Penrosova interpretace - Penrose interpretation

Interpretace Penrose je spekulací Roger Penrose o vztahu mezi kvantové mechaniky a obecné relativity . Penrose navrhuje, aby kvantový stav zůstal v superpozici, dokud rozdíl v časoprostorovém zakřivení nedosáhne významné úrovně.

Přehled

Penrosova myšlenka je inspirována kvantovou gravitací , protože využívá jak fyzikální konstanty, tak i . Jedná se o alternativu ke kodaňské interpretaci , která předpokládá, že superpozice selže, když je provedeno pozorování (ale je to objektivní povahy), a interpretace mnoha světů , která uvádí, že alternativní výsledky superpozice jsou stejně „skutečné ", zatímco jejich vzájemná dekoherence vylučuje následné pozorovatelné interakce."

Penrosova myšlenka je typem objektivní teorie kolapsu . Pro tyto teorie je vlnová funkce fyzická vlna, která prochází kolapsem vlnové funkce jako fyzický proces, přičemž pozorovatelé nemají žádnou zvláštní roli. Penrose předpokládá, že vlnová funkce nemůže být udržována v superpozici nad určitý energetický rozdíl mezi kvantovými stavy. Pro tento rozdíl udává přibližnou hodnotu: Planckovu hmotu v hodnotě hmoty, kterou nazývá „hladinou jednoho gravitonu“. Poté předpokládá, že tento energetický rozdíl způsobí zhroucení vlnové funkce do jediného stavu s pravděpodobností založenou na její amplitudě v původní vlnové funkci, což je postup odvozený ze standardní kvantové mechaniky . Kritérium Penroseova „úrovně„ jedné gravitony “tvoří základ jeho predikce a poskytuje objektivní kritérium pro kolaps vlnové funkce. Navzdory obtížím s jeho důsledným určováním navrhuje, aby základní stavy, do nichž dochází ke kolapsu, byly matematicky popsány stacionárními řešeními Schrödinger-Newtonovy rovnice . Nedávná práce naznačuje stále hlubší vzájemný vztah mezi kvantovou mechanikou a gravitací.

Fyzické důsledky

Penrose připouští, že vlnové funkce jsou fyzicky skutečné, a věří, že hmota může existovat na více než jednom místě najednou. Podle jeho názoru nemůže makroskopický systém, stejně jako člověk, existovat na měřitelném čase na více než jednom místě, protože odpovídající energetický rozdíl je velmi velký. Mikroskopický systém, jako elektron , může existovat na více než jednom místě výrazně déle (tisíce let), dokud jeho časoprostorová separace zakřivení nedosáhne prahu zhroucení.

V Einsteinově teorii způsobí jakýkoli objekt, který má hmotu, deformaci struktury prostoru a času kolem sebe. Toto pokřivení vytváří efekt, který zažíváme jako gravitaci. Penrose zdůrazňuje, že drobné předměty, jako jsou prachové skvrny, atomy a elektrony, také vytvářejí časoprostorové osnovy. Ignorování těchto osnov je místo, kde se většina fyziků zhoršuje. Pokud je prachová skvrna na dvou místech současně, každé z nich by mělo vytvářet vlastní zkreslení v časoprostoru, čímž se získá dvě superponovaná gravitační pole. Podle Penroseovy teorie je zapotřebí energie k udržení těchto duálních polí. Stabilita systému závisí na množství použité energie: čím vyšší je energie potřebná k udržení systému, tím méně stabilní je. Nestabilní systém má v průběhu času sklon usadit se zpět do svého nejjednoduššího stavu s nejnižší energií: v tomto případě jeden objekt na jednom místě produkuje jedno gravitační pole. Pokud má Penrose pravdu, gravitace trhá objekty zpět na jedno místo, aniž by bylo nutné vyvolávat pozorovatele nebo paralelní vesmíry.

Penrose spekuluje, že přechod mezi makroskopickým a kvantovým stavem začíná na stupnici prachových částic (jejichž hmotnost se blíží Planckově hmotnosti ). Navrhl experiment k testování této teorie, nazvaný FELIX ( experiment s volnou oběžnou dráhou s laserovou interferometrií X-paprsků ), ve kterém je rentgenový laser ve vesmíru nasměrován k malému zrcadlu a štěpený děličem paprsků z desítek tisíc na míle daleko, s nimiž jsou fotony směrovány k jiným zrcadlům a odráženy zpět. Jeden foton zasáhne malé zrcátko, zatímco se bude pohybovat k jinému zrcadlu, a posune malé zrcadlo zpět, jakmile se vrátí, a podle konvenčních kvantových teorií může malé zrcadlo existovat v superpozici po významnou dobu. Tím by se zabránilo tomu, aby se nějaké fotony dostaly k detektoru. Pokud je Penroseova hypotéza správná, superpozice zrcadla se zhruba za sekundu zhroutí na jedno místo, což umožní polovině fotonů dosáhnout detektoru.

Protože by však bylo obtížné tento experiment uspořádat, byla místo toho navržena stolní verze, která využívá optické dutiny k zachycení fotonů dostatečně dlouho na dosažení požadovaného zpoždění.

Odezva

David Deutsch z Oxfordského centra pro kvantové výpočty podporuje interpretaci mnoha světů. Odmítá Penrosovu interpretaci jako „založenou spíše na estetice než na vědě“, protože nebyly pozorovány žádné experimentální anomálie. Penrose však odpověděl, že pokud je jeho předpověď pravdivá, nebyly provedeny žádné experimenty na konkrétní úrovni „jednoho gravitonu“, kde kvantová teorie je zahlcena makroskopickými efekty.

Viz také

Relevantní knihy od Rogera Penroseho

Reference

externí odkazy