интерпретация Пенроуза
Интерпретация квантовой механики

Интерпретация Пенроуза — это предположение Роджера Пенроуза о связи между квантовой механикой и общей теорией относительности . Пенроуз предполагает, что квантовое состояние остается в суперпозиции до тех пор, пока разница кривизны пространства-времени не достигнет значительного уровня. [1] [2] [3]

Обзор

Идея Пенроуза вдохновлена ​​квантовой гравитацией , поскольку она использует как физические константы , так и . Это альтернатива копенгагенской интерпретации , которая утверждает, что суперпозиция недействительна, когда делается наблюдение (но что она необъективна по своей природе), и многомировой интерпретации , которая утверждает, что альтернативные результаты суперпозиции одинаково «реальны», в то время как их взаимная декогеренция исключает последующие наблюдаемые взаимодействия. ℏ {\displaystyle \hbar} Г {\displaystyle G}

Идея Пенроуза — это тип теории объективного коллапса . Для этих теорий волновая функция — это физическая волна, которая испытывает коллапс волновой функции как физический процесс, при этом наблюдатели не играют никакой особой роли. Пенроуз выдвигает теорию о том, что волновая функция не может поддерживаться в суперпозиции за пределами определенной разности энергий между квантовыми состояниями. Он дает приблизительное значение для этой разности: масса материи Планка , которую он называет «уровнем „одного гравитона“». [1] Затем он выдвигает гипотезу, что эта разность энергий заставляет волновую функцию коллапсировать в одно состояние с вероятностью, основанной на ее амплитуде в исходной волновой функции, процедура, полученная из стандартной квантовой механики . Критерий „уровня „одного гравитона“» Пенроуза составляет основу его предсказания, предоставляя объективный критерий коллапса волновой функции. [1] Несмотря на трудности определения этого строгим способом, он предполагает, что базисные состояния, в которые происходит коллапс, математически описываются стационарными решениями уравнения Шредингера–Ньютона . [4] [5] Недавние теоретические работы указывают на все более глубокую взаимосвязь между квантовой механикой и гравитацией. [6] [7]

Физические последствия

Признавая, что волновые функции физически реальны, Пенроуз полагает, что материя может существовать более чем в одном месте в одно и то же время. По его мнению, макроскопическая система, такая как человек, не может существовать более чем в одном месте в течение измеримого времени, поскольку соответствующая разница энергий очень велика. Микроскопическая система, такая как электрон , может существовать более чем в одном месте значительно дольше (тысячи лет), пока ее пространственно-временное разделение кривизны не достигнет порога коллапса. [8] [9]

В теории Эйнштейна любой объект, имеющий массу , вызывает искривление структуры пространства и времени вокруг себя. Это искривление производит эффект, который мы ощущаем как гравитацию. Пенроуз указывает, что крошечные объекты, такие как пылинки, атомы и электроны, также производят искривления пространства-времени. Игнорирование этих искривлений — вот где ошибается большинство физиков. Если пылинка находится в двух местах одновременно, каждая из них должна создавать свои собственные искажения в пространстве-времени, создавая два наложенных друг на друга гравитационных поля. Согласно теории Пенроуза, для поддержания этих двойных полей требуется энергия. Устойчивость системы зависит от количества задействованной энергии: чем больше энергии требуется для поддержания системы, тем она менее стабильна. Со временем нестабильная система имеет тенденцию возвращаться в свое простейшее состояние с самой низкой энергией: в этом случае один объект в одном месте создает одно гравитационное поле. Если Пенроуз прав, гравитация возвращает объекты обратно в одно место, без какой-либо необходимости привлекать наблюдателей или параллельные вселенные. [2]

Пенроуз предполагает, что переход между макроскопическими и квантовыми состояниями начинается в масштабе частиц пыли (масса которых близка к массе Планка ). Он предложил эксперимент для проверки этой теории, названный FELIX ( эксперимент по свободной орбите с лазерной интерферометрией рентгеновских лучей ), в котором рентгеновский лазер в космосе направляется на крошечное зеркало и расщепляется расщепителем луча с расстояния в десятки тысяч миль, с помощью которого фотоны направляются на другие зеркала и отражаются обратно. Один фотон ударится о крошечное зеркало, двигаясь к другому зеркалу, и переместит крошечное зеркало назад по мере своего возвращения, и согласно обычным квантовым теориям, крошечное зеркало может существовать в суперпозиции в течение значительного периода времени. Это не позволит никаким фотонам достичь детектора. Если гипотеза Пенроуза верна, суперпозиция зеркала схлопнется в одном месте примерно за секунду, позволяя половине фотонов достичь детектора. [2]

Однако, поскольку этот эксперимент было бы сложно организовать, вместо него была предложена настольная версия, которая использует оптические полости для удержания фотонов достаточно долго для достижения желаемой задержки. [10]

Смотрите также

Соответствующие книги Роджера Пенроуза

Ссылки

  1. ^ abc Пенроуз, Роджер (1999) [1989], Новый разум императора (Новое предисловие (1999) ред.), Оксфорд, Англия: Oxford University Press, стр.  475–481 , ISBN 978-0-19-286198-6
  2. ^ abc Фолджер, Тим . «Если электрон может быть в двух местах одновременно, почему вы не можете?» Discover . Т. 25 № 6 (июнь 2005 г.). С. 33–35.
  3. ^ Пенроуз, Роджер (1996). «О роли гравитации в редукции квантового состояния» (PDF) . Общая теория относительности и гравитация . 28 (5): 581– 600. Bibcode : 1996GReGr..28..581P. doi : 10.1007/BF02105068. S2CID  44038399.
  4. ^ Пенроуз, Роджер (1998), «Квантовые вычисления, запутанность и редукция состояний», Phil. Trans. R. Soc. Lond. A , 356 (1743): 1927– 1939, Bibcode :1998RSPTA.356.1927P, doi :10.1098/rsta.1998.0256, S2CID  83378847.
  5. ^ Пенроуз, Роджер (2014), «О гравитации квантовой механики 1: Редукция квантового состояния», Основы физики , 44 (5): 557– 575, Bibcode : 2014FoPh...44..557P, doi : 10.1007/s10701-013-9770-0.
  6. ^ Леонард Сасскинд, Копенгаген против Эверетта, телепортация и ER=EPR (2016) семинарские заметки, arXiv.
  7. ^ Дунайски, Мачей; Пенроуз, Роджер (2023). «Редукция квантового состояния и ньютоновская теория твисторов». Annals of Physics . 451 : 169243. arXiv : 2203.08567 . Bibcode : 2023AnPhy.45169243D. doi : 10.1016/j.aop.2023.169243. S2CID  247476160.
  8. ^ Пенроуз, Роджер (2007), Дорога к реальности , Vintage Books, стр.  856–860 , ISBN 978-0-679-77631-4.
  9. ^ S. Hameroff; R. Penrose (2014). «Сознание во вселенной: обзор теории „Orch OR“». Physics of Life Reviews . 11 (1): 51– 53. Bibcode : 2014PhLRv..11...39H. doi : 10.1016/j.plrev.2013.08.002 . PMID  24070914.
  10. ^ Маршалл, В., Саймон, К., Пенроуз, Р. и Боуместер, Д. (2003). «К квантовым суперпозициям зеркала». Physical Review Letters . 91 (13): 130401. arXiv : quant-ph/0210001 . Bibcode : 2003PhRvL..91m0401M. doi : 10.1103/PhysRevLett.91.130401. PMID  14525288. S2CID  16651036.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Молекулы – Квантовые интерпретации
  • QM – интерпретация Пенроуза (Интернет-архив)
  • Роджер Пенроуз обсуждает свой эксперимент на BBC (25 минут)
  • «Статья Тима Фолджера в Discover 2005 года» (PDF) . (1,08 МБ)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Пенроуз_интерпретация&oldid=1272901250"