Интерпретация Пенроуза

— Интерпретация Пенроуза это предположение Роджера Пенроуза о взаимосвязи 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.

Обзор

Идея Пенроуза вдохновлена ​​квантовой гравитацией , поскольку она использует обе физические константы: $\hbar$ и $G$. Это альтернатива копенгагенской интерпретации , которая утверждает, что суперпозиция терпит неудачу при проведении наблюдения (но она необъективна по своей природе), и интерпретации многих миров , которая утверждает, что альтернативные результаты суперпозиции одинаково «реальны, т.е. «в то время как их взаимная декогерентность исключает последующие наблюдаемые взаимодействия.

Идея Пенроуза представляет собой разновидность теории объективного коллапса . Для этих теорий волновая функция представляет собой физическую волну, которая испытывает коллапс волновой функции как физический процесс, при этом наблюдатели не играют особой роли. Пенроуз предполагает, что волновая функция не может поддерживаться в суперпозиции за пределами определенной разницы в энергии между квантовыми состояниями. Он дает приблизительное значение этой разницы: массу материи, равную планковской массе , которую он называет «уровнем одного гравитона». Затем он выдвигает гипотезу, что эта разница в энергии приводит к коллапсу волновой функции в одно состояние с вероятностью, основанной на ее амплитуде в исходной волновой функции, процедура, полученная из стандартной квантовой механики . Критерий Пенроуза «уровень одного гравитона» составляет основу его предсказания, обеспечивая объективный критерий коллапса волновой функции. Несмотря на трудности строгого определения этого, он предлагает, чтобы базисные состояния , в которые происходит коллапс, математически описывались стационарными решениями уравнения Шредингера-Ньютона . Недавние теоретические работы указывают на все более глубокую взаимосвязь между квантовой механикой и гравитацией.

Физические последствия

Признавая, что волновые функции физически реальны, Пенроуз полагает, что материя может существовать более чем в одном месте одновременно. По его мнению, макроскопическая система, как и человек, не может существовать более чем в одном месте в течение измеримого времени, так как соответствующая разность энергий очень велика. Микроскопическая система, такая как электрон , может существовать в более чем одном месте значительно дольше (тысячи лет), пока ее разделение кривизны пространства-времени не достигнет порога коллапса.

Согласно теории Эйнштейна , любой объект, имеющий массу, вызывает деформацию структуры пространства и времени вокруг него. Это искривление производит эффект, который мы воспринимаем как гравитацию. Пенроуз отмечает, что крошечные объекты, такие как пылинки, атомы и электроны, также вызывают искажения пространства-времени. Игнорирование этих искажений — вот в чем большинство физиков ошибаются. Если пылинка находится в двух местах одновременно, каждое из них должно 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. Стабильность системы зависит от количества затраченной энергии: чем выше энергия, необходимая для поддержания системы, тем менее она стабильна. Со временем нестабильная система имеет тенденцию вернуться к своему простейшему состоянию с самой низкой энергией: в этом случае один объект в одном месте создает одно гравитационное поле. Если Пенроуз прав, гравитация возвращает объекты в одно место без необходимости привлекать наблюдателей или параллельные вселенные.

Пенроуз предполагает, что переход между макроскопическими и квантовыми состояниями начинается на уровне пылевых частиц (масса которых близка к планковской массе ). Он предложил эксперимент для проверки этой теории, названный FELIX ( эксперимент на свободной орбите с лазерной интерферометрией рентгеновских лучей ), в котором рентгеновский лазер в космосе направляется на крошечное зеркало и расщепляется светоделителем из десятков тысяч на расстоянии многих миль, с помощью которого фотоны направляются к другим зеркалам и отражаются обратно. Один фотон ударится о крошечное зеркало, перемещаясь к другому зеркалу, и переместит крошечное зеркало назад, когда оно вернется. Согласно традиционным квантовым теориям, крошечное зеркало может существовать в суперпозиции в течение значительного периода времени. Это предотвратит попадание фотонов в детектор. Если гипотеза Пенроуза верна, суперпозиция зеркала схлопнется в одном месте примерно за секунду, позволяя половине фотонов достичь детектора.

Однако, поскольку этот эксперимент было бы сложно организовать, вместо него была предложена настольная версия, в которой используются оптические резонаторы для улавливания фотонов на время, достаточное для достижения желаемой задержки.

См. также

• Модель Диози – Пенроуза
• Интерпретации квантовой механики
• Организованное снижение цели
• Гравитационная декогеренция
• Уравнение Шредингера – Ньютона
• Стохастическая квантовая механика

Соответствующие книги Роджера Пенроуза

• Новый разум императора
• Дорога к реальности
• Тени разума

Внешние ссылки

• Молекулы – квантовые интерпретации
• QM - Интерпретация Пенроуза (Интернет-архив)
• Роджер Пенроуз рассказывает о своем эксперименте на BBC (25 минута)
• Тима Фолджера Discover « Статья за 2005 год» (PDF) .   (1,08 МБ)