კვანტურ ფიზიკაში ნაწილაკები ერთდროულად სხვადასხვა მდგომარეობაშია, სანამ მათ არ დავაკვირდებით. შეიძლება რეალობაც ასე იყოს?

კვანტური მექანიკის სტანდარტული ინტერპრეტაცია დიდ აქცენტს აკეთებს დაკვირვებაზე. გაზომვამდე კვანტური სისტემები ერთდროულად ბევრ მდგომარეობაში არსებობს. გაზომვის შემდეგ სისტემა "იშლება" კონკრეტულ მნიშვნელობად, ამიტომ ბუნებრივია ვიკითხოთ, რა ხდება რეალურად, როდესაც გაზომვები არ ხდება. ამ ეტაპზე ამაზე არ არსებობს მკაფიო პასუხი და გვაქვს სხვადასხვა ვარიანტები.

ერთ-ერთი პირველი რაც ფიზიკოსებმა მე-20 საუკუნის დასაწყისში სუბატომური სისტემების გამოკვლევით გაიგეს, ისაა რომ ჩვენ არ ვცხოვრობთ დეტერმინისტულ სამყაროში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ არ შეგვიძლია ზუსტად განვსაზღვროთ ყველა ექსპერიმენტის შედეგი.

მაგალითად, თუ თქვენ ელექტრონების სხივს მაგნიტურ ველში გაუშვებთ, ელექტრონების ნახევარი გადავა ერთი მიმართულებით, ხოლო მეორე ნახევარი საპირისპირო მიმართულებით წავა. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ შეგვიძლია შევქმნათ მათემატიკური აღწერილობები იმის შესახებ, თუ სად მიდიან ელექტრონები ჯგუფურად, ჩვენ ვერ ვიტყვით, რომელ მიმართულებას მიიღებს თითოეული ელექტრონი, სანამ რეალურად არ ჩავატარებთ ექსპერიმენტს.

კვანტურ მექანიკაში ეს ცნობილია როგორც სუპერპოზიცია. სიტუაციას, როდესაც გაზომვამდე მრავალი შემთხვევითი შედეგი შეიძლება მოჰყვეს, სუპერპოზიციის მდგომარეობას უწოდებენ. როდესაც ჩვენ ვაკვირდებით გაზომვის შედეგებს, ყველაფერი ერთ მდგომარეობაში იშლება.

სულ ეს არის ის. სტანდარტული კვანტური მექანიკა დუმს იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს სუპერპოზიცია რეალურად და როგორ ხდება გაზომვა სუპერპოზიციის ერთ შედეგში.

შროდინგერის კატა

თუ ამ აზროვნების ხაზს გავყვებით, დაკვირვება, იგივე გაზომვა არის ყველაზე მნიშვნელოვანი აქტი სამყაროში. ის ალბათობებს კონკრეტულ შედეგებად გარდაქმნის. ეს ეგზოტიკურ კვანტურ სისტემას გადამოწმებად შედეგებად ცვლის, რომელთა ინტერპრეტაცია შეგვიძლია ჩვენი გრძნობებით.

თუმცა რას ნიშნავს ეს კვანტური სისტემებისთვის, როდესაც ჩვენ მას არ ვზომავთ? როგორ გამოიყურება სამყარო სინამდვილეში? ყველაფერი ერთდროულად არსებობს, მაგრამ ჩვენ უბრალოდ არ ვიცით ამის შესახებ, თუ მას ნამდვილად არ აქვს განსაზღვრული მდგომარეობა, სანამ გაზომვა-დაკვირვება არ მოხდება?

საინტერესოა, რომ ერვინ შროდინგერი, კვანტური მექანიკის ერთ-ერთი ფუძემდებელი (სწორედ მისი განტოლებაა, რომელიც გვეუბნება, თუ როგორ განვითარდება სუპერპოზიცია დროთა განმავლობაში), აპროტესტებდა აზროვნების ამ ხაზს. მან შეიმუშავა თავისი ცნობილი სააზროვნო ექსპერიმენტი კატა-ყუთში, რომელიც ცნობილია როგორც შროდინგერის კატა. მას ამით სურდა ეჩვენებინა, თუ რამდენად უცნაურია კვანტური მექანიკა.

ექსპერიმენტი შემდეგია: მოათავსეთ ცოცხალი კატა ყუთში. ყუთში ასევე უნდა იყოს რაიმე სახის რადიოაქტიური ელემენტი, რომელიც დაკავშირებულია მომწამვლელი აირის გამოყოფასთან. უკვე ცოტა ხნის შემდეგ დანამდვილებით არ გეცოდინებათ, გაფუჭდა თუ არა ელემენტი. შესაბამისად, აღარ გეცოდინებათ, გამოვიდა თუ არა შხამი. ამიტომ ყუთის გახსნამდე არავის ეცოდინება კატა ცოცხალია თუ მკვდარი.

კვანტური მექანიკის კანონების მიხედვით კატა ყუთში არც ცოცხალია და არც მკვდარი; ის როგორც ცოცხალი, ისე მკვდარია და კვანტურ სუპერპოზიციაშია. მხოლოდ მაშინ, როცა ყუთს გავხსნით, დანამდვილებით გვეცოდინება ცოცხალია თუ არა კატა. სწორედ ეს შლის სუპერპოზიციას და ვხედავთ კონკრეტულ პოზიციას.

შროდინგერმა გამოიყენა ეს მაგალითი კვანტური განუზღვრელობისა და სუპერპოზიციის ასახსნელად.

დეკოჰერენტულობა

ერთ-ერთი პასუხი ამ უცნაურ მდგომარეობაზე არის იმაში, რომ მაკროსკოპული სამყარო არ ემორჩილება კვანტურ მექანიკას. კვანტური თეორია შეიქმნა სუბატომური სამყაროს ასახსნელად. სანამ ჩვენ კვანტურ სამყაროს აღმოვაჩენდით კლასიკურ ფიზიკაში თავს კომფორტულად ვგრძნობდით.

შესაბამისად, აზრი არ აქვს კვანტური წესების გამოყენებას იქ, სადაც ისინი არ არის. ნილს ბორმა, კვანტური მექანიკის კიდევ ერთმა ფუძემდებელმა, შემოგვთავაზა "დეკოჰერენტობის" იდეა იმის ასახსნელად, თუ რატომ ემორჩილებიან სუბატომური სისტემები კვანტურ მექანიკას, მაგრამ მაკროსკოპული სისტემები არა.

ამ თვალსაზრისით, ის, რაც ჩვენ გვესმის, როგორც კვანტური მექანიკა, მართებულია სუბატომური სისტემებისთვის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისეთი რამ, როგორიცაა სუპერპოზიცია, ნამდვილად ხდება პატარა ნაწილაკებისთვის. თუმცა, კატის შემთხვევაში ყუთში არ არის სუბატომიური სისტემა; კატა შედგება ტრილიონობით ცალკეული ნაწილაკებისგან, რომლებიც მუდმივად მოძრაობენ, ეჯახებიან და ირევიან.

როდესაც ამ ნაწილაკებიდან ორი ერთმანეთს ეჯახება და ურთიერთქმედებს, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ კვანტური მექანიკა იმის გასაგებად, თუ რა ხდება. თუმცა, როდესაც ათასი, მილიარდი, ან ტრილიონი ნაწილაკი ერთმანეთთან ინტერაქციაში შედის, კვანტური მექანიკა კარგავს თავის მნიშვნელობას, იგივე დეკოჰერენტულობას — და მის ადგილს იკავებს რეგულარული მაკროსკოპული ფიზიკა.

ამ თვალსაზრისით, ერთი ელექტრონი (და არა კატა) შეიძლება არსებობდეს ეგზოტიკურ სუპერპოზიციაში.

თუმცა, ამ ყველაფერს აქვს თავისი შეზღუდვები. რაც მთავარია, ჩვენ არ გვაქვს ცნობილი მექანიზმი კვანტური მექანიკის მაკროსკოპულ ფიზიკაში გადასაყვანად. ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ კარგად ჟღერს ქაღალდზე, დეკოჰერენტის ამ მოდელს არ აქვს დიდი მყარი მხარდაჭერა.

მაშ, არსებობს რეალობა, როდესაც მას არ ვუყურებთ? საბოლოო პასუხი არ გვაქვს და ამ ეტაპზე ეს ინტერპრეტაციის საკითხია.