Theoretische Physiker haben eine neue Lösung für das Problem vorgeschlagen Schrödingers KatzenparadoxonDadurch könnten Einsteins Theorien der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie besser harmonieren.
Seltsame Gesetze Quantenphysik Es wird davon ausgegangen, dass physische Objekte in verschiedenen Zuständen existieren können, beispielsweise wenn sie sich gleichzeitig an zwei Orten befinden oder gleichzeitig unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen. Nach dieser Theorie bleibt das System bis zur Interaktion mit einem Messgerät in einer solchen „Überlagerung“ und erfasst durch die Messung nur bestimmte Werte. Diese plötzliche Zustandsänderung des Systems wird als Kollaps bezeichnet.
Der Physiker Erwin Schrödinger fasste diese Theorie 1935 mit seinem berühmten Katzenparadoxon zusammen – er verwendete die Metapher einer Katze in einer geschlossenen Kiste, die sowohl tot als auch lebendig ist, bis die Kiste geöffnet wird, wodurch der Zustand der Katze zusammenbricht und ihr Schicksal offenbart wird.
Allerdings ist die Anwendung dieser Regeln auf reale Szenarien mit Herausforderungen verbunden, und hier zeigt sich das eigentliche Paradoxon. Während für die Welt der Elementarteilchen Quantengesetze gelten, verhalten sich größere Objekte gemäß der klassischen Physik so, wie es Einsteins Theorie vorhersagt. Allgemeine Relativitätstheorieund werden niemals in einer Überlagerung von Zuständen beobachtet. Die Beschreibung des gesamten Universums mithilfe von Quantenprinzipien stellt noch größere Hürden dar, da das Universum recht klassisch erscheint und es keinen externen Beobachter gibt, der als Messgerät für seinen Zustand dienen könnte.
„Die Frage ist, kann das Universum, das keine Umgebung hat, in einer solchen Überlagerung existieren?“ Hauptautor Matteo CarlisoDer theoretische Physiker an der Universität Triest in Italien teilte WordsSideKick.com in einer E-Mail mit. „Die Beobachtungen sagen nein: Alles läuft nach den klassischen Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Was also bricht eine solche Überlagerung?“
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Um diese Frage zu beantworten, schlugen Carleso und seine Kollegen Modifikationen der Schrödinger-Gleichung vor, die regelt, wie sich alle Zustände, einschließlich der Superposition, im Laufe der Zeit entwickeln.
„Spezifische Modifikationen der Schrödinger-Gleichung könnten das Problem lösen“, sagte Carleso. Insbesondere fügte das Team der Gleichung Begriffe hinzu, die erklären, wie das System mit sich selbst interagiert, sowie einige andere spezifische Begriffe. Dies wiederum führt zum Zusammenbruch der Überlagerung.
„Solche Effekte sind umso stärker, je größer das System ist“, fügte Carleso hinzu.
Wichtig ist, dass diese Modifikationen kaum Auswirkungen auf mikroskopische Quantensysteme wie Atome und Moleküle haben, aber größere Systeme – wie das Universum selbst – in wiederkehrenden Abständen kollabieren lassen und ihnen spezifische Werte verleihen, die zu unseren Beobachtungen des Universums passen. Das Team beschrieb die modifizierte Schrödinger-Gleichung im Februar in der Zeitschrift Zeitschrift für Hochenergiephysik.
Nehmen Sie die Katze aus dem Desinfektionsmittel
In ihrer modifizierten Version der Quantenphysik haben die Forscher die Unterscheidung zwischen Messobjekten und Messgeräten aufgehoben. Stattdessen schlugen sie vor, dass der Zustand jedes Systems in regelmäßigen Abständen spontan zusammenbricht, was dazu führt, dass es für einige seiner Attribute bestimmte Werte annimmt.
Bei großen Systemen kommt es häufig zu spontanen Zusammenbrüchen, was ihnen ein klassisches Erscheinungsbild verleiht. Subatomare Objekte, die mit diesen Systemen interagieren, werden Teil von ihnen, was zu einem schnellen Zusammenbruch ihres Zustands und der Erfassung spezifischer messähnlicher Koordinaten führt.
„Ohne Eingreifen externer Einheiten stabilisiert sich jedes System automatisch (oder kollabiert) in einem bestimmten Zustand“, sagte Carleso. „Anstatt dass eine Katze tot und lebendig ist, findet man sie tot oder lebendig.“
Das neue Modell könnte erklären, warum wir… Freizeit Geometrie existiert nicht in einer Überlagerung von Zuständen und wird durch die klassischen Gleichungen von Einsteins Relativitätstheorie bestimmt.
„Unser Modell beschreibt ein Quantenuniversum, das schließlich zusammenbrach und praktisch zum klassischen Universum wurde“, sagte Carleso. „Wir haben gezeigt, dass Modelle des spontanen Kollaps die Entstehung des klassischen Universums aus einer Quantenüberlagerung von Universen erklären können, wobei jedes dieser Universen eine andere Raum-Zeit-Geometrie aufweist.“
Während diese Theorie erklären könnte, warum das Universum offenbar von den Gesetzen der klassischen Physik beherrscht wird, macht sie keine neuen Vorhersagen über großräumige physikalische Prozesse.
Allerdings macht es Vorhersagen darüber, wie sich Atome und Moleküle verhalten werden, wenn auch mit minimalen Abweichungen von der klassischen Quantenmechanik.
Daher wird das Testen des modifizierten quantitativen Modells nicht so einfach sein. Zukünftige Arbeiten werden darauf abzielen, solche Tests zu entwickeln.
„Gemeinsam mit experimentellen Mitarbeitern versuchen wir, die Auswirkungen von Kollapsmodifikationen zu testen oder Grenzwerte für ihre Parameter abzuleiten. Dies entspricht genau dem Testen der Grenzen der Quantentheorie.“
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