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Sempre que a precisão de uma medição se aproxima do limite de incerteza definido pela mecânica quântica, os resultados da medição dependem da dinâmica das interações com o medidor usado para determinar uma propriedade física do sistema. Esta descoberta pode explicar porque é que as experiências quânticas produzem frequentemente resultados contraditórios e podem contradizer suposições básicas relativas à realidade física.
Dois físicos quânticos da Universidade de Hiroshima analisaram recentemente a dinâmica de uma interação de medição, onde o valor de uma propriedade física é identificado com uma mudança quantitativa no estado do medidor. Este é um problema difícil, porque a teoria quântica não identifica o valor de uma propriedade física, a menos que o sistema esteja no chamado “estado próprio” dessa propriedade física, um conjunto muito pequeno de estados quânticos especiais para os quais a propriedade física tem uma propriedade física. valor fixo. Os investigadores resolveram este problema fundamental combinando informações sobre o passado do sistema com informações sobre o seu futuro numa descrição da dinâmica do sistema durante a interação de medição, demonstrando que os valores observáveis de um sistema físico dependem da dinâmica da medição. interação pela qual eles são observados.
A equipe publicou os resultados de seu estudo em 31 de julho no Pesquisa de revisão física.
“Há muita divergência sobre a interpretação da mecânica quântica porque diferentes resultados experimentais não podem ser conciliados com a mesma realidade física”, disse Holger Hofmann, professor da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima, em Hiroshima, Japão.
“Neste artigo, investigamos como as superposições quânticas na dinâmica da interação de medição moldam a realidade observável de um sistema visto na resposta de um medidor. Este é um passo importante para explicar o significado de” superposição “na mecânica quântica, ” disse Hofmann.
Na mecânica quântica, uma superposição descreve uma situação em que duas realidades possíveis parecem coexistir, embora possam ser claramente distinguidas quando uma medição apropriada é realizada. A análise do estudo da equipe sugere que as superposições descrevem diferentes tipos de realidade quando diferentes medições são realizadas. A realidade de um objeto depende das interações do objeto com o seu entorno.
“Os nossos resultados mostram que a realidade física de um objecto não pode ser separada do contexto de todas as suas interacções com o ambiente, passado, presente e futuro, fornecendo fortes evidências contra a crença generalizada de que o nosso mundo pode ser reduzido a uma mera configuração de material. blocos de construção”, disse Hofmann.
De acordo com a teoria quântica, o deslocamento do medidor que representa o valor da propriedade física observada numa medição depende da dinâmica do sistema causada pelas flutuações da ação inversa pela qual o medidor perturba o estado do sistema. As superposições quânticas entre as diferentes dinâmicas de sistema possíveis moldam a resposta do medidor e atribuem valores específicos a ela.
Os autores explicaram ainda que as flutuações na dinâmica do sistema dependem da força da interação de medição. No limite das interações fracas, as flutuações da dinâmica do sistema são insignificantemente pequenas e o deslocamento do medidor pode ser determinado a partir da equação de Hamilton-Jacobi, uma equação diferencial clássica que expressa a relação entre uma propriedade física e a dinâmica a ela associada.
Quando a interação de medição é mais forte, são observados efeitos complicados de interferência quântica entre diferentes dinâmicas de sistema. Medições totalmente resolvidas requerem uma randomização completa da dinâmica do sistema. Isto corresponde a uma superposição de todas as dinâmicas de sistema possíveis, onde os efeitos de interferência quântica selecionam apenas os componentes do processo quântico que correspondem aos autovalores da propriedade física. Autovalores são os valores que a mecânica quântica dos livros didáticos atribui aos resultados das medições – números precisos de fótons, rotação para cima ou para baixo e assim por diante. Como mostram os novos resultados, esses valores são resultado da completa randomização da dinâmica. Valores diferentes precisam ser considerados quando a dinâmica do sistema não é completamente aleatória pela medição.
Curiosamente, esta observação proporciona uma nova perspectiva sobre a utilização de resultados de medição em descrições da realidade. É comum assumir que partículas localizadas ou valores inteiros de spin são elementos da realidade independentes de medição, mas os resultados desta pesquisa sugerem que esses valores são criados apenas por interferências quânticas em medições suficientemente fortes. Nossa compreensão do significado dos dados experimentais pode necessitar de uma revisão fundamental.
Hofmann e sua equipe esperam esclarecer ainda mais os resultados contraditórios observados em muitos experimentos quânticos. “Realidades dependentes do contexto podem explicar uma ampla gama de efeitos quânticos aparentemente paradoxais. Estamos agora trabalhando em melhores explicações desses fenômenos. Em última análise, o objetivo é desenvolver uma compreensão mais intuitiva dos conceitos fundamentais da mecânica quântica que evite os mal-entendidos causados por uma crença ingênua na realidade dos objetos microscópicos”, disse Hofmann.
Tomonori Matsushita, da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima, em Hiroshima, Japão, também contribuiu para este estudo.
Este trabalho foi apoiado pelo número de concessão JST JPMJFS2129.
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