Das Schicksal von Schrödingers Katze liegt wahrscheinlich nicht in den Händen der Schwerkraft, so ein Experiment

(Dixi_/iStock/Getty Images)

Seit fast einem Jahrhundert kämpfen die größten Denker der Welt mit der mathematischen Gewissheit, dass Objekte sich gleichzeitig an mehreren Positionen befinden können, bevor sie durch irgendetwas einrasten.

Eine Reihe von Physikern hat sich gefragt, ob die gute alte Schwerkraft dafür verantwortlich ist, dass sich das Teilchenäquivalent einer Roulettekugel in ihrer metaphorischen Tasche festsetzt. Nach einem neuen Experiment scheint dies etwas unwahrscheinlicher zu sein.

Forscher aus ganz Europa haben kürzlich eine mögliche Erklärung für den scheinbaren Zusammenbruch einer Wellenform getestet, der nicht durch Beobachtungen oder seltsam verzweigte Multiversen, sondern durch die Geometrie der Raumzeit bestimmt wird.



Es ist eine Idee, die ihre Wurzeln in einem Papier hat bereits 1966 veröffentlicht vom ungarischen Physiker Frigyes Karolyhazy, Jahrzehnte später von renommierten Köpfen wie verfochten Roger Penrose Und Lajos Diósi .

Tatsächlich war es Diósi, der sich mit einer Handvoll Wissenschaftlern zusammenschloss, um herauszufinden, ob wir die Schwerkraft für eines der hirnlähmendsten Paradoxien der Quantenphysik verantwortlich machen können.

„30 Jahre lang wurde mir in meinem Land immer vorgeworfen, dass ich auf etwas spekuliert habe, das völlig unüberprüfbar war.“ Diósi-Filiale Wissenschaftsmagazine George Musser.

Neue Technologien haben das Unprüfbare endlich möglich gemacht. Aber um zu verstehen, wie es funktioniert, müssen wir einen kurzen Blick auf den Quantenwahnsinn werfen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts modellierten Theoretiker Teilchen so, als wären sie Wellen, um ihre Erkenntnisse in Einklang zu bringen Atomik und Licht.

Allerdings ähnelten diese Partikel nicht ganz den Wellen, die über die Oberfläche eines Teiches plätscherten. Stellen Sie sich die geschwungene Linie vor, die Sie in ein Diagramm zeichnen könnten, um Ihre Gewinnchancen bei einer Wette bei einem Würfelspiel zu beschreiben.

Für einige Physiker war diese ganze Glücksspielanalogie nur ein praktischer Fummeleifaktor, der später gelöst werden sollte, als wir mehr über die grundlegende Natur der Quantenphysik herausarbeiteten.

Andere waren fest davon überzeugt, dass die Quantenphysik so vollständig ist, wie es nur geht. Das bedeutet, dass es sich tatsächlich um ein schlammiges Durcheinander von Vielleichts in den Tiefen der Physik handelt.

Zu erklären, wie wir von einem gewürfelten Würfel zu einer klar definierten Zahl gelangen, die Dinge wie Teilchenspin, Position oder Impuls beschreibt, ist der Teil, der alle verblüfft hat.

Der berühmte Schweizer Physiker Erwin Schrödinger war fest vom „Fudge-Faktor“ des Teams überzeugt.

Er hat es sich ausgedacht dieses unerhörte Gedankenexperiment Darin ging es um eine versteckte Katze, die gleichzeitig lebendig und tot war (bis man sie sich ansah), nur um zu zeigen, wie verrückt die ganze Sache mit der „unentschlossenen Realität“ war.

Und doch sind wir hier, ein Jahrhundert später, und immer noch überlagert – die Idee von Objekten wie Elektronen ( oder größer ) mehrere Zustände und Positionen gleichzeitig einnehmen, bis man sie misst – ist ein Kernmerkmal der modernen Physik.

So sehr, dass wir eine entwickeln ganzen Zweig der Technik – Quanten-Computing – rund um das Konzept.

Um zu vermeiden, dass man sich auf unausgegorene Dinge berufen muss Vorstellungen von Bewusstsein oder unendlich koexistierende Versionen der Realität Um zu erklären, warum viele Möglichkeiten eins werden, wenn wir ein Teilchen betrachten, bedarf es etwas weniger Skurrilem, damit die Quantenwahrscheinlichkeit zusammenfällt.

Für Physiker wie Penrose und Diósi könnte die Schwerkraft genau das sein.

Einsteins Erklärung dieser Kraft beruht auf einem geschwungenen Geflecht aus dreidimensionalem Raum, das mit der einzigen Dimension der Zeit verwoben ist. Frustrierend ist, dass sich Theoretiker weiterhin einer Quantenbeschreibung dieser „Raumzeit“ entziehen.

Doch diese starke Diskrepanz zwischen den beiden Bereichen bildet ein gutes Rückgrat, um die Wellen der Möglichkeiten in Einklang zu bringen.

Penroses Version Diese Idee beruht auf der Behauptung, dass unterschiedliche Mengen an Energie erforderlich sind, damit Teilchen in verschiedenen Zuständen verharren.

Wenn wir Einsteins folgen alte E=mc^2-Regel , dieser Energieunterschied manifestiert sich als Massenunterschied; Dies wiederum beeinflusst die Form der Raumzeit in dem, was wir als Schwerkraft beobachten.

Wenn in allen möglichen Zuständen ein ausreichender Kontrast vorhanden ist, wird die unveränderliche Form der Raumzeit dafür sorgen, dass erhebliche Kosten anfallen, da effektiv eine einzelne energiearme Version der Eigenschaften eines Teilchens ausgewählt wird, die an ihren Platz gezogen werden soll.

Es ist eine verlockende Idee und zum Glück eine mit einer potenziell testbaren Komponente. Für alle Zwecke sollte dieser Schnappschuss die Position eines Partikels beeinflussen.

„Es ist, als würde man einem Teilchen einen Tritt geben“, sagt Sandro Donadi, Physiker am Frankfurt Institute for Advanced Studies erzählt Wissenschaftsmagazin .

Wenn Sie einem Elektron genügend Tritt geben, wird es dazu gezwungen, Lichtphotonen auszustoßen. Logischerweise bleibt nur noch, eine Art Schrödingers Katzenexperiment zu erstellen, indem man das richtige Material in einer Bleikiste einsperrt, weit entfernt von den störenden Auswirkungen der Strahlung, und auf deren Schreie lauscht. Dieses Material ist in diesem Fall Germanium .

Wenn Penroses Berechnungen stimmen, sollte ein Germaniumkristall über mehrere Monate hinweg Zehntausende Photonenblitze erzeugen, während seine überlagerten Teilchen in gemessene Zustände übergehen.

Doch Diósi und sein Team beobachteten nicht Zehntausende Photonen.

Über einen Zeitraum von zwei Monaten, als sie das Experiment vor fünf Jahren im Untergrund durchführten INFN Gran Sasso National Laboratory , sie maßen kaum mehrere Hundert – genau das, was man von der Strahlung erwarten würde, die durchgesickert ist.

Penrose ist nicht allzu besorgt. Wenn die Schwerkraft dazu führen würde, dass Teilchen beim Kollaps Strahlung aussenden, könnte dies gegen die streng kontrollierten Gesetze des Universums verstoßen Thermodynamik , Trotzdem.

Natürlich ist dies nicht das Ende der Geschichte. In zukünftigen Experimenten könnte sich noch zeigen, dass die Schwerkraft für die Abflachung von Quantenwellen verantwortlich ist. Im Moment scheint alles möglich.

Diese Forschung wurde veröffentlicht in Naturphysik .

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