Category Archives: kvantna fizika

Kako Higsovo polje daje masu česticama i šta je Higsov bozon?

**Higsov bozon**, poznat i kao **Higsov čestica**, je elementarna čestica u **Standardnom modelu** čestica. Ona se stvara kvantnom ekscitacijom **Higsovog polja**, jednog od polja u teoriji čestica. Evo kako Higsov bozon daje masu drugim česticama:

1. **Polja i čestice**: Prvo, svaka elementarna čestica dobija svoj jedinstveni skup osobina interakcijom sa nevidljivim entitetima zvanim **polja**. Polja su slična sportskim terenima na kojima se čestice kreću i sudaraju. Na primer, **elektromagnetno polje** je povezano sa **fotonima**, česticama svetlosti.

2. **Higsovo polje**: Postoji i **Higsovo polje** koje daje masu česticama. Sve osim masivnih fotona i gluona dobijaju svoje mase interakcijom sa Higsovim poljem. Zamislite da Higsovo polje deluje kao gust sirup kroz koji čestice prolaze. Neke čestice se teže probijaju kroz ovaj “sirup” od drugih, što ih čini težim. Na primer, **elektroni** i **neutrini** su lakše čestice, dok je **top kvark** hiljade puta više otežan dejstvom Higsovog polja¹.

3. **Higsov mehanizam**: Higsovo polje je skalarno polje sa dva neutralna i dva električki nabijena komponenta. Ovo polje ima vrednost različitu od nule svuda (uključujući prazan prostor), što narušava simetriju slabog izospina elektroslabe interakcije. Preko **Higsovog mehanizma**, sve masivne elementarne čestice Standardnog modela, uključujući sam Higsov bozon, dobijaju masu.

Ukratko, Higsov bozon posreduje interakciju sa Higsovim poljem i omogućava drugim česticama da dobiju masu. Bez Higsovog polja, sve bi čestice bile bez mase i kretale bi se brzinom svetlosti, bez mogućnosti  da formiraju atome²³.

**Higsov bozon** i **Higsovo polje** su ključni koncepti u fizici elementarnih čestica. Evo kako se razlikuju:

1. **Higsov bozon**:
   – Higsov bozon, takođe poznat kao Higsova čestica, je **elementarna čestica** u **Standardnom modelu** čestica.
   – On je **masivni skalarni bozon** sa **nulom spina**, **pozitivnom paritetom**, **bez električkog naboja** i **bez boje**.
   – Higsov bozon **se raspada** gotovo odmah nakon što se stvori.
   – Njegova **masa** je eksperimentalno određena i iznosi oko **125 GeV/c²**².

2. **Higsovo polje**:
   – Higsovo polje je **skalarno polje** koje ispunjava celokupan prostor svemira.
   – Prema teoriji, Higsovo polje daje masu svim elementarnim česticama.
   – Kada čestice interaguju sa Higsovim poljem, dobijaju masu. Ovo se dešava putem **Higsovog mehanizma**.
   – Higsovo polje ima **dva neutralna i dva električki nabijena komponenta** koja formiraju kompleksni dublet **slabe izospin SU(2) simetrije**.
   – Polje ima vrednost različitu od nule svuda u prostoru, što narušava simetriju **elektroslabe interakcije** i daje masu svim masivnim elementarnim česticama, uključujući i sam Higsov bozon.

Ukratko, Higsov bozon je konkretna čestica koja se javlja kao talas u Higsovom polju. Higsovo polje, s druge strane, ispunjava celokupan prostor i omogućava masu drugim česticama⁴⁶.

|

Koja je razlika između kvantne teorije polja i teorije struna?

Kvantna teorija polja i teorija struna dva su okvira za opisivanje temeljne prirode stvarnosti. Kvantna teorija polja temelji se na ideji da svaka točka u prostor-vremenu ima skup polja povezanih s njom, te da su čestice pobude tih polja. Teorija struna temelji se na ideji da najosnovniji entiteti nisu točkaste čestice, već jednodimenzionalne strune koje mogu vibrirati na različite načine.

Jedna od glavnih razlika između kvantne teorije polja i teorije struna je ta što je kvantna teorija polja kompatibilna s načelima posebne relativnosti i kvantne mehanike, ali ne i s općom relativnošću, koja je teorija gravitacije. Teorija struna, s druge strane, kandidat je za teoriju kvantne gravitacije, koja bi ujedinila sve fundamentalne sile prirode.

Druga je razlika u tome što je kvantna teorija polja dobro ispitana i potvrđena mnogim eksperimentima, dok je teorija struna još uvijek spekulativni i matematički okvir koji još nije dao nikakva provjerljiva predviđanja. Kvantna teorija polja također je fleksibilnija i može prihvatiti različite vrste čestica i interakcija, dok je teorija struna više ograničena i zahtijeva dodatne dimenzije prostora i supersimetriju za rad.

Treća razlika je u tome što je kvantna teorija polja lokalna teorija, što znači da interakcije između čestica ovise samo o njihovim položajima i brzinama u određenom trenutku u vremenu. Teorija struna je ne-lokalna teorija, što znači da interakcije između struna ovise o njihovoj cjelokupnoj povijesti i oblicima u prostor-vremenu.

Kvantna teorija polja i teorija struna nisu nužno nekompatibilne, a neki se fizičari nadaju da se teorija struna može promatrati kao generalizacija kvantne teorije polja. Zapravo, teorija struna može reproducirati mnoge aspekte kvantne teorije polja uzimajući u obzir određena ograničenja i aproksimacije. Na primjer, struna se može aproksimirati točkastom česticom kada je njezina duljina mnogo manja od ljestvice udaljenosti od interesa. Nasuprot tome, neke kvantne teorije polja mogu se izvesti iz teorije struna razmatranjem određenih vrsta struna i pozadine.

Šta je kvantna teleportaciju i da li funkcionira?

Da, kvantna teleportacija informacija je moguća. Kvantna teleportacija je tehnika za prijenos kvantnih informacija od pošiljaoca na jednoj lokaciji do primaoca na nekoj udaljenosti. Dok se teleportacija obično prikazuje u naučnoj fantastici kao sredstvo za prijenos fizičkih objekata s jedne lokacije na drugu, kvantna teleportacija prenosi samo kvantne informacije ¹. Prvi naučni članak koji istražuje kvantnu teleportaciju objavili su C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres i W. K. Wootters 1993. godine, u kojem su koristili metode dvostruke komunikacije za slanje/primanje kvantnih informacija ¹. Eksperimentalno su ga 1997. godine realizovale dvije istraživačke grupe, predvođene Sanduom Popescuom i Antonom Zeilingerom ¹. Dijagram osnovnih komponenti koje se koriste za kvantnu teleportaciju možete vidjeti na slici ispod:

Moguće je da će kvantna teleportacija u budućnosti omogućiti izgradnju super brzog i izuzetno sigurnog kvantnog interneta ³. Međutim, trenutno se kvantna teleportacija koristi samo u eksperimentalne svrhe i nije dostupna široj javnosti ².

Izvor:
(1) Kvantna teleportacija – Wikipedia. https://bs.wikipedia.org/wiki/Kvantna_teleportacija.
(2) Dosežena kvantna teleportacija z 90-odstotno natančnostjo na razdalji …. https://www.student.si/izpostavljeno/znanost/dosezena-kvantna-teleportacija-z-90-odstotno-natancnostjo-na-razdalji-44-km/.
(3) Kvantna teleportacija – Wikipedia. https://bing.com/search?q=Da+li+funkcionira+kvantno+teleportiranje+informacija%3f.
(4) Izvedena uspješna teleportacija; moći će i ljudi! – tportal. https://www.tportal.hr/vijesti/clanak/izvedena-uspjesna-teleportacija-moci-ce-i-ljudi-20140602.
(5) undefined. https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Kvantna_teleportacija&oldid=3547461.

Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena pionirima kvantne informacije

Nobelovu nagradu za fiziku 2022. zajednički su dobili Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger

Nobelova nagrada za fiziku 2022. zajednički je dodijeljena Alainu Aspectu, Johnu F. Clauseru i Antonu Zeilingeru za eksperimente sa zapletenim fotonima i njihov rad u pionirskoj kvantnoj informacijskoj znanosti.

Trio je osvojio 10 milijuna švedskih kruna, koje će ravnomjerno podijeliti laureati.

“Postaje sve jasnije da se pojavljuje nova vrsta kvantne tehnologije. Vidimo da je rad laureata sa zapetljanim stanjima od velike važnosti, čak i izvan temeljnih pitanja o tumačenju kvantne mehanike,” kaže Anders Irbäck, predsjednik Nobelovog odbora za fiziku.

Alain Aspect, rođen je 1947. u Agenu, Francuska. Doktorirao je 1983. na Sveučilištu Paris-Sud, Orsay, Francuska. Profesor je na Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, Francuska.

John F. Clauser istraživački fizičar, SAD razvio je ideje Johna Bella, što je dovelo do praktičnog eksperimenta. Kada je izvršio mjerenja, ona su poduprla kvantnu mehaniku jasno kršeći Bellovu nejednakost. To znači da se kvantna mehanika ne može zamijeniti teorijom koja koristi skrivene varijable.

Anton Zeilinger, profesor na Sveučilištu u Beču, Austrija koristeći rafinirane alate i duge nizove eksperimenata. Anton Zeilinger je počeo koristiti zapletena kvantna stanja. Između ostalog, njegova istraživačka skupina demonstrirala je fenomen nazvan kvantna teleportacija, koji omogućuje premještanje kvantnog stanja s jedne čestice na drugu na velikoj udaljenosti.

Profesor na Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, Francuska Alain Aspect razvio je postavku, koristeći je na način da zatvori važnu rupu u zakonu koja je ostala nakon rada Johna Clausera. Uspio je promijeniti postavke mjerenja nakon što je zapleteni par čestica napustio svoj izvor, tako da postavka koja je postojala kada su emitirani nije mogla utjecati na rezultat.

Izvor: https://www.nobelprize.org/

Šta je to Aharonov–Bohmov efekt?

Aharonov–Bohmov efekt, koji se ponekad naziva i Ehrenberg–Siday–Aharonov–Bohmov efekt, kvantno je mehanički fenomen u kojem na električki nabijenu česticu djeluje elektromagnetski potencijal (φ, A), unatoč tome što je ograničen na područje u kojem oba magnetsko polje B i električno polje E su nula. Temeljni mehanizam je spajanje elektromagnetskog potencijala s kompleksnom fazom valne funkcije nabijene čestice, a Aharonov–Bohmov učinak je u skladu s tim ilustriran eksperimentima interferencije.

Najčešće opisani slučaj, koji se ponekad naziva Aharonov–Bohmov solenoidni učinak, događa se kada valna funkcija nabijene čestice koja prolazi oko dugog solenoida doživi fazni pomak kao rezultat zatvorenog magnetskog polja, unatoč tome što je magnetsko polje zanemarivo u područje kroz koje čestica prolazi i valna funkcija čestice zanemariva je unutar solenoida. Ovaj fazni pomak promatran je eksperimentalno. Također postoje magnetski Aharonov-Bohmovi učinci na vezane energije i presjeke raspršenja, ali ti slučajevi nisu eksperimentalno ispitani. Predviđen je i električni Aharonov–Bohmov fenomen, u kojem na nabijenu česticu utječu područja s različitim električnim potencijalima ali nultim električnim poljem, ali to još nema eksperimentalnu potvrdu. Odvojeni “molekularni” Aharonov-Bohmov učinak predložen je za nuklearno gibanje u višestruko povezanim regijama, ali se tvrdi da je to drugačija vrsta geometrijske faze jer nije “ni nelokalna ni topološka”, ovisno samo o lokalnim količinama duž jezgre.

Werner Ehrenberg (1901. – 1975.) i Raymond E. Siday prvi su predvidjeli učinak 1949. Yakir Aharonov i David Bohm objavili su svoju analizu 1959. Nakon objavljivanja rada iz 1959., Bohm je obaviješten o radu Ehrenberga i Sidaya, koji je bio priznat i pripisano u sljedećem radu Bohma i Aharonova iz 1961. Učinak je potvrđen eksperimentalno, s vrlo velikom pogreškom, dok je Bohm još bio živ. U trenutku kad je pogreška pala na respektabilnu vrijednost, Bohm je umro.

Roger Penrose kaže da je fizika pogrešna, od teorije struna do kvantne mehanike

Ovo su nekoliko pitanja i odgovora u interviju koji su radili Susan Kruglinski i Oliver Chanarin za discoveri casopis:

Nazvali ste stvarne implikacije kvantne fizike besmislenim. Koji je vaš prigovor?

O: Kvantna mehanika je nevjerovatna teorija koja objašnjava sve stvari koje se prije nisu mogle objasniti, počevši od stabilnosti atoma. Ali kada prihvatite neobičnost kvantne mehanike [u makro svijetu], morate odustati od ideje prostora-vremena kakvu poznajemo od Einsteina. Najveća je neobičnost ovdje što nema smisla. Ako se pridržavate pravila, smislite nešto što jednostavno nije u redu.

P: U kvantnoj mehanici objekt može postojati odjednom u mnogim stanjima, što zvuči ludo. Kvantni opis svijeta izgleda potpuno suprotan svijetu kakav ga doživljavamo.

O: To nema nikakvog smisla, a postoji jednostavan razlog. Vidite, matematika kvantne mehanike ima dva dijela. Jedna je evolucija kvantnog sistema, koja je izuzetno precizno i tačno opisana Schrödingerovom jednadžbom. Ta jednadžba vam govori ovo: Ako znate kakvo je stanje sistema sada, možete izračunati šta će raditi za 10 minuta. Međutim, postoji drugi dio kvantne mehanike – stvar koja se događa kada želite izvršiti mjerenje. Umjesto da dobijete jedan odgovor, koristite jednadžbu za izradu vjerovatnoće određenih ishoda. Rezultati ne kažu: “To svijet radi.” Umjesto toga, oni samo opisuju vjerovatnoću da to učini bilo što. Jednadžba bi svijet trebala opisivati na potpuno deterministički način, ali to ne čini.

P: Erwin Schrödinger, koji je stvorio tu jednadžbu, smatran je genijem. Sigurno je cijenio taj sukob.

O: Schrödinger je toga bio svjestan kao i svi drugi. Govori o svojoj hipotetičkoj mački i kaže, manje-više, “U redu, ako vjerujete u ono što kaže moja jednadžba, morate vjerovati da je ova mačka istovremeno mrtva i živa.” Kaže, „To su očito gluposti, jer to nije tako. Stoga, moja jednadžba ne može biti ispravna za mačku. Dakle, mora biti uključen neki drugi faktor. “

P: Dakle, sam Schrödinger nikada nije vjerovao da analogija mačaka odražava prirodu stvarnosti?

O: O da, mislim da je na to ukazivao. Mislim, pogledajte tri najveće figure u kvantnoj mehanici, Schrödinger, Einstein i Paul Dirac. Svi su oni u određenom smislu bili kvantni skeptici. Dirac je taj koga ljudi najviše iznenađuju, jer je postavio čitav temelj, opći okvir kvantne mehanike. Ljudi o njemu misle kao o tvrdoj liniji, ali bio je vrlo oprezan u onome što je rekao. Kada su ga pitali: “Koji je odgovor na problem mjerenja?” njegov odgovor je bio, „Kvantna mehanika je privremena teorija. Zašto bih tražio odgovor u kvantnoj mehanici? ” Nije vjerovao da je to istina. Ali ovo nije rekao puno naglas.

P: Ipak, analogija Schrödingerove mačke uvijek se predstavlja kao čudna stvarnost koju moramo prihvatiti. Ne pokreće li koncept mnoge današnje ideje o teorijskoj fizici?

O: Tako je. Ljudi ne žele mijenjati Schrödingerovu jednadžbu, vodeći ih ka onome što se naziva interpretacijom kvantne mehanike “mnogih svjetova”.

P: Ta interpretacija kaže da se sve vjerovatnoće igraju negdje u paralelnim univerzumima?

O: Kaže se OK, mačka je nekako živa i mrtva u isto vrijeme. Da biste pogledali tu mačku, morate postati superpozicija [dvije države koje postoje istovremeno] od toga da vidite živu mačku i vidite mrtvu mačku. Naravno, čini se da to ne doživljavamo, pa fizičari moraju reći, pa, nekako, vaša svijest kreće jednim ili drugim putem, a da vi to ne znate. Doveli ste se do potpuno ludog gledišta. Uvedeni ste u ove stvari “mnogih svjetova”, koje nemaju nikakve veze s onim što zapravo opažamo.

P: Ideja o paralelnim univerzumima – mnogim svjetovima – je ideja veoma usredsređena na čoveka, kao da sve treba shvatiti iz perspektive onoga što možemo detektovati sa svojih pet čula.

O: Problem je u tome šta možete učiniti s tim? Ništa. Želite fizičku teoriju koja opisuje svijet koji vidimo oko sebe. To je ono što je fizika oduvijek bila: Objasnite šta svijet koji vidimo čini i zašto ili kako to čini. Kvantna mehanika mnogih svjetova to ne radi. Ili to prihvaćate i pokušavate to razumjeti, što čini mnogo ljudi, ili, poput mene, kažete ne – to je izvan granica onoga što nam kvantna mehanika može reći. Što je začudo vrlo neobična pozicija. Moje mišljenje je da kvantna mehanika nije baš u pravu i mislim da za to postoji mnogo dokaza. To jednostavno nisu direktni eksperimentalni dokazi u okviru trenutnih eksperimenata.

P: Generalno, ideje u teorijskoj fizici djeluju sve fantastičnije. Uzmi teoriju struna. Sve što govori o 11 dimenzija ili postojanju našeg svemira na gigantskoj membrani djeluje nadrealno.

O: Potpuno ste u pravu. I u određenom smislu, krivim kvantnu mehaniku, jer ljudi kažu, „Pa, kvantna mehanika je tako neintuitivna; ako vjerujete u to, možete vjerovati u sve što je neintuitivno. ” Ali, vidite, kvantna mehanika ima puno eksperimentalne podrške, tako da morate ići s puno nje. Dok teorija struna nema eksperimentalnu potporu.

P: Razumijem da ovu kritiku kvantne mehanike izlažete u svojoj novoj knjizi.

O: Knjiga se zove Moda, vjera i fantazija u novoj fizici svemira. Svaka od tih riječi označava glavnu ideju teorijske fizike. Moda je teorija struna; fantazija ima veze s raznim kosmološkim shemama, uglavnom inflatornom kosmologijom [što sugerira da se svemir eksponencijalno napuhao u malom djeliću sekunde nakon Velikog praska]. Velike ribe, to su stvari. Gotovo je svetogrdno ih napadati. A druga, još bogohulnija, je kvantna mehanika na svim nivoima – tako da je to vjera. Ljudi su nekako stekli stav da zaista ne možete dovesti u pitanje.

P: Prije nekoliko godina rekli ste da je gravitacija ono što razdvaja klasični svijet od kvantnog. Postoji li dovoljno ljudi koji postavljaju kvantnu mehaniku na ovakav test?

O: Ne, iako je nekako ohrabrujuće da ljudi uopće rade na tome. Nekad se o tome razmišljalo kao o nekoj vrtoglavoj, rubnoj aktivnosti koju su ljudi mogli raditi kad su ostarili i otišli u penziju. Pa, stara sam i penzionisana! Ali to se ne smatra središnjom, već glavnom aktivnošću, što je šteta.

P: Nakon Newtona, i opet nakon Einsteina, način na koji su ljudi razmišljali o svijetu promijenio se. Kada se riješi zagonetka kvantne mehanike, hoće li doći do nove revolucije u razmišljanju?

P: Teško je prognozirati. Ernest Rutherford rekao je da njegov model atoma [koji je doveo do nuklearne fizike i atomske bombe] nikada neće biti od koristi. Ali da, bio bih prilično siguran da će to imati ogroman utjecaj. Postoje stvari poput toga kako bi se kvantna mehanika mogla koristiti u biologiji. Na kraju će to napraviti ogromnu razliku, vjerojatno na sve vrste nezamislivih načina.

P: U svojoj knjizi Carev novi um postavili ste da svijest nastaje kvantnim fizičkim djelovanjima unutar ćelija mozga. Dvije decenije kasnije, da li ostajete pri tome?

O: Po mom mišljenju, svjesni mozak ne djeluje u skladu s klasičnom fizikom. Ne djeluje ni prema konvencionalnoj kvantnoj mehanici. Djeluje prema teoriji koju još uvijek nemamo. Ovo je pomalo glavom, ali mislim da je pomalo poput otkrića Williama Harveyja o cirkulaciji krvi. Otkrio je da mora cirkulirati, ali vene i arterije samo propadaju, pa kako bi krv mogla prelaziti s jedne na drugu? A on je rekao, “Pa to su sigurno male cijevi, i mi ih ne možemo vidjeti, ali one moraju biti tamo.” Nitko neko vrijeme nije vjerovao. Tako da se još uvijek nadam da ću pronaći tako nešto – neku strukturu koja čuva koherentnost, jer vjerujem da bi to trebalo biti tamo.

P: Kada fizičari konačno shvate srž kvantne fizike, kako mislite da će izgledati teorija?

O: Mislim da će biti lijepa.

Izvor: https://www.discovermagazine.com/the-sciences/discover-interview-roger-penrose-says-physics-is-wrong-from-string-theory

Šta je to kvantni um?

Kvantni um ili kvantna svijest je grupa hipoteza koje sugeriraju da klasična mehanika ne može objasniti svijest. Kaže da kvantno-mehanički fenomeni, poput preplitanja i superpozicije, mogu igrati važnu ulogu u funkciji mozga i objasniti svijest.

Tvrdnje da je svijest nekako kvantno-mehanička mogu se preklopiti s kvantnom mistikom, pseudoznanstvenim pokretom koji dodjeljuje natprirodne karakteristike raznim kvantnim fenomenima poput nelokalnosti i efekta promatrača.



Historija
Eugene Wigner razvio je ideju da kvantna mehanika ima neke veze sa radom uma. Predložio je da se talasna funkcija urušava zbog interakcije sa sviješću. Freeman Dyson tvrdio je da je “um, što se očituje sposobnošću donošenja izbora, u određenoj mjeri svojstven svakom elektronu.”

Drugi suvremeni fizičari i filozofi smatrali su ove argumente neuvjerljivim. Victor Stenger okarakterizirao je kvantnu svijest kao “mit” koji nema “nikakvu naučnu osnovu” koji bi “trebao zauzeti svoje mjesto zajedno s bogovima, jednorozima i zmajevima.”

David Chalmers argumentira protiv kvantne svijesti. Umjesto toga, raspravlja o tome kako se kvantna mehanika može povezati s dualističkom sviješću. Chalmers je skeptičan da bilo koja nova fizika može riješiti težak problem svijesti.

Pristup kvantnog uma
Bohm
David Bohm smatrao je kvantnu teoriju i relativnost kontradiktornim, što podrazumijeva temeljniji nivo u svemiru. Tvrdio je da su i kvantna teorija i relativnost ukazale na ovu dublju teoriju, koju je formulisao kao kvantnu teoriju polja. Ovaj temeljniji nivo predložen je da predstavlja nepodijeljenu cjelovitost i implicirani poredak, iz kojeg proizlazi eksplicirani poredak svemira kakav ga doživljavamo.

Bohmov predloženi implicitni poredak odnosi se i na materiju i na svijest. Sugerirao je da bi to moglo objasniti odnos između njih. Um i materiju vidio je kao projekcije u naš eksplicirani poredak iz osnovnog impliciranog poretka. Bohm je tvrdio da kada gledamo materiju, ne vidimo ništa što bi nam pomoglo da razumijemo svijest.



Bohm je razgovarao o iskustvu slušanja muzike. Vjerovao je da osjećaj pokreta i promjene koji čine naše glazbeno iskustvo proizlazi iz držanja neposredne prošlosti i sadašnjosti u mozgu. Glazbene note iz prošlosti prije su transformacije nego sjećanja. Bilješke koje su bile implicirane u neposrednoj prošlosti postaju eksplikativne u sadašnjosti. Bohm je ovo smatrao sviješću koja izranja iz impliciranog poretka.

Bohm je pokret, promjenu ili protok i koherentnost iskustava, poput slušanja muzike, vidio kao manifestaciju impliciranog reda. Tvrdio je da dokaze za to izvodi iz djela Jean Piaget-a o dojenčadi. Održao je ove studije kako bi pokazao da mala djeca uče o vremenu i prostoru jer imaju “čvrsto povezano” razumijevanje pokreta kao dijela impliciranog poretka. Uporedio je ovo čvrsto povezivanje s Chomskyjevom teorijom da je gramatika čvrsto povezana u ljudski mozak.

Bohm nikada nije predložio konkretno sredstvo kojim bi se njegov prijedlog mogao falsificirati, niti neuronski mehanizam putem kojeg bi se njegov “implicirani poredak” mogao pojaviti na način relevantan za svijest. Kasnije je surađivao na holonomskoj teoriji mozga Karla Pribrama kao modela kvantne svijesti.

Prema filozofu Paavu Pylkkänenu, Bohmova sugestija “prirodno vodi do pretpostavke da je fizički korelat procesa logičkog mišljenja na klasično opisivoj razini mozga, dok je osnovni proces razmišljanja na kvantno-teorijski opisivoj razini”.

Penrose i Hameroff

Teoretski fizičar Roger Penrose i anesteziolog Stuart Hameroff surađivali su u stvaranju teorije poznate kao Orchestrated Objective Reduction (Orch-OR). Penrose i Hameroff u početku su razvijali svoje ideje odvojeno, a kasnije su surađivali u proizvodnji Orch-OR-a početkom 1990-ih. Oni su svoju teoriju pregledali i ažurirali 2013. godine

Penroseov argument proizašao je iz Gödelovih teorema nepotpunosti. U svojoj prvoj knjizi o svijesti, Carev novi um (1989.), tvrdio je da iako formalni sistem ne može dokazati vlastitu dosljednost, Gödelove nedokazive rezultate dokazuju ljudski matematičari. Penrose je ovo shvatio da ljudski matematičari nisu formalni dokazni sustavi i ne pokreću računski algoritam. Prema Bringsjordu i Xiaou, ova linija razmišljanja temelji se na pogrešnoj dvosmislenosti o značenju računanja. U istoj je knjizi Penrose napisao: “Međutim, moglo bi se pretpostaviti da se negdje duboko u mozgu mogu naći ćelije pojedinačne kvantne osjetljivosti. Ako se to pokaže, kvantna mehanika će biti značajno uključena u aktivnost mozga . “

Penrose je utvrdio da je kolaps valne funkcije bio jedina moguća fizička osnova za neizračunljiv proces. Nezadovoljan njegovom slučajnošću, predložio je novi oblik kolapsa valne funkcije koji se događa izolirano i nazvao ga objektivnom redukcijom. Predložio je da svaka kvantna superpozicija ima svoj dio prostorno-vremenske zakrivljenosti i da kada se odvoje od više od jedne Planckove dužine postanu nestabilne i urušavaju se. Penrose je sugerirao da objektivna redukcija ne predstavlja slučajnost ni algoritamsku obradu, već neizračunljiv utjecaj u geometriji prostora i vremena iz kojeg proizlazi matematičko razumijevanje i, kasnije, svijest.

Hameroff je iznio hipotezu da bi mikrotubule bile pogodni domaćini za kvantno ponašanje. Mikrotubule se sastoje od dimernih podjedinica proteina tubulina. Svaki od dimera ima hidrofobne džepove koji su međusobno udaljeni 8 nm i mogu sadržavati delokalizirane pi elektrone. Tubulini imaju i druga manja nepolarna područja koja sadrže pi elektronskim bogatim indolskim prstenovima odvojenim za oko 2 nm. Hameroff je predložio da su ti elektroni dovoljno blizu da se zaplete. Prvobitno je pretpostavio da bi elektroni tubulinske podjedinice formirali Bose-Einsteinov kondenzat, ali to je diskreditirano. Zatim je predložio Frohlichov kondenzat, hipotetičko koherentno osciliranje dipolarnih molekula, ali i to je eksperimentalno diskreditirano.

Orch-OR je dao brojna lažna biološka predviđanja i nije prihvaćeni model fiziologije mozga. Drugim riječima, nedostaje veza između fizike i neuronauke. Na primjer, predloženu prevlast mikrotubula ‘A’ rešetke, prikladnije za obradu informacija, falsificirali su Kikkawa i sur., koji su pokazali da sve in vivo mikrotubule imaju ‘B’ rešetku i šav. Također je falsificirano predloženo postojanje spoja između neurona i glija stanica. Orch-OR je predvidio da koherentnost mikrotubula doseže sinapse putem dendritičnih lamelarnih tijela (DLB), ali De Zeeuw et al. dokazali da je to nemoguće pokazujući da su DLB udaljeni mikrometri od spojeva praznina.

  1. godine Hameroff i Penrose tvrdili su da otkriće kvantnih vibracija u mikrotubulama Anirban Bandyopadhyay iz Nacionalnog instituta za nauku o materijalima u Japanu u martu 2013 potvrđuje teoriju Orch-OR.

Iako su ove teorije iznesene u naučnom okviru, teško ih je odvojiti od ličnih mišljenja naučnika. Mišljenja se često zasnivaju na intuiciji ili subjektivnim idejama o prirodi svesti. Na primjer, Penrose je napisao,

moje vlastito gledište tvrdi da ne možete simulirati ni svjesne aktivnosti. Ono što se događa u svjesnom razmišljanju je nešto što nikako ne biste mogli pravilno oponašati računarom …. Ako se nešto ponaša kao da je svjesno, da li kažete da je svjesno? Ljudi se oko toga beskrajno svađaju. Neki bi ljudi rekli, ‘Pa, morate zauzeti operativni stav; ne znamo šta je svest. Kako prosuđujete je li osoba pri svijesti ili nije? Samo načinom na koji se ponašaju. Isti kriterij primjenjujete na računalo ili robota kojim upravlja računalo. ‘ Drugi bi ljudi rekli, “Ne, ne možete reći da nešto osjeća samo zato što se ponaša kao da nešto osjeća.” Moj pogled se razlikuje od oba. Robot se ne bi ni ponašao uvjerljivo kao da je bio svjestan, osim ako uistinu jest – što ja kažem da ne bi mogao biti, ako je u potpunosti računski kontroliran.

Penrose nastavlja,

Mnogo onoga što mozak radi možete raditi na računaru. Ne kažem da se sva akcija mozga potpuno razlikuje od onoga što radite na računaru. Tvrdim da su akcije svijesti nešto drugačije. Ne kažem da je i svijest izvan fizike – iako kažem da je to izvan fizike koju sada poznajemo …. Moja tvrdnja je da u fizici mora postojati nešto što još ne razumijemo, što je vrlo važno, i koja je neračunarskog karaktera. To nije specifično za naš mozak; to je tamo, u fizičkom svijetu. Ali obično igra potpuno beznačajnu ulogu. Morao bi biti na mostu između kvantnog i klasičnog nivoa ponašanja – tj. Tamo gdje dolazi kvantno mjerenje.



W. Daniel Hillis odgovorio je: “Penrose je počinio klasičnu grešku stavljajući ljude u središte svemira. Njegov argument je u osnovi da ne može zamisliti kako um može biti tako kompliciran kao što je bez uvođenja magičnog eliksira iz nekog novog principa fizike, pa stoga to mora uključivati. To je neuspjeh Penroseove mašte …. Istina je da postoje neobjašnjive, neobjašnjive stvari, ali nema razloga vjerovati da je složeno ponašanje koje vidimo kod ljudi na bilo koji način povezan sa neuobičajenim, neobjašnjivim stvarima. “

Lawrence Krauss također otvoreno kritizira Penroseove ideje. Rekao je, “Roger Penrose dao je mnoštvo novodobne municije za crackpots sugerirajući da bi u nekim temeljnim razmjerima kvantna mehanika mogla biti relevantna za svijest. Kad čujete izraz” kvantna svijest “, trebali biste biti sumnjičavi …. Mnogi ljudi sumnjaju da su Penroseovi prijedlozi razumni, jer mozak nije izolirani kvantno-mehanički sistem. “

Umezawa, Vitiello, Freeman
Hiroomi Umezawa i saradnici predložili su kvantnu teoriju polja memorije. Giuseppe Vitiello i Walter Freeman predložili su dijaloški model uma. Ovaj dijalog odvija se između klasičnog i kvantnog dijela mozga. Njihovi modeli kvantne teorije polja moždane dinamike bitno se razlikuju od Penrose-Hameroff teorije.

Pribram, Bohm, Kak
Holonomska teorija mozga Karla Pribrama (kvantna holografija) pozvala se na kvantnu mehaniku da bi objasnila um obradi višeg reda. Tvrdio je da je njegov holonomski model riješio problem vezanja. Pribram je surađivao s Bohmom u njegovom radu na kvantnim pristupima umu i pružio je dokaze o tome koliko je obrada u mozgu urađena u cjelini. Predložio je da bi naručena voda na površinama dendritične membrane mogla djelovati strukturiranjem Bose-Einsteinove kondenzacije podržavajući kvantnu dinamiku.

Stapp
Henry Stapp je predložio da se kvantni talasi smanjuju samo u interakciji sa sviješću. On tvrdi iz ortodoksne kvantne mehanike Johna von Neumanna da se kvantno stanje urušava kada posmatrač odabere jednu od alternativnih kvantnih mogućnosti kao osnovu za buduće djelovanje. Kolaps se, dakle, događa u očekivanju da se posmatrač pridruži stanju. Stappov rad povukao je kritike naučnika poput Davida Bourgeta i Danka Georgieva. Georgiev kritizirao je Stappov model u dva aspekta:



Stapp-ov um nema vlastitu talasnu funkciju ili matricu gustine, ali unatoč tome može djelovati na mozak pomoću operatora projekcije. Takva upotreba nije kompatibilna sa standardnom kvantnom mehanikom, jer se na bilo koju tačku u prostoru može povezati bilo koji broj sablasnih umova koji deluju na fizičke kvantne sisteme sa bilo kojim operatorom projekcije. Stappov model stoga negira “prevladavajuće principe fizike”.
Stappova tvrdnja da je kvantni Zenoov efekt robustan protiv dekoherentnosti okoline direktno je u suprotnosti sa osnovnom teoremom u kvantnoj teoriji informacija: da delovanje sa operaterima projekcije na matricu gustine kvantnog sistema može samo povećati Von Neumannovu entropiju.
Stapp je odgovorio na oba prigovora Georgieva.

David Pearce
Britanski filozof David Pearce brani ono što naziva fizikalističkim idealizmom (“nematerijalistički fizikalist tvrdi da je stvarnost u osnovi iskustvena i da je prirodni svijet iscrpno opisan jednadžbama fizike i njihovim rješenjima”) i pretpostavio je da su jedinstveni svjesni umovi fizička stanja kvantne koherencije (neuronske superpozicije). Prema Pearceu, ova je pretpostavka podložna falsificiranju, za razliku od većine teorija svijesti, a Pearce je izložio eksperimentalni protokol koji opisuje kako bi se hipoteza mogla testirati pomoću interferometrije materija-val za otkrivanje neklasičnih obrazaca interferencije neuronskih superpozicija na početku toplotne dekoherencija. Pearce priznaje da su njegove ideje “vrlo špekulativne”, “kontintuitivne” i “nevjerovatne”.

Izvor: Wiki

Pronađeni su novi dokazi da je kvantni svijet još čudniji nego što smo mislili

Novi eksperimentalni dokaz sa Univerziteta Purdue izvijestio je o novim eksperimentalnim dokazima o kolektivnom ponašanju elektrona da bi stvorili “kvazičestice” nazvane “biloni”.

Anyon ima karakteristike koje se ne vide u drugim subatomskim česticama, uključujući pokazivanje frakcionog naboja i frakcionu statistiku koja održavaju “memoriju” njihove interakcije s drugim kvazičesticama izazivanjem kvantno-mehaničkih faznih promjena.

Postdoktorski istraživački saradnik James Nakamura, uz pomoć članova istraživačke grupe Shuang Liang i Geoffrey Gardner, otkrio je to radeći u laboratoriji profesora Michaela Manfre. Manfra je ugledni profesor fizike i astronomije, Purdueov Bill i Dee O’Brien, profesor fizike i astronomije, profesor elektrotehnike i računarskog inženjerstva i profesor inženjerstva materijala. Iako bi se ovo djelo na kraju moglo pokazati relevantnim za razvoj kvantnog računara, zasad, rekao je Manfra, to treba smatrati važnim korakom u razumijevanju fizike kvazičestica.

Istraživački rad o otkriću objavljen je u ovonedeljnom časopisu Nature Physics.

Nobelovac, teoretski fizičar Frank Wilczek, profesor fizike na MIT-u, dao je ovim kvazičesticama naziv “bilo koji” zbog njihovog neobičnog ponašanja, jer za razliku od drugih vrsta čestica, mogu usvojiti “bilo koju” kvantnu fazu kada njihova pozicije se razmjenjuju.

Prije sve većih dokaza o bilo kojem događaju 2020. godine, fizičari su kategorizirali čestice u poznatom svijetu u dvije grupe: fermioni i bozoni. Elektroni su primjer fermiona, a fotoni, koji čine svjetlost i radio valove, su bozoni. Jedna karakteristična razlika između fermiona i bozona je kako čestice djeluju kada su upletene ili upletene jedna oko druge. Fermioni odgovaraju na jedan neposredan način, a bozoni na drugi očekivani i neposredan način.

Svatko reagira kao da ima razlomljeni naboj, i što je još zanimljivije, stvara netrivijalnu promjenu faze dok se pletu jedni oko drugih. To svakome može dati vrstu “memorije” njihove interakcije.

“Anyon postoji samo kao kolektivno pobuđivanje elektrona pod posebnim okolnostima”, rekao je Manfra. “Ali oni imaju ta dokazljivo hladna svojstva, uključujući frakcijski naboj i frakcionu statistiku. Smiješno je, jer mislite:” Kako mogu imati manje naboja od elementarnog naboja elektrona? ” Ali imaju. “

Manfra je rekao da kada se razmijene bozoni ili fermioni, oni generiraju fazni faktor ili plus jedan, odnosno minus jedan.

“U slučaju našeg bilo koga, faza generirana pletenicama bila je 2π / 3,” rekao je. “To je drugačije od onoga što je ranije viđeno u prirodi.”

Anyons ovo ponašanje pokazuju samo kao kolektivnu gomilu elektrona, gdje se mnogi elektroni ponašaju kao jedan u vrlo ekstremnim i specifičnim uvjetima, pa se ne smatra da se mogu naći izolirani u prirodi, rekao je Nakamura.

“Uobičajeno u svijetu fizike razmišljamo o osnovnim česticama, poput protona i elektrona, i o svim stvarima koje čine periodni sistem”, rekao je. “Ali mi proučavamo postojanje kvazičestica koje izranjaju iz mora elektrona koji se nalaze u određenim ekstremnim uvjetima.”

Budući da ovo ponašanje ovisi o tome koliko puta se čestice pletu ili petljaju jedna oko druge, one su robusnije po svojim svojstvima od ostalih kvantnih čestica. Za ovu karakteristiku se kaže da je topološka jer ovisi o geometriji sistema i na kraju može dovesti do mnogo sofisticiranijih bilo kojih struktura koje bi se mogle koristiti za izgradnju stabilnih, topoloških kvantnih računara.

Tim je bio u stanju demonstrirati ovo ponašanje usmjeravanjem elektrona kroz specifičnu nagrušenu nanostrukturu nalik lavirintu sačinjenu od galijum arsenida i aluminijuma galijum arsenida. Ovaj uređaj, nazvan interferometar, ograničio je elektrone da se kreću u dvodimenzionalnoj putanji. Uređaj je ohlađen na stoti stepen od apsolutne nule (10 millikelvina) i izložen snažnom magnetnom polju od 9 Tesla. Električni otpor interferometra stvorio je smetnju koju su istraživači nazvali “parcelom pidžame”. Skokovi u obrascu smetnji bili su znak prisustva bilo koga.

“To je definitivno jedna od složenijih i složenijih stvari koje treba uraditi u eksperimentalnoj fizici”, rekao je Chetan Nayak, teorijski fizičar sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari za Science News.

Nakamura je rekao da su objekti u Purdueu stvorili okruženje za ovo otkriće.

“Imamo tehnologiju za uzgajanje poluprovodnika galijum arsenida koja je potrebna za realizaciju našeg elektronskog sistema. U nanotehnološkom centru Birck imamo uređaje za nanoizradu kako bismo napravili interferometar, uređaj koji smo koristili u eksperimentima. Na odjelu za fiziku imamo sposobnost mjerenja ultra niskih temperatura i stvaranja jakih magnetskih polja. ” on je rekao. “Dakle, imamo sve potrebne komponente koje su nam omogućile da ovo otkriće napravimo ovdje u Purdueu. To je sjajna stvar u istraživanju ovdje i zašto smo uspjeli napredovati.”

Manfra je rekao da će sljedeći korak na granici kvazičestica uključivati izgradnju složenijih interferometara.

“U novim interferometrima imat ćemo mogućnost upravljanja lokacijom i brojem kvazičestica u komori,” rekao je. “Tada ćemo moći promijeniti broj kvazičestica unutar interferometra na zahtjev i promijeniti obrazac smetnji kako mi odaberemo.”

Izvor: https://phys.org/news/2020-09-evidence-quantum-world-stranger-thought.html

Da li je relativnost rješenje kvantnih zagonetki?

Od svojih početaka kvantna mehanika nije prestala da nas zadivljava svojom osobenošću, tako da ju je teško razumjeti. Zašto jedna čestica izgleda kao da prolazi kroz dvije pukotine istovremeno? Zašto umjesto konkretnih predviđanja možemo govoriti samo o evoluciji vjerojatnosti? Prema teoretičarima sa univerziteta u Varšavi i Oxfordu, najvažnija obilježja kvantnog svijeta mogu proizaći iz posebne teorije relativnosti, koja se do sada činilo da nema malo veze s kvantnom mehanikom.

Od dolaska kvantne mehanike i teorije relativnosti, fizičari su izgubili san zbog nekompatibilnosti ova tri koncepta (tri, jer postoje dvije teorije relativnosti: posebna i opća). Opšte je prihvaćeno da je opis kvantne mehanike najvažniji i da će se teorija relativnosti morati prilagoditi njoj. Dr Andrzej Dragan sa Fizičkog fakulteta Univerziteta u Varšavi (FUW) i prof. Artur Ekert sa Univerziteta u Oxfordu (UO) upravo su predstavili svoje obrazloženje dovodeći do drugačijeg zaključka. U članku “Kvantni princip relativnosti”, objavljenom u Novom časopisu za fiziku, oni dokazuju da karakteristike kvantne mehanike koje određuju njenu jedinstvenost i neintuitivnu egzotičnost – prihvaćene, štoviše, u vjeri (kao aksiomi) – mogu biti objašnjene u okviru posebne teorije relativnosti. Samo se treba odlučiti na određeni prilično neortodoksni korak.

Albert Einstein je posebnu teoriju relativnosti temeljio na dva postulata. Prvi je poznat kao Galilejev princip relativnosti (koji je, imajte na umu, poseban slučaj Kopernikovog principa). To kaže da je fizika ista u svakom inercijalnom sustavu (tj. Onom koji je ili u mirovanju ili u stalnom kretanju ravno). Drugi postulat, formuliran na osnovu čuvenog eksperimenta Michelson-Morley, nametnuo je zahtjev za konstantnom brzinom svjetlosti u svakom referentnom sistemu.

“Einstein je drugi postulat smatrao ključnim. U stvarnosti, ono što je presudno je princip relativnosti. Već 1910. Vladimir Ignatowski pokazao je da je samo na ovom principu moguće rekonstruirati sve relativističke pojave posebne teorije relativnosti. A upečatljivo jednostavno obrazloženje, vodeći direktno iz principa relativnosti ka relativizmu, također je 1992. godine predstavio profesor Andrzej Szymacha sa našeg fakulteta “, kaže dr Dragan.

Posebna teorija relativnosti je koherentna struktura koja omogućuje tri matematički ispravna tipa rješenja: svijet čestica koje se kreću subluminalnim brzinama, svijet čestica koje se kreću brzinom svjetlosti i svijet čestica koje se kreću superluminalnim brzinama. Ova treća opcija uvijek je odbačena kao da nema nikakve veze sa stvarnošću.

“Postavljali smo pitanje: šta se dešava ako – za sada bez ulaska u fizikalnost ili nefizikalnost rešenja – ozbiljno ne budemo dio posebne teorije relativnosti, već sve zajedno sa nadmoćnim sistemom? Očekivali bi paradokse uzroka-posljedica. U međuvremenu, vidjeli smo upravo da ovi efekti čine najdublje jezgro kvantne mehanike “, kažu dr Dragan i prof. Ekert.

U početku su oba teoretičara smatrala pojednostavljeni slučaj: prostor-vrijeme sa sve tri porodice rješenja, ali koji se sastoji od samo jedne prostorne i jedne vremenske dimenzije (1 + 1). Čini se da se čestica u mirovanju u jednom sistemu kreće superluminalnom brzinom u drugom, što znači da je i sama superluminoznost relativna.

U kontinuirano izgrađenom prostorno-vremenskom kontinuumu događaju se nedeterministički događaji prirodno. Ako u jednom sustavu u tački A postoji stvaranje superluminalne čestice, čak i potpuno predvidljive, emitirane prema tački B, gdje jednostavno nema podataka o razlozima emisije, tada sa stajališta promatrača u drugom sistemu događaji teku od tačke B do točke A, tako da počinju od potpuno nepredvidivog događaja. Ispada da se analogni efekti pojavljuju i u slučaju emisije subluminalnih čestica.

Oba su teoretičara također pokazala da se, uzimajući u obzir superluminalna rješenja, kretanje čestice na više putanja istovremeno pojavljuje prirodno, a opis tijeka događaja zahtijeva unošenje zbroja kombiniranih amplituda vjerojatnosti koje ukazuju na postojanje superpozicije stanja, pojava do sad povezana samo sa kvantnom mehanikom.

U slučaju prostor-vrijeme s tri prostorne dimenzije i jednom vremenskom dimenzijom (3 + 1), tj. koja odgovara našoj fizičkoj stvarnosti situacija je složenija. Princip relativnosti u svom izvornom obliku nije sačuvan – subluminalni i superluminalni sistem se razlikuju. Međutim, istraživači su primijetili da kada se princip relativnosti promijeni u oblik: “Sposobnost opisivanja događaja na lokalni i determinirajući način ne bi trebala ovisiti o odabiru inercijalnog referentnog sustava”, ograničava rješenja na one u koji svi zaključci iz razmatranja u (1 + 1) prostor-vremenu ostaju valjani.

“Primijetili smo, slučajno, mogućnost zanimljive interpretacije uloge pojedinih dimenzija. U sistemu koji promatraču izgleda superluminalno izgleda da neke prostorno-vremenske dimenzije mijenjaju njihove fizičke uloge. Samo jedna dimenzija superluminalne svjetlosti ima prostorni karakter – jedna duž koje se čestica kreće. Ostale tri dimenzije izgledaju kao vremenske dimenzije “, kaže dr Dragan.

Karakteristična karakteristika prostornih dimenzija je da se čestica može kretati u bilo kojem smjeru ili ostati u mirovanju, dok se u vremenskoj dimenziji uvijek širi u jednom smjeru (što svakodnevnim jezikom nazivamo starenjem). Dakle, tri vremenske dimenzije superluminalnog sistema s jednom prostornom dimenzijom (1 + 3) značile bi tako da čestice neminovno ostare tri puta istovremeno. Proces starenja čestice u superluminalnom sistemu (1 + 3), posmatran iz subluminalnog sistema (3 + 1), izgledao bi kao da se čestica kreće poput sfernog talasa, što bi dovelo do poznatog Huygensovog principa (svaka tačka na talasna fronta može se tretirati kao izvor novog sfernog talasa) i korpuskularno-valnog dualizma.

“Sva neobičnost koja se pojavljuje kada se razmatraju rješenja koja se odnose na sistem koji izgleda superluminalno ispada da nije ništa čudnije od onoga što je već općenito prihvaćena i eksperimentalno provjerena kvantna teorija. Naprotiv, uzimajući u obzir superluminalni sistem, moguće je – najmanje teorijski – da bi se iz postupaka kvantne mehanike izveli iz posebne teorije relativnosti, koje su obično prihvaćene kao posledica drugih, fundamentalnijih razloga “, zaključuje dr Dragan.

Gotovo stotinu godina kvantna mehanika čeka dublju teoriju da objasni prirodu svojih misterioznih pojava. Ako bi obrazloženje koje su iznijeli fizičari s FUW-a i UO-a prošlo test vremena, historija bi se okrutno rugala svim fizičarima. “Nepoznata” teorija koju su desetljećima tražili, objašnjavajući jedinstvenost kvantne mehanike, bila bi nešto što je poznato već od prvog rada kvantne teorije.

Izvor: Phys.org

Schrödingerova mačka

Schrödingerova mačka je misaoni eksperiment, ponekad opisan kao paradoks, koji je osmislio austrijski fizičar Erwin Schrödinger 1935. godine, iako je ideja potekla od Alberta Einsteina. To ilustrira ono što je vidio kao problem kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike primijenjene na svakodnevne predmete. Scenarij predstavlja hipotetičku mačku koja može biti istovremeno i živa i mrtva, stanje poznato kao kvantna superpozicija, kao rezultat povezanosti na slučajni subatomski događaj koji se može dogoditi ili ne dogoditi.

Misaoni eksperiment je često predstavljen u teorijskim raspravama o interpretacijama kvantne mehanike, posebno u situacijama koje uključuju problem sa mjerenjem. Schrödinger je skovao termin Verschränkung (zapletenost) tokom razvijanja misaonog eksperimenta.

Schrödinger je svoj misaoni eksperiment zamislio kao diskusiju o članku EPR-a – nazvanom po svojim autorima Einstein, Podolsky i Rosen – 1935. godine. EPR članak naglasio je kontraintuitivnu prirodu kvantnih superpozicija, u kojima kvantni sistem poput atoma ili fotona može postojati kao kombinacija više stanja koja odgovaraju različitim mogućim ishodima.

Prevladavajuća teorija, nazvana interpretacijom iz Kopenhagena, kaže da kvantni sistem ostaje u superpoziciji sve dok ne djeluje na vanjski svijet ili ga ne promatra vanjski svijet. Kad se to dogodi, superpozicija se urušava u jedno ili drugo od mogućih definitivnih stanja. EPR eksperiment pokazuje da sistem s više čestica odvojenih velikim udaljenostima može biti u takvoj superpoziciji. Schrödinger i Einstein razmijenili su pisma o Einsteinovom članku o EPR-u, tokom kojeg je Einstein istaknuo da će stanje nestabilne bule baruta nakon nekog vremena sadržavati superpoziciju i eksplodiranih i neeksplodiranih stanja.

Da bi dodatno ilustrirao, Schrödinger je opisao kako se, u načelu, može stvoriti superpozicija u sistemu velikih razmjera, čineći ga ovisnim o kvantnoj čestici koja je bila u superpoziciji. Predložio je scenarij s mačkom u zaključanoj čeličnoj komori, pri čemu život ili smrt mačke ovisi o stanju radioaktivnog atoma, bilo da se raspada i emitira zračenje ili ne. Prema Schrödingeru, kopenhagenska interpretacija podrazumijeva da mačka ostaje i živa i mrtva dok ju neko ne promatra. Schrödinger nije želio promovirati ideju mrtvih i živih mačaka kao ozbiljnu mogućnost; naprotiv, namijenio je primjer da ilustrira apsurdnost postojećeg pogleda kvantne mehanike.

Međutim, od Schrödingerovog vremena fizičari su razvili i druge interpretacije matematike kvantne mehanike, od kojih neke smatraju mačkinu superpoziciju “živog i mrtvog stanja” sasvim stvarnom. Bez obzira da li se kutija, uređaj i mačka zapravo smatraju makroskopskim fizičkim objektima, razlikuje se u svrhi u kojoj se mislilo eksperiment koristi. Kada se koristi kao ilustrativni element u drugim misaonim eksperimentima, obično se smatra čisto metaforičnim sistemom da se izbjegne pitanje može li superpozicija trajati značajno u tako velikom obimu bez dekoherencije. Zamišljen kao kritika kopenhagenske interpretacije (prevladavajuća ortodoksija 1935.), Schrödingerov mačji eksperiment i dalje ostaje kamen temeljac za moderne interpretacije kvantne mehanike. Fizičari često koriste način na koji se svako tumačenje odnosi na Schrödingerovu mačku kao način ilustracije i uspoređivanja određenih osobina, snaga i slabosti svakog tumačenja.

Schrödinger je napisao / la:

Čak se mogu postaviti prilično smješni slučajevi. Mačka je stavljena u čeličnu komoru, zajedno sa sljedećim uređajem (koji mora biti zaštićen od direktne smetnje mačke): na Gegerovom brojaču nalazi se sitno malo radioaktivne tvari, tako malo, da je možda u toku sata kada se jedan od atoma raspada, ali isto tako, s jednakom verovatnoćom, možda i nijedan; ako se dogodi, brojač cijevi isprazni i putem releja pusti čekić koji razbija malu tikvicu cijanovodične kiseline. Ako je jedan cijeli sistem ostavio sebi sat vremena, rekli bi da mačka još živi ako se u međuvremenu ni nijedan atom ne raspadne. Prvo atomsko raspadanje otrovalo bi ga. Psi-funkcija čitavog sistema bi se izrazila time što bi živa i mrtva mačka bile pomiješane ili razmazane u jednakim dijelovima.

Tipično je za ove slučajeve da se neodređenost izvorno ograničena na atomsku domenu pretvara u makroskopsku neodređenost, koja se potom može riješiti izravnim promatranjem. To nas sprječava da naivno prihvatimo kao validan „zamagljeni model“ za predstavljanje stvarnosti. Sam po sebi, on ne bi utjelovio ništa nejasno ili kontradiktorno. Postoji razlika između drhtave fotografije i snimke oblaka i magle.

Schrödingerov čuveni misaoni eksperiment postavlja pitanje, “kada kvantni sistem prestaje postojati kao superpozicija stanja i kad postaje jedno ili drugo?” (Tehnički gledano, kada stvarno kvantno stanje prestaje biti netrivijalna linearna kombinacija stanja, od kojih svako nalikuje različitim klasičnim stanjima, i umjesto toga počinje imati jedinstveni klasični opis?). Ako mačka preživi, sjeća se samo žive . Ali objašnjenja EPR eksperimenata koja su u skladu sa standardnom mikroskopskom kvantnom mehanikom zahtijevaju da makroskopski predmeti, poput mačaka i bilježnica, nemaju uvijek jedinstvene klasične opise. Misaoni eksperiment ilustrira ovaj prividni paradoks. Naša intuicija kaže da nijedan promatrač ne može biti u mješavini stanja – ali mačka, čini se iz misaonog eksperimenta, može biti takva smjesa. Da li je mački potrebno da bude promatrač ili da li njeno postojanje u jednom dobro definiranom klasičnom stanju zahtijeva drugog vanjskog promatrača? Svaka alternativa djelovala je apsurdno Einsteinu, koji je bio impresioniran sposobnošću misaonog eksperimenta da istakne ta pitanja. U pismu Schrödingeru iz 1950. godine napisao je:

Vi ste jedini savremeni fizičar, pored Laue, koji vidi da se ne može zaobići pretpostavka stvarnosti, ako je samo jedan iskren. Većina njih jednostavno ne vidi kakvu rizičnu igru igraju sa stvarnošću – stvarnost kao nešto što je nezavisno od eksperimentalno utvrđenog. Njihovu interpretaciju, međutim, najelegantnije opovrgava vaš sistem radioaktivnog atoma + pojačalo + naboj pištolja u prahu + mačka u kutiji, u kojoj psi-funkcija sustava sadrži i mačku živu i raznesenu na komade. Nitko zaista ne sumnja da je prisustvo ili odsustvo mačke nešto nezavisno od čina opažanja.

Napominjemo da se naboj baruta ne spominje u Schrödingerovoj instalaciji, koja koristi Geigerov brojač kao pojačalo, a ugljikovodični otrov umjesto baruta. Barut je spomenut u Einsteinovoj originalnoj sugestiji Schrödinger-u, a Einstein ga je prenosio naprijed u ovu raspravu.

Interpretacije eksperimenta


Od Schrödingerovog vremena predložene su druge interpretacije kvantne mehanike koje daju različite odgovore na pitanja koja postavlja Schrödingerova mačka o tome koliko dugo traju superpozicije i kada (ili da li) propadaju.

Kopenhagenska interpretacija



Ova interpretacija kvantne mehanike je interpretacija iz Kopenhagena. U interpretaciji iz Kopenhagena, sistem prestaje biti superpozicija stanja i postaje jedno ili drugo kada se dogodi promatranje. Ovaj misaoni eksperiment otkriva činjenicu da priroda mjerenja ili promatranja nije dobro definirana u ovoj interpretaciji. Eksperiment se može protumačiti tako da sustav dok je zatvoren okvir istovremeno postoji u superpoziciji stanja “raspadnutog jezgra / mrtva mačka” i “neoplođeno jezgro / živa mačka”, i to samo kad se kutija otvori i promatranjem valna funkcijan se sruši u jedno od dva stanja.

Međutim, jedan od glavnih naučnika povezanih s interpretacijom iz Kopenhagena, Niels Bohr, nikada nije imao na umu propadanje valne funkcije uzrokovano promatračem, jer on valnu funkciju nije smatrao fizički stvarnom, već statističkim alatom; prema tome, Schrödingerova mačka nije mu predstavljala nikakvu zagonetku. Mačka bi bila mrtva ili živa mnogo prije nego što je svjesni promatrač otvorio kutiju. Analizom stvarnog eksperimenta utvrđeno je da je samo mjerenje (na primjer pomoću Geigerovog brojača) dovoljno za kolaps kvantne valne funkcije prije bilo kakvog svjesnog promatranja mjerenja, iako je valjanost njihovog dizajna osporavana. (Stav da se „opažanje“ zauzima kada čestica iz jezgre udari u detektor može se razviti u objektivne teorije kolapsa. Miselni eksperiment zahtijeva detektiranje „nesvjesnog promatranja“ kako bi se dogodio kolaps valnog oblika. Nasuprot tome, pristup mnogih svjetova negira da se kolaps ikad događa.)

Tumačenje mnogih svjetova i dosljedne historije

Hugh Everett je 1957. formulisao interpretaciju kvantne mehanike u mnogim svjetovima, koja ne izdvaja promatranje kao poseban proces. U tumačenju mnogih svjetova, i živa i mrtva stanja mačke ostaju nakon otvaranja kutije, ali su međusobno ukrašena. Drugim riječima, kad se otvori kutija, posmatrač i eventualno mrtva mačka razdvajaju se u promatrača koji gleda u kutiju sa mrtvom mačkom, a promatrač koji gleda kutiju sa živom mačkom. Ali budući da su mrtva i živa stanja dekoncentrirana, nema učinkovite komunikacije ili interakcije između njih.

Prilikom otvaranja okvira promatrač se zapetljava u mačku, pa se formiraju „posmatračka stanja“ koja odgovaraju mački da je živa i mrtva; svako promatračko stanje je zapleteno ili povezano s mačkom tako da “promatranje stanja mačke” i “stanje mačke” korespondiraju jedno s drugim. Kvantna dekoherencija osigurava da različiti ishodi nemaju međusobnu interakciju. Isti mehanizam kvantne dekoherencije važan je i za interpretaciju u smislu konzistentne istorije. Samo „mrtva mačka“ ili „živa mačka“ mogu biti dio dosljedne historije u ovom tumačenju. Smatra se da dekoherencija sprječava istovremeno opažanje više stanja.

Varijantu Schrödingerovog eksperimenta, poznatu kao mašina za kvantno samoubistvo, predložio je kosmolog Max Tegmark. Ona ispituje Schrödingerov eksperiment s mačkama s gledišta mačke i tvrdi da se pomoću ovog pristupa može razlikovati kopenhaška interpretacija i ona mnogih svijetova.

Ansambl interpretacija


Interpretacija ansambla kaže da supozicije nisu ništa drugo nego podsemenici veće statističke cjeline. Vektor stanja ne bi se primjenjivao na pojedinačne eksperimente na mačkama, već samo na statistiku mnogih sličnih pripremljenih pokusa na mačkama. Zagovornici ove interpretacije tvrde da to paradoks Schrödingerove mačke čini trivijalnom materijom, ili ne-pitanjem.

Ovo tumačenje služi za odbacivanje ideje da jedan fizički sistem u kvantnoj mehanici ima matematički opis koji mu na bilo koji način odgovara.

Relacijsko tumačenje


Relacijsko tumačenje ne čini fundamentalnu razliku između ljudskog eksperimentatora, mačke ili uređaja ili između animiranih i neživih sistema; svi su kvantni sistemi kojima vladaju ista pravila evolucije talasnih funkcija i svi se mogu smatrati “promatračima”. Ali relacijsko tumačenje omogućava da različiti promatrači mogu dati različite izvještaje o istom nizu događaja, ovisno o informacijama koje imaju o sustavu. Mačka se može smatrati posmatračem aparata; u međuvremenu, eksperiment se može smatrati drugim posmatračem sistema u okviru (mačka plus uređaj). Prije nego što se kutija otvori, mačka, po prirodi da je živa ili mrtva, ima informacije o stanju aparata (atom je propadao ili nije propadao); ali eksperimentator nema informacije o stanju sadržaja kutije. Na ovaj način, dva promatrača istovremeno imaju različite izvještaje o situaciji: Mački se činilo da „talasa“ talasna funkcija aparata; eksperimentatoru, čini se da je sadržaj kutije u superpoziciji. Sve dok se okvir ne otvori, a oba promatrača imaju iste informacije o onome što se dogodilo, čini se da se oba stanja sustava “urušavaju” u isti definitivni rezultat, mačka koja je ili živa ili mrtva.

Transakcijsko tumačenje


U transakcijskoj interpretaciji aparat emitira napredni val unatrag u vremenu, koji u kombinaciji s valom koji izvor emitira naprijed u vremenu formira stojeći val. Valovi se vide kao fizički stvarni, a aparat se smatra “posmatračem”. U transakcijskoj interpretaciji kolaps valne funkcije je “atemporal” i događa se duž cijele transakcije između izvora i aparata. Mačka nikad nije u superpoziciji. Umjesto toga, mačka je samo u jednom stanju u bilo kojem trenutku, bez obzira na to kad ljudski eksperimentator gleda u kutiju. Transakcijska interpretacija rješava ovaj kvantni paradoks.

Zeno efekti


Zeno efekt zna da uzrokuje kašnjenja u bilo kakvim promjenama od početnog stanja.

S druge strane, anti-zeno efekat ubrzava promjene. Na primjer, ako često zavirite u mačji okvir, možete uzrokovati odgađanja sudbonosnog izbora ili, obrnuto, ubrzati ga. I Zeno efekat i anti-Zeno efekat su stvarni i za koje se zna da se dešavaju sa stvarnim atomima. Kvantni sistem koji se mjeri mora biti snažno povezan s okolnim okruženjem (u ovom slučaju s aparatom, eksperimentalnom prostorom … itd.) Kako bi se dobili tačniji podaci. No, iako nema informacija koje su prenesene u vanjski svijet, smatra se kvazi-mjerenjem, ali čim se informacije o dobrobiti mačke prenose u vanjski svijet (zavirivanjem u okvir) kvazi- merenje se pretvara u mjerenje. Kvazi-merenja, poput merenja, uzrokuju efekte Zenova. Zeno efekti nas uče da bi čak i bez zavirivanja u kutiju mačkina smrt bila odgođena ili ubrzana zbog svog okruženja.

Objektivne teorije kolapsa


Prema objektivnim teorijama kolapsa, superpozicije se uništavaju spontano (bez obzira na vanjsko promatranje), kad se dostigne neki objektivni fizički prag (vremena, mase, temperature, nepovratnosti itd.). Tako bi se očekivalo da bi se mačka doselila u određeno stanje puno prije otvaranja kutije. To bi se moglo lagano izraziti kao “mačka promatra sebe” ili “okolina promatra mačku”.

Objektivne teorije kolapsa zahtijevaju modifikaciju standardne kvantne mehanike kako bi se omogućilo uništavanje superpozicija procesom evolucije vremena.

Prijave i testovi



Schrödingerova mačja kvantna superpozicija stanja i utjecaja okoline kroz dekoherenciju
Opisani eksperiment je čisto teorijski i nije poznato da je predloženi stroj konstruiran. Međutim, uspješni eksperimenti koji uključuju slične principe, npr. izvršena su superpozicije relativno velikih (po standardima kvantne fizike) objekata. Ovi eksperimenti ne pokazuju da se objekt veličine mačke može nanositi, ali već ih je gornja granica “stanja mačaka” pomaknula prema gore. U mnogim slučajevima stanje je kratkotrajno, čak i kada se ohladi na gotovo apsolutnu nulu.


Eksperiment koji uključuje superprevodni uređaj za kvantnu interferenciju (“SQUID”) povezan je s temom misaonog eksperimenta: “Stanje superpozicije ne odgovara milijardi elektrona koji teku jednim smjerom i milijardi drugih koji teče drugim putem. Superprevodni elektroni se kreću masovno. Svi supravodljivi elektroni u SQUID struji oba puta oko petlje odjednom kada su u Schrödingerovom mačjem stanju.
Izgrađen je piezoelektrični “tuning vilica”, koji se može staviti u superpoziciju vibrirajućeg i ne vibrirajućeg stanja. Rezonator sadrži oko 10 biliona atoma.
Predložen je eksperiment koji uključuje virus gripa.
Predložen je eksperiment koji uključuje bakteriju i elektromehanički oscilator.
U kvantnom računanju izraz “mačje stanje” ponekad se odnosi na stanje GHZ, pri čemu je nekoliko kubita u jednakom superpoziciji od svih 0 i svi su 1; npr.


Prema barem jednom prijedlogu, moguće je utvrditi stanje mačke prije nego što je promatrate.

Proširenja


Wignerov prijatelj varijanta eksperimenta sa dva ljudska promatrača: prvi vrši promatranje vidi li bljesak svjetlosti, a zatim svoje promatranje prosljeđuje drugom promatraču. Ovdje je pitanje: da li se valna funkcija “kolabira” kada prvi promatrač pogleda eksperiment, ili tek kad drugi promatrač bude obaviješten o opažanjima prvog promatrača?

U drugom su dodatku ugledni fizičari otišli toliko daleko da su sugerisali da su astronomi koji su 1998. promatrali tamnu energiju u svemiru možda “smanjili životni vijek” kroz pseudo-Schrödinger-ov scenarij za mačke, iako je to kontroverzno stajalište.