Los científicos están repensando la naturaleza de la realidad.

A medida que la precisión de una medición se acerca al límite de incertidumbre establecido por la mecánica cuántica, los resultados dependen de la dinámica de la interacción entre el dispositivo de medición y el sistema. Este hallazgo puede explicar por qué los experimentos cuánticos a menudo producen resultados contradictorios y pueden contradecir supuestos básicos sobre la realidad física.

Analizar investigaciones y resultados.

Dos físicos cuánticos de la Universidad de Hiroshima analizaron recientemente la dinámica de una interacción calibre, en la que el valor de una propiedad física está determinado por un cambio cuántico en el estado de un calibre. Este es un problema difícil, porque la teoría cuántica no determina el valor de una propiedad física a menos que el sistema esté en lo que se llama el «estado propio» de esa propiedad física, que es un conjunto muy pequeño de estados cuánticos especiales para los cuales la propiedad física tiene la propiedad. Valor fijo.

Los investigadores han resuelto este problema fundamental combinando información sobre el pasado de un sistema con información sobre su futuro al describir la dinámica del sistema durante una interacción de medición, demostrando que los valores observables de un sistema físico dependen de la dinámica de medición. La interacción mediante la cual esto se observa.

Según la teoría cuántica, los resultados de las mediciones están determinados por los cambios en la relación entre el pasado y el futuro del sistema causados ​​por la interacción de las mediciones. Crédito de la imagen: Tomonori Matsushita y Holger F. Hoffmann, Universidad de Hiroshima.

El equipo publicó recientemente los resultados de su estudio en la revista. Investigación de revisión física..

«Hay mucho desacuerdo sobre la interpretación de la mecánica cuántica porque diferentes resultados experimentales no pueden conciliarse con la misma realidad física», afirmó Holger Hoffmann, profesor de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería Avanzadas de la Universidad de Hiroshima en Hiroshima, Japón.

«En este artículo, estudiamos cómo las superposiciones cuánticas en la dinámica de una interacción de medición dan forma a la realidad observada de un sistema visto en la respuesta del medidor. Este es un gran paso hacia la explicación del significado de ‘superposición’ en la mecánica cuántica», dijo Hofmann. .

Superposición y realidad física

En mecánica cuántica, la superposición describe una situación en la que dos realidades posibles parecen coexistir, aunque pueden distinguirse claramente cuando se realiza la medición adecuada. El análisis del estudio del equipo sugiere que las superposiciones describen diferentes tipos de realidad cuando se realizan diferentes mediciones. La realidad de un objeto depende de las interacciones del objeto con el entorno que lo rodea.

“Nuestros resultados muestran que la realidad física de un objeto no puede separarse del contexto de todas sus interacciones con el medio ambiente, pasadas, presentes y futuras, lo que proporciona una fuerte evidencia contra la creencia generalizada de que nuestro mundo puede reducirse a una mera composición de objetos. .” «Bloques de construcción físicos», dijo Hoffman.

Según la teoría cuántica, el cambio de calibre que representa el valor de la propiedad física observada en la medición depende de la dinámica del sistema resultante de las fluctuaciones de acción inversa mediante las cuales el calibre perturba el estado del sistema. Las superposiciones cuánticas entre diferentes dinámicas de sistemas posibles moldean la respuesta del dispositivo de medición y le asignan valores específicos.

Los autores explicaron además que las fluctuaciones en la dinámica del sistema dependen de la fuerza de la interacción del calibre. En el límite de las interacciones débiles, las fluctuaciones de la dinámica del sistema son insignificantes y el contradesplazamiento puede determinarse a partir de la ecuación de Hamilton-Jacobi, una ecuación diferencial clásica que expresa la relación entre una propiedad física y su dinámica asociada.

Cuando la interacción de medición es más fuerte, se observan complejos efectos de interferencia cuántica entre diferentes dinámicas de sistemas. Las mediciones completamente resueltas requieren una distribución completamente aleatoria de la dinámica del sistema. Esto corresponde a la superposición de todas las dinámicas de sistemas posibles, donde los efectos de interferencia cuántica determinan solo aquellos componentes del proceso cuántico que corresponden a los valores propios de la propiedad física.

Los valores propios son los valores que la mecánica cuántica escolar asigna a los resultados de medición – exacto Fotón Números, giro hacia arriba o hacia abajo, etc. Como muestran los nuevos resultados, estos valores son el resultado de una distribución completamente aleatoria de la dinámica. Se deben tener en cuenta valores diferentes cuando la dinámica del sistema no es completamente aleatoria por analogía.

Implicaciones para comprender las mediciones cuánticas

Curiosamente, esta observación proporciona una nueva perspectiva para utilizar los resultados de las mediciones para describir la realidad. Generalmente se supone que las partículas locales o los valores de espín enteros son elementos de la realidad independientes de la medición, pero los resultados de esta investigación indican que estos valores solo se generan por interferencias cuánticas en mediciones suficientemente fuertes. Nuestra comprensión del significado de los datos empíricos puede necesitar una revisión fundamental.

Hoffman y su equipo esperan poder aclarar aún más los resultados contradictorios observados en muchos experimentos cuánticos. «Los hechos que dependen del contexto pueden explicar una amplia gama de efectos cuánticos aparentemente contradictorios. Ahora estamos trabajando en mejores explicaciones para estos fenómenos. En última instancia, el objetivo es desarrollar una comprensión más intuitiva de los conceptos fundamentales de la mecánica cuántica que evite malentendidos causados ​​por «Creencia ingenua en la realidad de los objetos microscópicos».

Referencia: “Dependencia de los resultados de las mediciones de la dinámica de las interacciones cuánticas coherentes entre el sistema y la escala” por Tomonori Matsushita y Holger F. Hoffmann, 31 de julio de 2023, Investigación de revisión física..
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

El estudio fue financiado por la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología.