Strona głównaPytania → Czy mechanika kwantowa się ukrywa?

Czy mechanika kwantowa się ukrywa?

Pytanie

Pyta Dominik

Skoro rządzi całym światem, to dlaczego się ukrywa? Wbrew pozorom jest to pytanie jak najbardziej fizyczne, gdyż chodzi w nim o mechanikę kwantową. Wyraził się tak dr hab. Jan Chwedeńczuk w radiowej audycji filozoficznej. Rozumiem, że skoro ów uczony nie zna na nie odpowiedzi, to jej na razie (?) nie ma. Jakie są więc koncepcje wyjaśniające zanikanie efektów kwantowych w skali makro?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Jan Chwedeńczuk

Pytanie „czemu mechanika kwantowa się ukrywa” rozumiem w sposób następujący: dlaczego na co dzień nie obserwujemy żadnych egzotycznych zjawisk przewidywanych przez mechanikę kwantową. Do tych zjawisk zaliczam na przykład ślady spójnej superpozycji, przejawiające się w powstających prążkach interferujących fal materii. Albo, czemu nigdy nie widać żadnych śladów tego, by kot współbytował w stanie martwym i żywym?

Mechanika kwantowa jest teorią rządzącą zjawiskami w nano-skali, a zatem decyduje o dynamice pojedynczych atomów, elektronów czy innych cząstek elementarnych. Skoro podstawowe składniki materii podporządkowane są teorii kwantów, to czy my, zbudowani z tych elementów, nie powinniśmy doświadczać wszystkich jej konsekwencji?

Wiemy, że niektóre bardzo kwantowe zjawiska, takie jak wspomniana powyżej superpozycja na dużych skalach, są bardzo podatne na wpływ otoczenia. Innymi słowy, cechą silnie nieklasycznych stanów materii jest ich gotowość do oddziaływania ze wszystkim, co je otacza. W rezultacie, już po krótkiej chwili, „środowisko” wiąże się z układem, który jest w nim zanurzony (mówimy: powstaje stan splątany układu i otoczenia). To powiązanie sprawia, że mnóstwo informacji o układzie, w procesie oddziaływania, przechodzi do otoczenia. Jako że środowisko jest ogromne w porównaniu z badanym układem, informacja ta rozmywa się i w tym sensie zostaje utracona. Gdy będziemy badali stan układu, który „oddał” część tożsamości, okaże się, że to właśnie superpozycja jest szczególnie wrażliwa i bardzo szybko zanika. Mówimy, że układ traci koherencję (spójność) w kontakcie z otoczeniem, a proces ten nazywamy dekoherencją.

To powszechne zjawisko (albowiem nie sposób uniknąć kontaktu z otaczającym światem) prawdopodobnie przyczynia się do nieobecności subtelnych zjawisk kwantowych w życiu codziennym. By je zaobserwować, eksperymentatorzy przygotowują wyszukane układy doświadczalne, których istotną cechą jest izolacja badanych cząstek od otoczenia. Dekoherencja tłumaczy też, czemu zjawiska kwantowe obserwujemy przede wszystkim dla małych obiektów. Te duże silniej oddziałują ze środowiskiem, zatem utrata spójności powinna być szybsza.

Na koniec dorzućmy łyżkę dziegciu do beczki miodu. Wyobraźmy sobie, że udało nam się wprowadzić kota w stan superpozycji: „żywy i martwy”. Argumentowaliśmy, że kot, w kontakcie z otoczeniem, ulegał będzie dekoherencji, co wytrąci go z tej upiornej superpozycji i wprowadzi w stan „żywy albo martwy”. Następnie, wchodzisz Czytelniku do pomieszczenia, gdzie jest kot, i widzisz jedną z tych możliwości. Ale co stało się z drugą? Jaki proces przeprowadził losowanie i dokonał wyboru? Wierzymy, że to sama mechanika kwantowa, ze swym fundamentalnym indeterminizmem, przypadkowo zdecydowała, która z możliwości się zrealizowała. Czy inne zjawiska w naszym codziennym doświadczeniu również obarczone są tą losowością? A może, jak chciał Everett, nie ma żadnego losowania, a Ty zaobserwowałeś zarówno kota żywego jak i martwego, tylko sobie tego nie uświadamiasz.