Para ilmuwan sedang memikirkan kembali hakikat realitas

Ketika keakuratan suatu pengukuran mendekati batas ketidakpastian yang ditetapkan oleh mekanika kuantum, hasilnya menjadi bergantung pada dinamika interaksi antara alat ukur dan sistem. Temuan ini mungkin menjelaskan mengapa eksperimen kuantum sering kali menghasilkan hasil yang bertentangan dan mungkin bertentangan dengan asumsi dasar tentang realitas fisik.

Analisis penelitian dan hasil

Dua fisikawan kuantum dari Universitas Hiroshima baru-baru ini menganalisis dinamika interaksi alat ukur, di mana nilai properti fisik ditentukan oleh perubahan kuantum dalam keadaan alat ukur. Ini adalah masalah yang sulit, karena teori kuantum tidak menentukan nilai suatu sifat fisik kecuali sistem tersebut berada dalam apa yang disebut “keadaan eigen” dari sifat fisik tersebut, yang merupakan kumpulan sangat kecil dari keadaan kuantum khusus yang sifat fisiknya memiliki properti tersebut. Nilai tetap.

Para peneliti telah memecahkan masalah mendasar ini dengan menggabungkan informasi tentang masa lalu suatu sistem dengan informasi tentang masa depannya dalam menggambarkan dinamika sistem selama interaksi pengukuran, menunjukkan bahwa nilai-nilai yang dapat diamati dari suatu sistem fisik bergantung pada dinamika pengukuran. Interaksi dimana hal ini diamati.

Menurut teori kuantum, hasil pengukuran dibentuk oleh perubahan hubungan antara masa lalu dan masa depan sistem yang disebabkan oleh interaksi pengukuran. Kredit gambar: Tomonori Matsushita dan Holger F. Hoffmann, Universitas Hiroshima

Tim baru-baru ini mempublikasikan hasil penelitian mereka di jurnal Penelitian tinjauan fisik.

“Ada banyak ketidaksepakatan mengenai penafsiran mekanika kuantum karena hasil eksperimen yang berbeda tidak dapat diselaraskan dengan realitas fisik yang sama,” kata Holger Hoffmann, profesor di Sekolah Pascasarjana Sains dan Teknik Lanjutan di Universitas Hiroshima di Hiroshima, Jepang.

“Dalam makalah ini, kami mempelajari bagaimana superposisi kuantum dalam dinamika interaksi pengukuran membentuk realitas yang diamati dari suatu sistem yang terlihat dalam respons meter. Ini adalah langkah besar menuju penjelasan makna ‘superposisi’ dalam mekanika kuantum,” kata Hofmann .

Superposisi dan realitas fisik

Dalam mekanika kuantum, superposisi menggambarkan situasi di mana dua kemungkinan realitas tampak hidup berdampingan, meskipun keduanya dapat dibedakan dengan jelas jika dilakukan pengukuran yang tepat. Analisis studi tim menunjukkan bahwa superposisi menggambarkan berbagai jenis realitas ketika pengukuran berbeda dilakukan. Realitas suatu benda bergantung pada interaksi benda tersebut dengan lingkungan sekitarnya.

“Hasil kami menunjukkan bahwa realitas fisik suatu objek tidak dapat dipisahkan dari konteks seluruh interaksinya dengan lingkungan, masa lalu, masa kini, dan masa depan, memberikan bukti kuat yang menentang keyakinan luas bahwa dunia kita dapat direduksi menjadi sekadar komposisi objek. .” “Blok bangunan fisik,” kata Hoffman.

Menurut teori kuantum, pergeseran alat ukur yang mewakili nilai sifat fisik yang diamati dalam pengukuran bergantung pada dinamika sistem yang dihasilkan dari fluktuasi aksi balik dimana alat ukur tersebut mengganggu keadaan sistem. Superposisi kuantum antara berbagai kemungkinan dinamika sistem membentuk respons alat pengukur dan memberikan nilai tertentu padanya.

Lebih lanjut penulis menjelaskan bahwa fluktuasi dinamika sistem bergantung pada kekuatan interaksi pengukur. Dalam batas interaksi lemah, fluktuasi dinamika sistem dapat diabaikan dan pergeseran balik dapat ditentukan dari persamaan Hamilton-Jacobi, persamaan diferensial klasik yang menyatakan hubungan antara sifat fisik dan dinamika yang terkait.

Ketika interaksi pengukuran lebih kuat, efek interferensi kuantum kompleks antara dinamika sistem yang berbeda diamati. Pengukuran yang diselesaikan sepenuhnya memerlukan distribusi dinamika sistem yang sepenuhnya acak. Hal ini sesuai dengan superposisi semua kemungkinan dinamika sistem, di mana efek interferensi kuantum hanya menentukan komponen proses kuantum yang sesuai dengan nilai eigen properti fisik.

Nilai eigen adalah nilai yang diberikan oleh sekolah mekanika kuantum terhadap hasil pengukuran – eksak Foton Angka, putar ke atas atau ke bawah, dll. Seperti yang ditunjukkan oleh hasil baru, nilai-nilai ini adalah hasil dari distribusi dinamika yang sepenuhnya acak. Nilai yang berbeda harus diperhitungkan ketika dinamika sistem tidak sepenuhnya acak dengan analogi.

Implikasi untuk memahami pengukuran kuantum

Menariknya, pengamatan ini memberikan perspektif baru dalam menggunakan hasil pengukuran untuk menggambarkan kenyataan. Secara umum diasumsikan bahwa partikel lokal atau nilai putaran bilangan bulat adalah elemen realitas yang tidak bergantung pada pengukuran, namun hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai tersebut hanya dihasilkan oleh interferensi kuantum dalam pengukuran yang cukup kuat. Pemahaman kita tentang makna data empiris mungkin memerlukan revisi mendasar.

Hoffman dan timnya berharap dapat mengklarifikasi lebih lanjut hasil kontradiktif yang diamati dalam banyak eksperimen kuantum. “Fakta yang bergantung pada konteks dapat menjelaskan berbagai efek kuantum yang tampaknya kontradiktif. Kami kini berupaya mencari penjelasan yang lebih baik untuk fenomena ini. Pada akhirnya, tujuannya adalah untuk mengembangkan pemahaman yang lebih intuitif tentang konsep dasar mekanika kuantum yang menghindari kesalahpahaman yang disebabkan oleh “Keyakinan naif terhadap realitas objek mikroskopis.”

Referensi: “Ketergantungan hasil pengukuran pada dinamika interaksi kuantum yang koheren antara sistem dan skala” oleh Tomonori Matsushita dan Holger F. Hoffmann, 31 Juli 2023, Penelitian tinjauan fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

Studi ini didanai oleh Badan Sains dan Teknologi Jepang.