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Haben wir die Quantenmechanik die ganze Zeit falsch interpretiert ?
 Have We Been Interpreting Quantum Mechanics Wrong This Whole Time?

Ein Tröpfchen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit Prellen wurde festgestellt, viele Quanten-ähnliche Eigenschaften, einschließlich Doppelspalt Interferenz, Tunnelbau und Energie Quantisierung auszustellen. John Bush
Für fast ein Jahrhundert, "Realität" wurde eine trübe Konzept. Die Gesetze der Quantenphysik scheinen darauf hinzudeuten, dass Partikel verbringen einen Großteil ihrer Zeit in einem gespenstischen Zustand, selbst grundlegende Eigenschaften wie z. B. eine bestimmte Lage fehlt und stattdessen vorhandene überall und nirgends zugleich. Nur dann, wenn ein Teilchen gemessen wird, es plötzlich materialisieren, erscheinen, um seine Position als ob durch einen Wurf zu holen.


Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Original-Geschichte Quanten-Magazin eine redaktionell unabhängige Abteilung des SimonsFoundation.org deren Aufgabe es ist, öffentliche Verständnis von Wissenschaft zu verbessern durch abdecken Forschungsentwicklungen und Trends in Mathematik und den physikalischen und Lebenswissenschaften.
Diese Idee, dass die Natur ist von Natur aus probabilistischen —, dass Partikel keine harten Eigenschaften haben nur Wahrscheinlichkeiten, bis sie beachtet werden – wird direkt durch die standard Gleichungen der Quantenmechanik impliziert. Aber jetzt hat eine Reihe von überraschenden Experimenten mit Flüssigkeiten alte Skepsis gegenüber diesem Weltbild wiederbelebt. Die bizarre Ergebnisse sind Interesse an eine fast vergessene Version der Quantenmechanik, eine Betankung, die nie auf die Idee, eine einzelne, konkrete Realität gegeben hat.
Die Experimente umfassen ein Öltröpfchen, die entlang der Oberfläche einer Flüssigkeit springt. Das Droplet zirkuliert sanft die Flüssigkeit mit jedem Sprung. Zur gleichen Zeit beeinflussen Wellen aus vergangenen springt seinen Lauf. Das Droplet Interaktion mit seinen eigenen Wellen, die bilden, was als pilot Welle bekannt ist, bewirkt, dass es früher als typisch für Elementarteilchen werden Verhaltensweisen zeigen — einschließlich der Verhaltensweisen, die als Beweis dafür, dass diese Partikel durch den Raum wie Wellen, ohne irgendwelche bestimmten Ort verteilt sind, bis sie gemessen werden.
Partikel auf Quanten-Ebene scheinen Dinge tun, die Menschen-Skalieren von Objekten nicht tun. Sie können tunnel durch Barrieren, spontan entstehen oder zu vernichten und diskrete Energieniveaus zu besetzen. Dieses neue Organ der Forschung zeigt, die Tröpfchen Öl als pilot Wellen geleitet zeigen auch diese Quanten-ähnliche Funktionen.
Einige Forscher, die Experimente deuten darauf hin, dass Quantenobjekte als definitive als Tröpfchen sind, und dass sie auch von pilot Wellen geleitet werden – in diesem Fall, die Flüssigkeit-wie Wellenbewegungen in Raum und Zeit. Diese Argumente haben neues Leben in einer deterministischen (im Gegensatz zu probabilistischen) Theorie der mikroskopischen Welt zuerst vorgeschlagen, und abgelehnt, bei der Geburt der Quantenmechanik injiziert.
"Dies ist ein klassisches System, dass Exponate Verhalten, die Menschen bisher exklusiv für das Quanten-Reich war, und wir können sagen, warum", sagte John Bush, Professor für angewandte Mathematik am Massachusetts Institute of Technology, die mehrere neue Prellen Tröpfchen Experimentegeführt hat. "Je mehr Dinge, die wir verstehen und können eine physikalische Begründung für, desto schwieriger wird es sein, die"Quantenmechanik ist Magie"Perspektive zu verteidigen."
Magische Messungen
Die orthodoxe Ansicht der Quantenmechanik, bekannt als die "Kopenhagener Deutung" nach der Heimatstadt der dänische Physiker Niels Bohr, einer der seine Architekten besagt, dass Partikel aus allen möglichen Realitäten gleichzeitig zu spielen. Jedes Teilchen wird durch eine "Wahrscheinlichkeit Welle" Gewichtung dieser vielfältigen Möglichkeiten dargestellt, und die Welle bricht in einen bestimmten Zustand nur, wenn das Teilchen gemessen wird. Die Gleichungen der Quantenmechanik befassen sich nicht wie ein Partikeleigenschaften zum Zeitpunkt der Messung, verfestigen oder wie, in solchen Momenten Wirklichkeit nimmt welche Form zu nehmen. Aber die Berechnungen arbeiten. Als Seth Lloyd, ein Quantenphysiker am MIT, es ausdrückte, "die Quantenmechanik ist nur eingängig und wir haben nur um es aufzusaugen."

Wenn ein paar Schlitze in einem Bild (oben) aufleuchtet, zwei überlappenden Wellenfronten an einigen Stellen zusammenarbeiten und heben sich dazwischen ein Interferenzmuster erzeugen. Das Muster erscheint auch als Partikel auf dem Bildschirm eine von einem (unten), erschossen werden als ob jedes Partikels beide Schlitze auf einmal, wie eine Welle durchläuft. Akira Tonomura/Creative Commons
Eine klassische Experiment in der Quantenmechanik, die scheint zu zeigen, dass die probabilistische Natur der Realität beinhaltet einen Strahl von Teilchen (wie Elektronen) angetrieben, eins nach dem anderen in Richtung ein paar Schlitze in einem Bildschirm. Wenn niemand hält verfolgen jedes Elektron Flugbahn, scheint es beide Schlitze gleichzeitig passieren. In der Zeit schafft der Elektronenstrahl eine wellenförmige Interferenzmuster von hellen und dunklen Streifen auf der anderen Seite des Bildschirms. Aber wenn man die Schlitze ein Detektor vorangestellt ist, seine Messung werden die Partikel verlieren ihre wellenartigen Allgegenwart, Zusammenbruch in bestimmten Staaten und durch einen Schlitz oder andere Reisen. Das Interferenzmuster verschwindet. Die große des 20. Jahrhunderts Physiker Richard Feynman sagte, dass dieses Doppelspalt-Experiment "die Herzen der Quantenmechanik hat", und "ist unmöglich, absolut unmöglich, auf jede Art zu erklären."
Einige Physiker jetzt widersprechen. "Die Quantenmechanik ist sehr erfolgreich; Niemand behauptet, dass es falsch ist", sagte Paul Milewski, Professor für Mathematik an der University of Bath in England die Computermodelle des springenden Tröpfchen Dynamik entwickelt hat. "Was wir glauben, dass es sein kann, in der Tat einige grundsätzlichere Grund warum [Quantenmechanik] sieht aus, wie dies der Fall ist."
Wellen reiten
Die Idee, dass pilot Wellen die Besonderheiten der Partikel Termine zurück zu den Anfängen der Quantenmechanik erklären könnten. Der französische Physiker Louis de Broglie präsentierte die früheste Version von Pilot-Wellen-Theorie auf die 1927 Solvay-Konferenz in Brüssel, eine berühmte Versammlung von den Gründern des Feldes. Wie de Broglie an diesem Tag Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Bohr und zwei Dutzend andere berühmte Physiker erklärte, machte Pilot-Wellen-Theorie die gleichen Vorhersagen als die probabilistische Formulierung der Quantenmechanik (die würde nicht als die "Kopenhagener" Interpretation bis in die 1950er Jahre bezeichnet werden), aber ohne die geisterhaft oder mysteriöse Zusammenbruch.
Die probabilistische Version von Bohr, verfochten beinhaltet eine einzelne Gleichung, die wahrscheinlich oder unwahrscheinlich Standorte von Partikeln wie Höhen und Tiefen einer Welle darstellt. Bohr interpretiert diese Wahrscheinlichkeit Wellengleichung als eine vollständige Definition des Teilchens. Aber de Broglie forderte seine Kollegen zwei Formeln: eine Beschreibung einer realen, physischen Welle, und eine andere die Flugbahn eines tatsächlichen, konkreten Partikels auf die Variablen in die Wellengleichung zu binden, als ob das Teilchen interagiert mit und wird angetrieben durch die Welle, anstatt durch sie definiert wird.
Betrachten Sie z. B. das Doppelspalt-Experiment. In de Broglie Pilot-Welle Bild jedes Elektron durchläuft nur eines der zwei Schlitze, aber wird durch ein pilot Welle, die spaltet und reist durch die beiden Schlitze, beeinflusst. Wie Strandgut in der Strömung zieht es die Teilchen zu den Orten, wo die zwei Wellenfronten zusammenzuarbeiten, und geht nicht, wo sie aufheben.
De Broglie konnte nicht vorhersagen, den genauen Ort, wo eine einzelne Partikel landen würde – genau wie Bohr Version der Ereignisse, Pilot-Wellen-Theorie vorhersagt nur die statistische Verteilung der Ergebnisse oder die hellen und dunklen Streifen – aber die beiden Männer dieses Manko unterschiedlich interpretiert. Bohr behauptete, dass die Partikel nicht bestimmte Flugbahnen haben; de Broglie argumentiert, dass sie es tun, aber wir jedes Partikels Ausgangsposition gut genug messen kann, um den genauen Pfad abzuleiten.
Im Prinzip, aber die Pilot-Wellen-Theorie ist deterministisch: die Zukunft entwickelt sich dynamisch aus der Vergangenheit, so dass, wenn Sie der genaue Zustand aller Teilchen des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt waren, konnte ihre Zustände zu allen zukünftigen Zeiten berechnet werden.
Bei der Solvay-Konferenz gegen Einstein eine probabilistische Universum witzelnd, "Gott nicht Würfel, spielt" aber He über de Broglie Alternative schien ambivalent . Bohr sagte Einstein "aufhören, Gott, was zu tun ist", und (aus Gründen, die im Streit bleiben) gewann er den Tag. 1932, als der Ungarisch-amerikanische Mathematiker John von Neumann behauptete nachgewiesen zu haben, dass die probabilistische Wellengleichung in der Quantenmechanik hätte keine "versteckte Variablen" (die Komponenten wie de Broglie Teilchen mit seiner klar definierten Flugbahn fehlen), Pilot-Wellen-Theorie galt so schlecht, dass die meisten Physiker von Neumanns Beweis ohne sogar eine Übersetzung zu lesen glaubte.

Auf der fünften Solvay-Konferenz rief 1927 der Begründer der Quantenmechanik, Louis de Broglie (mittlere Reihe, Dritter von rechts) sprach sich für eine deterministische Formulierung der Quantenmechanik Pilot-Wellen-Theorie. Aber eine probabilistische Version der Theorie von Niels Bohr (mittlere Reihe, ganz rechts) verfochten hat gesiegt.
Mehr als 30 Jahren würde Vergehen von Neumanns Beweis wurde gezeigt, um falsch zu sein, aber bis dahin ist der Schaden war angerichtet. Der Physiker David Bohm in modifizierter Form im Jahr 1952 mit Einsteins Ermutigung und machte klar, das es funktionierte, aber es nie erwischt auf auferstanden Pilot-Wellen-Theorie . (Die Theorie ist auch bekannt als de Broglie-Bohm-Theorie oder Bohmsche Mechanik).

 



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