Os cientistas estão repensando a natureza da realidade

À medida que a precisão de uma medição se aproxima do limite de incerteza estabelecido pela mecânica quântica, os resultados tornam-se dependentes da dinâmica da interação entre o dispositivo de medição e o sistema. Esta descoberta pode explicar porque é que as experiências quânticas produzem frequentemente resultados contraditórios e podem contradizer suposições básicas sobre a realidade física.

Analise pesquisas e resultados

Dois físicos quânticos da Universidade de Hiroshima analisaram recentemente a dinâmica de uma interação de calibre, na qual o valor de uma propriedade física é determinado por uma mudança quântica no estado de um calibre. Este é um problema difícil, porque a teoria quântica não determina o valor de uma propriedade física a menos que o sistema esteja no que é chamado de “estado próprio” dessa propriedade física, que é um conjunto muito pequeno de estados quânticos especiais para os quais a propriedade física tem a propriedade. Valor fixo.

Os pesquisadores resolveram este problema fundamental combinando informações sobre o passado de um sistema com informações sobre seu futuro ao descrever a dinâmica do sistema durante uma interação de medição, mostrando que os valores observáveis ​​de um sistema físico dependem da dinâmica de medição. A interação pela qual isso é observado.

De acordo com a teoria quântica, os resultados da medição são moldados por mudanças na relação entre o passado e o futuro do sistema causadas pela interação da medição. Crédito da imagem: Tomonori Matsushita e Holger F. Hoffmann, Universidade de Hiroshima

A equipe publicou recentemente os resultados de seu estudo na revista Pesquisa de revisão física.

“Há muita discordância sobre a interpretação da mecânica quântica porque diferentes resultados experimentais não podem ser conciliados com a mesma realidade física”, disse Holger Hoffmann, professor da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima, em Hiroshima, Japão.

“Neste artigo, estudamos como as superposições quânticas na dinâmica de uma interação de medição moldam a realidade observada de um sistema visto na resposta do medidor. Este é um grande passo para explicar o significado de ‘superposição’ na mecânica quântica, “disse Hofmann .

Superposição e realidade física

Na mecânica quântica, a superposição descreve uma situação em que duas realidades possíveis parecem coexistir, embora possam ser claramente distinguidas quando a medição apropriada é feita. A análise do estudo da equipe sugere que as superposições descrevem diferentes tipos de realidade quando são feitas diferentes medições. A realidade de um objeto depende das interações do objeto com o ambiente circundante.

“Os nossos resultados mostram que a realidade física de um objecto não pode ser separada do contexto de todas as suas interacções com o ambiente, passado, presente e futuro, fornecendo fortes evidências contra a crença generalizada de que o nosso mundo pode ser reduzido a uma mera composição de objectos. .” “Blocos de construção físicos”, disse Hoffman.

De acordo com a teoria quântica, o deslocamento do medidor que representa o valor da propriedade física observada na medição depende da dinâmica do sistema resultante das flutuações de ação inversa pelas quais o medidor perturba o estado do sistema. As superposições quânticas entre diferentes dinâmicas de sistema possíveis moldam a resposta do dispositivo de medição e atribuem valores específicos a ele.

Os autores explicaram ainda que as flutuações na dinâmica do sistema dependem da força da interação do medidor. No limite das interações fracas, as flutuações da dinâmica do sistema são insignificantes e o contra-deslocamento pode ser determinado a partir da equação de Hamilton-Jacobi, uma equação diferencial clássica que expressa a relação entre uma propriedade física e sua dinâmica associada.

Quando a interação de medição é mais forte, são observados efeitos complexos de interferência quântica entre diferentes dinâmicas de sistema. Medições totalmente resolvidas requerem uma distribuição completamente aleatória da dinâmica do sistema. Isso corresponde à superposição de todas as dinâmicas de sistema possíveis, onde os efeitos de interferência quântica determinam apenas os componentes do processo quântico que correspondem aos autovalores da propriedade física.

Autovalores são os valores atribuídos pela mecânica quântica escolar aos resultados de medição – exatos Fóton Números, rotação para cima ou para baixo, etc. Como mostram os novos resultados, esses valores são o resultado de uma distribuição completamente aleatória da dinâmica. Valores diferentes devem ser levados em consideração quando a dinâmica do sistema não é completamente aleatória por analogia.

Implicações para a compreensão das medições quânticas

Curiosamente, esta observação fornece uma nova perspectiva para a utilização de resultados de medição para descrever a realidade. É comumente assumido que partículas locais ou valores inteiros de spin são elementos da realidade independentes de medição, mas os resultados da pesquisa indicam que esses valores são gerados apenas por interferências quânticas em medições suficientemente poderosas. A nossa compreensão do significado dos dados empíricos pode necessitar de uma revisão fundamental.

Hoffman e sua equipe esperam esclarecer ainda mais os resultados contraditórios observados em muitos experimentos quânticos. “Fatos dependentes do contexto podem explicar uma ampla gama de efeitos quânticos aparentemente contraditórios. Estamos agora trabalhando em melhores explicações para esses fenômenos. Em última análise, o objetivo é desenvolver uma compreensão mais intuitiva dos conceitos fundamentais da mecânica quântica que evite mal-entendidos causados ​​por “Crença ingênua na realidade dos objetos microscópicos.”

Referência: “Dependência dos resultados da medição na dinâmica das interações quânticas coerentes entre o sistema e a escala” por Tomonori Matsushita e Holger F. Hoffmann, 31 de julho de 2023, Pesquisa de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

O estudo foi financiado pela Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia.