Как акт измерения квантовой частицы превращает ее в повседневный объект

Несмотря на нечеткость квантового мира, измерения квантовых частиц дают точные результаты в нашем повседневном мире. Как процесс измерения достигает этой трансформации? Предоставлено: Институт физики.

Квантовая механика — это теория, описывающая мельчайшие объекты в мире вокруг нас, начиная от составных частей отдельных атомов и заканчивая небольшими частицами пыли. Этот микроскопический мир ведет себя заметно иначе, чем наш повседневный опыт — несмотря на то, что все объекты в нашем человеческом мире сами состоят из квантовых частиц. Это приводит к интригующим физическим вопросам: почему квантовый мир и макроскопический мир так различаются, где проходит разделительная линия между ними и что именно там происходит?

Проблема измерения

Одна конкретная область, где различие между квантовым и классическим становится существенным, — это когда мы используем повседневный объект для измерения квантовой системы. Разделение между квантовым и повседневным миром сводится к тому, чтобы спросить, насколько «большим» должно быть измерительное устройство, чтобы иметь возможность отображать квантовые свойства с помощью дисплея в нашем повседневном мире. Выяснение деталей измерения, например, сколько квантовых частиц требуется для создания измерительного устройства, называется проблемой квантового измерения.

По мере того, как эксперименты, исследующие мир квантовой механики, становятся все более продвинутыми и включают в себя все более крупные квантовые объекты, быстро приближается невидимая линия, на которой чистое квантовое поведение переходит в классические результаты измерений. В статье физики UvA Джаспер ван Везель и Лотте Мертенс и их коллеги подводят итоги текущих моделей, которые пытаются решить проблему измерения, и особенно тех, которые делают это, предлагая небольшие модификации одного уравнения, которое управляет всем квантовым поведением: уравнение Шредингера .

Правило Борна

Исследователи показывают, что такие поправки в принципе могут привести к последовательным предложениям по решению проблемы измерения. Однако оказывается сложно создать модели, удовлетворяющие правилу Борна, которое говорит нам, как использовать уравнение Шредингера для прогнозирования результатов измерений. Исследователи показывают, что только модели с достаточной математической сложностью (с технической точки зрения: модели, которые являются нелинейными и неунитарными) могут привести к правилу Борна и, следовательно, иметь шанс решить проблему измерения и научить нас неуловимому пересечению между квантовая физика и повседневный мир.