Кіт Шредінгера об'єднує теорію відносності та квантову механіку: що з'ясували фізики

Згідно з новим дослідженням, опублікованим у виданні Journal of High Energy Physics, вчені представили нову теорію, яка може пояснити, чому квантові частинки можуть існувати більш ніж в одному стані одночасно, а великі об'єкти — ні. Для цього вони внесли зміни в парадокс кота Шредінгера. Це нове розв'язання парадоксу може дати змогу квантовій механіці та теорії відносності Ейнштейна об'єднатися, адже поки що вони не сумісні між собою, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Стан суперпозиції

Згідно із законами квантової механіки, фізичні об'єкти можуть існувати одночасно в різних станах. Тобто вони можуть перебувати у двох місцях одночасно або мати одночасно різну швидкість. Будь-яка фізична система залишається в такій суперпозиції доти, доки не проведено вимірювання її стану. Тобто тільки після того, як буде виміряно стан системи, можна дізнатися, який це стан. Різкі зміни стану називаються руйнуванням суперпозиції.

Парадокс Шредінгера

Ервін Шредінгер запропонував цю теорію ще 91 рік тому, і саме тоді виник знаменитий парадокс із котом, який був названий котом Шредінгера. Парадокс полягає в тому, що тварина перебуває в закритій коробці одночасно живою та мертвою доти, доки коробка не відкриється і не стане зрозуміло, що саме з котом сталося. У такий спосіб буде зруйновано стан кота.

Хоча закони квантової механіки справедливі для елементарних частинок, більші об'єкти все ж поводяться відповідно до класичної фізики, як і передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна. Тобто великі об'єкти ніколи не спостерігалися в стані суперпозиції.

Описати весь Всесвіт за допомогою квантової теорії майже неможливо, адже він має вигляд повністю відповідно до класичної фізики, і він не має зовнішнього спостерігача, який міг би зафіксувати зміну його стану і сказати, в якому саме стані він перебуває.

Чи може Всесвіт перебувати у стані суперпозиції?

За словами авторів дослідження, головне питання полягає в тому, чи може Всесвіт перебувати у стані суперпозиції? Спостереження за космосом показують, що це неможливо і все відповідає теорії відносності Ейнштейна. Але що тоді руйнує суперпозицію?

Для того щоб отримати відповідь на це питання, фізики запропонували зміни рівняння Шредінгера, яке визначає, як усі стани, зокрема ті, що перебувають у суперпозиції, розвиваються з плином часу. Вчені додали нові компоненти, які показують, як система взаємодіє сама з собою, що призводить до руйнування суперпозиції.

Ці зміни мало впливають на такі квантові системи, як атоми і молекули, але дають змогу більшим системам, як-от сам Всесвіт, руйнуватися через часті проміжки часу. У такий спосіб системи отримують певні значення, які відповідають спостереженням за космосом.

Удосконалена версія квантової фізики

Нову теорію можна назвати вдосконаленою версією квантової фізики. У ній автори дослідження усунули відмінність між об'єктами, які вимірюються, і тим, чим їх вимірюють. Замість цього фізики припускають, що стан кожної системи через певні проміжки часу піддається спонтанному руйнуванню, що призводить до набуття певних значень деяких її властивостей.

За словами вчених, у великих системах часто відбуваються спонтанні руйнування і в такий спосіб вони відповідають класичній фізиці. Коли з такими системами взаємодіють субатомні частинки, то вони стають частиною систем і це призводить до швидкого руйнування їхнього стану, і вони набувають певних значень. Це можна порівняти із зовнішнім вимірюванням їхніх станів.

Кіт Шредінгера одночасно мертвий чи живий

За словами фізиків, будь-яка система спонтанно перебуває або в одному стані, або відбувається руйнування її стану без будь-яких дій з боку зовнішніх об'єктів. Отже, замість того, щоб говорити про те, що кіт Шредінгера одночасно і мертвий, і живий, вчені вважають, що потрібно говорити, що він мертвий або живий.

Нова теорія може пояснити, чому геометрія простору–часу не існує в стані суперпозиції і підпорядковується рівнянням теорії відносності. За словами вчених, їхня теорія описує квантовий Всесвіт, який зрештою зруйнувався і став виглядати відповідно до передбачень Ейнштейна.

Моделі спонтанного руйнування можуть пояснити виникнення класичного Всесвіту з квантової суперпозиції Всесвітів, де кожен із цих Всесвітів має різну геометрію простору–часу, кажуть фізики.

Як уже писав Фокус, у центрах галактик чорні діри влаштовують щось неймовірне. Вчені вважають, що навколо надмасивних чорних дір відбуваються зіткнення чорних дір меншого розміру.

Також Фокус писав про те, що вперше отримано зображення перетворення одиночних атомів на квантові хвилі.