Numeričke simulacije pokazuju kako klasični svet može da nastane iz višesvetovnih univerzuma kvantne mehanike

Studenti kvantne mehanike uče Šredingerovu jednačinu i kako da je reše da dobiju talasnu funkciju. Međutim, bitan korak je izostavljen pošto zbunjuje naučnike od samog početka – kako stvarni, klasični svet proizilazi iz, neretko, ogromnog broja rešenja za talasnu funkciju?

Svaka od ovih talasnih funkcija ima svoj individualni oblik i nivo energije, ali kako se talasna funkcija „urušava“ u ono što vidimo kao klasični svet?

Preporučujemo

Na jednom visokom nivou, ovo rešava „Bornovo pravilo“ – postulat da je gustina verovatnoće za pronalazak nekog objekta na određenoj lokaciji proporcionalna kvadratu talasne funkcije na toj poziciji.

Ervin Šredinger je izmislio svoju čuvenu mačku kao način za amplifikaciju posledica kolapsa talasne funkcije – jednostavan događaj, poput nekog kvantnog događaja radioaktivnog raspada atomskog jezgra, nekako se pretvara u makroskopsku mačku u kutiji, živu ili mrtvu. (Ova misteriozna tranzicija, možda samo teorijska, naziva se „Hajzenbergov rez“).

Tradicionalna kvantna mehanika kaže da u bilo kom trenutku mačka postaje ili živa ili mrtva kad je kutija otvorena i stanje mačke „izmereno“. Pre toga, mačka je, u nekom smislu, i živa i mrtva – ona postoji u kvantnoj superpoziciji tih stanja. Tek kad je kutija otvorena i njena unutrašnjost osmotrena, talasna funkcija mačke pada u definitivno stanje života ili smrti.

Fizičari su proteklih godina pažljivije ispitivali ovaj proces da bi razumeli šta se dešava. Modifikovanje Šredingerove jednačine imalo je samo ograničen uspeh.

Kvantni teoretičari iz Španije upotrebili su numeričke simulacije da pokažu da, u velikim razmerama, odlike klasičnog sveta mogu da proiziđu iz široke klase kvantnih sistema.

„Kvantna fizika je u raskoraku sa našim klasičnim iskustvom kad je reč o ponašanju pojedinačnih elektrona, atoma ili fotona“, kaže Filip Strasberg sa Autonomnog univerziteta Barselone.

„Međutim, ako se udaljimo i pogledamo grube kvantitete koje mi ljudi možemo da percipiramo (npr. temperaturu jutarnje kafe ili položaj nekog kamena), naši rezultati ukazuju da efekti kvantne interferencije, odgovorni za neobično kvantno ponašanje, nestaju“.

Nalazi sugerišu da klasični svet koji vidimo može da proiziđe iz višesvetske slike kvantne mehanike, gde više univerzuma postoji u istoj tački u prostor-vremenu i gde se skoro potencijalno ogroman broj svetova račva iz našeg svaki put kad se izvede neko merenje.

Kao grubu analogiju zamislite kesu napunjenu vodom, probušite rupe u kesi i voda – koja u kesi predstavlja veliku kolekciju često sudarajućih molekula koji se kreću u nasumičnim pravcima – teče napolje u uglavnom ravnomernim tokovima. To je slično načinu na koji se komplikovana zbrka kvantnog sistema ipak pojavljuje u klasičnom svetu kao nešto što prepoznajemo i što nam je blisko.

Međutim, tehnički problem je ostao u pogledu slike više svetova – kako pomiriti više univerzuma sa klasičnim iskustvom koje imamo u našem jednom univerzumu? Ipak, nikad ne vidimo mačke u superpoziciji kao žive ili mrtve. Apriori, kako možemo govoriti o drugim univerzumima ili svetovima ili granama na naki smislen način?

„Govor o različitim svetovima ili istorijama postaje smislen ako možemo razmišljati o njihovoj prošlosti, sadašnjosti i budućnosti u klasičnim terminima“, pišu autori.

Pokušali su da reše problem na nov način. Prethodni rad je uveo ideju kvantne dekoherencije – objekti koje vidimo proizilaze iz mnogih superpozicija kvantnog sistema kad je u interakciji sa njihovom okolinom. Međutim, ovaj pristup ima problem finog podešavanja – funkcioniše samo za specifične tipove interakcija i tipove inicijalnih talasnih funkcija.

Nasuprot tome, sad je pokazano da stabilan, konzistentan skup odlika nastaje iz niza mnogih mogućih evolucija talasne funkcije (sa više energetskih nivoa) u opažljivim, nemikroskopskim razmerama. Ovaj pristup nema problem finog podešavanja, funkcioniše za širok opseg inicijalnih uslova i detalja interakcija između energetskih nivoa.

„Naročito dajemo jasan dokaz da se nestajanje efekata kvantne interferencije dešava krajnje brzo – eksponencijalno brzo – sa rastućom veličinom sistema. To jest, čak nekoliko atoma ili fotona mogu da se ponašaju klasično. Osim toga, to je sveprisuttan i opšti fenomen koji ne zahteva nikakvo fino podešavanje: pojavljivanje klasičnog sveta je neizbežno“, kaže Strasberg.

Istraživači su numerički simulirali kvantnu evoluciju do pet vremenskih koraka i do 50.000 energetskih nivoa za netrivijalne kvantne sisteme. Iako je ta evolucija još mala u poređenju sa onim što će biti potrebno za simulaciju svakodnevnih klasičnih fenomena, mnogo je veća nego bilo koji raniji rad.

Razmotrili su širok opseg izbora inicijalne talasne funkcije i snaga uparivanja i otkrili da približno ista velika struktura stabilnih grana postoji – nastajanje stabilne i sporo evoluirajuće makroskopske strukture.

„Takođe eksplicitno demonstriramo da zanimljivi klasični svetovi mogu da proiziđu iz kvantnog sistema koji je sveukupno u termodinamičkom ekvilibrijumu. Iako je vrlo malo verovatno da je to slučaj u našem univerzumu, ipak demonstrira da red, struktura i pravac vremena mogu nastati na pojedinačnim granama kvantnog multiverzuma, što sveukupno izgleda haotično, bez strukture i vremenski simetrično“, kažu istraživači.

Poredeći svoj rad sa statističkom mehanikom, gde makroskopske odlike poput temperature i pritiska proizilaze iz smese nasumično krećućih čestica, istraživači su otkrili da neke grane vode ka svetovima gde se entropija povećava, a neke ka svetovima gde se entropija smanjuje. Takvi svetovi bi imali suprotne entropijske pravce vremena.

(Telegraf Nauka/Phys.org)