiben) gewann er den Tag. 1932, als der
Ungarisch-amerikanische Mathematiker John von Neumann behauptete nachgewiesen zu
haben, dass die probabilistische Wellengleichung in der Quantenmechanik hätte
keine "versteckte Variablen" (die Komponenten wie de Broglie Teilchen mit seiner
klar definierten Flugbahn fehlen), Pilot-Wellen-Theorie galt so schlecht, dass
die meisten Physiker von Neumanns Beweis ohne sogar eine Übersetzung zu lesen
glaubte.
Auf der fünften Solvay-Konferenz rief 1927 der
Begründer der Quantenmechanik, Louis de Broglie (mittlere Reihe, Dritter von
rechts) sprach sich für eine deterministische Formulierung der Quantenmechanik
Pilot-Wellen-Theorie. Aber eine probabilistische Version der Theorie von Niels
Bohr (mittlere Reihe, ganz rechts) verfochten hat gesiegt.
Mehr als 30 Jahren würde Vergehen von Neumanns Beweis wurde gezeigt, um falsch
zu sein, aber bis dahin ist der Schaden war angerichtet. Der Physiker David Bohm
in modifizierter Form im Jahr 1952 mit Einsteins Ermutigung und machte klar, das
es funktionierte, aber es nie erwischt auf auferstanden Pilot-Wellen-Theorie .
(Die Theorie ist auch bekannt als de Broglie-Bohm-Theorie oder Bohmsche
Mechanik).