Αμφιλεγόμενο θεώρημα λέει ότι η κβαντική κυματοσυνάρτηση είναι «πραγματική»

Απεικόνιση μιας κυματοσυνάρτησης. Είναι άραγε μαθηματικό εργαλείο ή πραγματικότητα; 

Η κυματοσυνάρτηση, το μαθηματικό εργαλείο που περιγράφει τις πιθανές κβαντικές καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρεθεί ένα σωματίδιο, δεν είναι ένα απλό στατιστικό εργαλείο, όπως πιστεύεται σήμερα ευρέως, αλλά υπάρχει ως αντικειμενική οντότητα, υποστηρίζουν τρεις Βρετανοί θεωρητικοί φυσικοί.
Το παράξενο θεώρημά τους, που δημοσιεύεται στο Nature Physics, «πιστεύεται από κάποιους φυσικούς ότι είναι ένα από τα σπουδαιότερα στο χώρο της κβαντικής φυσικής εδώ και δεκαετίες» σχολιάζει ο δικτυακός τόπος του Nature. Άλλοι, ανεξάρτητοι ειδικοί εκφράζουν πάντως επιφυλάξεις.

Άγνοια εναντίον πραγματικότητας
 
Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της κβαντομηχανικής είναι ότι δεν μπορεί να προβλέψει την τελική κατάσταση στην οποία θα βρεθεί ένα κβαντικό σύστημα, αλλά μόνο την πιθανότητα να καταλήξει σε μια πιθανή κατάσταση ή σε άλλη.

Και η ιδιαιτερότητα αυτή οδήγησε εξαρχής σε μια διαφωνία για το κατά πόσο οι κβαντικές καταστάσεις των σωματιδίων αποτελούν μέρος της πραγματικότητας, ή αν αντίθετα είναι απλώς μαθηματικές περιγραφές, τις οποίες αναγκαζόμαστε να χρησιμοποιήσουμε, επειδή απλά δεν ξέρουμε πώς το κβαντικό σύστημα επιλέγει να καταλήξει σε μια κατάσταση και όχι σε άλλη.

Ο μεγάλος Αυστριακός φυσικός Έρβιν Σρέντιγκερ, ο οποίος πρότεινε το διάσημο νοητικό πείραμα στο οποίο μια κβαντομηχανική γάτα μπορεί να είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή, πίστευε αρχικά ότι αυτές οι δύο καταστάσεις, ή οποιαδήποτε άλλη κβαντική κατάσταση, είναι μέρος της πραγματικότητας. Με άλλα λόγια, η γάτα του Σρέντινγκερ μπορεί πραγματικά να είναι και ζωντανή και νεκρή.

Με την άποψη αυτή διαφώνησε μεταξύ άλλων ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος πίστευε ότι η γάτα του Σρέντινγκερ είναι είτε ζωντανή είτε νεκρή, αλλά δεν μπορούμε να γνωρίζουμε την απάντηση επειδή απλά δεν κατανοούμε την πραγματικότητα σε όλο της το βάθος. Για τον Αϊνστάιν, λοιπόν, οι κβαντικές καταστάσεις και η κυματοσυνάρτηση είναι απλώς στατιστικά εργαλεία.

Στη νέα μελέτη, όμως, οι ερευνητές δείχνουν ότι, αν μια θεωρία μεταχειρίζεται την κυματοσυνάρτηση ως απλή πληροφορία, και όχι μέρος της πραγματικότητας, τότε η θεωρία αυτή αποτυγχάνει να αναπαράγει τις προβλέψεις της κβαντομηχανικής.

«Δείχνουμε εδώ ότι οποιοδήποτε μοντέλο στο οποίο μια κβαντική κατάσταση αντιστοιχεί σε απλές πληροφορίες για μια υποκείμενη φυσική κατάσταση ενός συστήματος, και στο οποίο τα συστήματα που ετοιμάζονται ανεξάρτητα έχουν ανεξάρτητες φυσικές καταστάσεις, πρέπει να οδηγούν σε προβλέψεις που έρχονται σε αντίθεση με τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας» γράφουν οι ερευνητές.

Προσπαθώντας να εξηγήσει με πιο απλά λόγια αυτή την προσέγγιση, ο Τέρι Ρούντολφ του Imperial College στο Λονδίνο, μέρος της ερευνητικής ομάδας, δίνει το παράδειγμα ενός ζαριού που θα μπορούσε κάποιος να «πειράξει» ώστε να δίνει ως αποτέλεσμα μόνο τους αριθμούς 2,4 ή 6. 'Ενα άλλο ζάρι θα μπορούσε επίσης να είναι πειραγμένο ώστε να δίνει μόνο τους αριθμούς 2,4 ή 5.

Και τα δύο ζάρια, τα οποία αντιστοιχούν σε διαφορετικά κβαντικά μοντέλα, θα μπορούσαν να δώσουν ανεξάρτητα τον αριθμό 2, ο οποίος μπορεί να θεωρηθεί μια πραγματικότητα. Σε αυτή την περίπτωση, λοιπόν, δύο διαφορετικά μοντέλα δίνουν τα ίδια αποτελέσματα ακολουθώντας διαφορετικό δρόμο.

Αυτό όμως δεν μπορεί να ισχύει στην κβαντομηχανική, αφού, σύμφωνα με το νέο θεώρημα, δεν είναι δυνατόν η ίδια πραγματικότητα να κρύβεται πίσω από διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις.

Άλλοι, όμως, δεν συμφωνούν καν με την παραδοχή των ερευνητών ότι τα κβαντικά συστήματα έχουν μια αντικειμενική υπόσταση. Ο Κρίστοφερ Φουκς, φυσικός του Perimeter Institute στον Καναδά, συντάσσεται με τον Αϊνστάιν στην άποψη ότι η κυματοσυνάρτηση αντανακλά την άγνοιά μας για την πραγματικότητα. Σχολιάζοντας τη δημοσίευση, ο Φουκς λέει ότι το θεώρημα δεν αποκλείει την πιθανότητα η κυματοσυνάρτηση να ανακλά την άγνοια για τα αποτελέσματα μετρήσεων που έχουν ήδη γίνει, και όχι την ίδια τη φυσική πραγματικότητα.

Μια άλλη, αν και λιγότερο πιθανή, εξήγηση, είναι ότι αν μια θεωρία μεταχειρίζεται την κυματοσυνάρτηση ως απλή πληροφορία και αποτυγχάνει να αναπαράγει τις προβλέψεις της κβαντομηχανικής, όπως λένε οι ερευνητές, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ολόκληρη η κβαντομηχανική είναι λανθασμένη, και όχι στο γεγονός ότι η κυματοσυνάρτηση είναι αληθινή.

Πηγή: Newsroom ΔΟΛ
 http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2309.html