Arkisto
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Kahden ikkunan näköala
Kirjoitin edellisessä merkinnässä tavoista, joilla kvanttimekaanisen maailman epämääräisyyttä on yritetty ymmärtää. Käsittelin aihetta aika yleisellä tasolla, joten havainnollistan tässä asiaa esimerkillä.
Eräs yksinkertaisimpia tilanteita, missä kvanttimekaniikan epädeterminismi ja epämääräisyys tulevat esille on kaksoisrakokoe. Kokeessa lähetetään hiukkasia kohti seinää ja katsotaan, mihin kohtaan ne osuvat. Lähettäjän ja seinän välissä on levy, jossa on kaksi aukkoa (kutsutaan niitä aukoiksi 1 ja 2).
Klassisen fysiikan hiukkanen menee joko aukosta 1 tai aukosta 2. Kun lähetetään iso määrä hiukkasia, niin seinälle tulee kaksi kasaa, yksi kummankin aukon kohdalle.
Klassisessa fysiikassa on hiukkasten lisäksi myös aaltoja, esimerkiksi vesiaaltoja. Kun aalto törmää levyyn, jossa on kaksi aukkoa, joiden koko on paljon aallonpituutta pienempi, niin kummastakin aukosta alkaa uusi aalto. Tämän voi todentaa vaikka laittamalla järven pintaan levyn, jossa on kaksi aukkoa.
Kokonaisaallon korkeus on näiden kahden aallon yhteenlaskettu korkeus. Niinpä se riippuu siitä, miten aaltojen harjat ja pohjat osuvat yhteen: tätä sanotaan interferenssiksi. Seinälle päätyvän aallon korkeus on suurin siellä, missä molemmilla aalloilla on harjat ja pienimmillään siellä, missä ne molemmat ovat pohjassa. Siinä missä klassisten hiukkasten tapauksessa muodostuu kaksi kasaa, aallot synnyttävät seinälle vaihtelevien korkeiden ja matalien korkeuksien sarjan, interferenssikuvion.
Vesiaallot ja yksittäiset klassiset hiukkaset käyttäytyvät eri tavalla siksi, että veden molekyylit tönivät toisiaan ja vaikuttavat siksi toistensa liikkeisiin. Jos vettä lähetettäisiin seinää kohti pieni pisara kerrallaan, niin sinne tulisi kaksi kasaa (tai ennemminkin läiskää).
Valolle kaksoisrakokokeen teki ensimmäisen kerran Thomas Young vuonna 1807. Siinä näkyi samanlainen interferenssikuvio kuin vesiaalloilla. Tämän katsottiin osoittavan, että valo koostuu aalloista eikä hiukkasista, toisin kuin oli aiemmin ajateltu. Sata vuotta myöhemmin, 1900-alussa, kuitenkin hahmotettiin, että valokin käyttäytyy kuten se koostuisi hiukkasista. Tässä ei välttämättä ole ristiriitaa: vesi aaltoilee, mutta koostuu hiukkasista.
Tilanne menee kuitenkin omituiseksi, kun lähetetään valohiukkasia yksi kerrallaan. Tällöin odottaisi, että kävisi kuten veden tapauksessa: jos aine menee pieni pala kerrallaan, niin seinälle tulee kaksi kasaa. (Valolla kokeen voi toteuttaa vaikkapa siten, että seinä on päällystetty aineella, johon jää jälki valon osuessa siihen, niin että nähdään, mihin valoa on tullut.) Toisin kuitenkin käy: kun valohiukkasia lähetetään monta kappaletta, seinälle ilmestyy laaksojen ja huippujen sarja, eli interferenssikuvio.
Klassisen fysiikan puitteissa tulos on käsittämätön: interferenssi voi syntyä vain, jos aalto menee läpi molemmista aukoista, mutta kukin hiukkanen voi mennä vain yhdestä aukosta.
Kvanttimekaniikassa ongelma ratkeaa siten, että ennen törmäämistään seinään hiukkanen on epämääräisessä tilassa, jossa sillä on tietty todennäköisyys olla mennyt aukosta 1 ja tietty todennäköisyys olla mennyt aukosta 2. Hiukkasen todennäköisyys osua tiettyyn kohtaan seinää määräytyy näiden kahden mahdollisuuden yhteispelistä vesiaaltojen korkeuden tapaan, mikä synnyttää interferenssikuvion. Kvanttimekaniikan mukaan siis kaikki seuraavat väittämät ovat virheellisiä:
Hiukkanen meni aukosta 1.
Hiukkanen meni aukosta 2.
Hiukkanen ei mennyt kummastakaan aukosta.
Hiukkanen meni molemmista aukoista.
Ennen törmäämistä seinään hiukkasen tila oli epämääräinen, eli sillä ei ollut määrättyä paikkaa, eikä siten myöskään määrättyä rataa avaruudessa. Jos mitataan, mistä aukosta hiukkaset menevät, niiden tila tulee määrätyksi, ja saadaan kaksi kasaa, kuten klassisten hiukkasten tapauksessa. Interferenssikuvio siis osoittaa, että hiukkasen tila todella on ollut epämääräinen.
Kokeen voi toistaa muullakin kuin valolla, ja kvanttimekaniikan mukaan voi käyttää miten isoja kappaleita tahansa, esimerkiksi koripalloja, joita heitetään kohti levyä, jossa on kaksi aukkoa. Tai miksei vaikka ihmisiä, joiden pitää mennä kahdesta oviaukosta. Kappaleiden pitää kuitenkin olla hyvin eristettyjä ympäristöstään, muuten voidaan seurata niitä ja tietää, kummasta aukosta ne menivät. Tämä dekoherenssina tunnettu ilmiö selittää sen, miksi on vaikeaa havaita epämääräisyyttä isojen kappaleiden tapauksessa. Isoin kappale, jolla epämääräisyys on todennettu, on 810 atomista koostuva molekyyli.
Edellisessä merkinnässä esittelemäni lähestymistavat epämääräisyyteen selittävät kaksoisrakokokeen tuloksen eri tavoin.
Deterministisissä teorioissa hiukkasella on aina määrätty paikka, joten se menee jommastakummasta aukosta. Interferenssikuvio selitetään siten, että on hiukkasten lisäksi olemassa jokin kenttä, joka käyttäytyy aaltomaisesti. Tämä kenttä määrää sen, miten hiukkaset liikkuvat, mutta sitä ei itsessään voi havaita, mikä tuntuu hieman epäilyttävältä. Mieleen tulee 1800-luvun eetteri, jonka esitettiin kuljettavan valoaaltoja, mutta jota ei itsessään voinut havaita, ja joka osoittautui tarpeettomaksi suppean suhteellisuusteorian myötä.
Teorioissa, joissa tila määräytyy itsestään, hiukkanen matkaa aukoista epämääräisessä tilassa, mutta seinän kohtaaminen saattaa hiukkasen määrättyyn tilaan. On ollut vaikea löytää sellaisia tilan määräytymisen teorioita, jotka olisivat teoreettisesti ongelmattomia ja sopusoinnussa kaikkien havaintojen kanssa.
Kolmannen vaihtoehdon tarjoavat teoriat, joissa hiukkasen tila ei määräydy koskaan. Niiden mukaan hiukkanen on aina sekoituksessa vaihtoehtoja, jossa se osuu seinän eri kohtiin tietyllä todennäköisyydellä, mutta me havaitsemme niistä vain yhden. Ei tosin ole vielä osoitettu, että tämän selittäminen kvanttimekaniikan puitteissa on mahdollista – tai ainakaan selitykset eivät ole vakuuttaneet koko tiedeyhteisöä.
Kvanttimekaniikan epämääräisyys ja epädeterminismi ovat kaiken elektroniikan ja nykyaikaisen kemian pohjana, eli melkeinpä kaikki nykyteknologia perustuu niihin. Esimerkiksi se, että kännykkä toimii osoittaa, että klassisen fysiikan, ja arkiajattelumme, kuva maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen. Harvat ilmiöt kuitenkaan tarjoavat niin kirkkaan ikkunan kuin kaksoisrakokoe siihen, että maailma ei ole ennakkoluulojemme mukainen.
22 kommenttia “Kahden ikkunan näköala”
Vastaa
Kööpenhaminan takana
Nykyfysiikan perustana olevat suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka ovat arkijärjelle vieraita. Niiden käsitteet ovat kovin erilaisia kuin ne, mitä syntyjämme käytämme maailman hahmottamiseen.
Suhteellisuusteoria laajentaa käsityksiämme ajasta ja avaruudesta kauas arjen tuolle puolen. Se kuitenkin nivoutuu jokapäiväiseen kokemukseemme saumattomasti siinä mielessä, että suhteellisuusteoria myös selittää, miksi avaruus ja aika näyttävät arkisen yksinkertaisilta niissä olosuhteissa, joihin olemme tottuneet. Toisin on kvanttimekaniikan kohdalla. Kvanttimekaniikan omituisuudet liittyvät siihen, että sen mukaan todellisuus on epädeterministinen ja epämääräinen.
Epädeterminismi tarkoittaa sitä, että ei ole mahdollista ennustaa sitä, mitä tapahtuu, ainoastaan todennäköisyyksiä eri vaihtoehdoille. Esimerkiksi LHC-kiihdyttimen kokeissa voidaan ennustaa vain se, millä todennäköisyydellä mitäkin hiukkasia syntyy ja mihin suuntaan ne lähtevät. Epämääräisyys tarkoittaa sitä, että asioiden nykytila ei ole määrätty. Ennen kuin törmäyksessä syntyneet hiukkaset iskevät detektoriin, ne eivät ole kulkeneet mitään reittiä, vaan ovat tilassa, jossa niillä on tietyt todennäköisyydet ollut kulkea eri teitä.
Yleensä epämääräisyyttä käsitellään Kööpenhaminan tulkintana tunnetulla reseptillä. Sen mukaan systeemin tila on epämääräinen, kunnes se havaitaan, joten fyysikoiden pitää vain laskea todennäköisyyksiä ja verrata niitä havaintoihin. David Mermin on kuvaillut tätä sanoilla ”turpa kiinni ja laske”. (Usein tämä kyseenalaisen lennokas lausahdus laitetaan virheellisesti Richard Feynmanin nimiin.)
Kööpenhaminan toimintaohje nostaa havaitsijan keskeiseen rooliin, mikä törmää ylitsepääsemättömään ongelmaan viimeistään siinä vaiheessa, kun tarkastellaan kosmologiaa. Kosmisen inflaation mukaan kaikki maailmankaikkeuden rakenteet (mukaan lukien me) ovat syntyneet sekunnin ensimmäisen murto-osan aikaisista kvanttivärähtelyistä. Jos kvanttivärähtelyillä ja siten maailmankaikkeuden rakenteilla ei ole määrättyä tilaa ennen kuin joku on paikalla havaitsemassa niitä, mutta havaitsijat syntyvät kvanttivärähtelyistä, päädytään umpikujaan. Kvanttimekaniikka, tai ainakin ymmärryksemme siitä, on puutteellinen. Onkin esitetty useita ideoita Kööpenhaminan tulkinnan jättämän aukon paikkaamiseksi.
Yksi ehdotus on se, että kvanttimekaniikan takana on deterministinen teoria. Klassinen fysiikka näyttää deterministiseltä, mutta sen takana on epädeterministinen kvanttimekaniikka. Ehkä seuraava taso on taas deterministinen, ja kvanttimekaniikan epädeterminismi ja epämääräisyys ovat näennäisiä? Klassisessa fysiikassa käytetään todennäköisyyksiä kuvaamaan tilanteita, joissa systeemin tila on määrätty, mutta sitä ei tarkalleen tunneta, ja kvanttimekaniikassakin voisi olla kyse vain tietämättömyydestä. Ajatus on houkutteleva, koska se näyttäisi helposti ratkaisevan kvanttimekaniikan omituisuudet: ne johtuisivat vain siitä, että sovellamme teoriaa sen pätevyysalueen ulkopuolelle, eli otamme sen liian vakavasti.
Ehdotukset tällaisiksi deterministisiksi teorioiksi eivät kuitenkaan ole saaneet suosiota fyysikoiden keskuudessa. Tähän on kaksi syytä. Ensinnäkin, Bellin epäyhtälöön liittyvät koetulokset osoittavat, että maailma on joko epämääräinen ja epädeterministinen, tai sitten epälokaali. Epälokaalius tarkoittaa sitä, että maailmankaikkeuden eri osat tietävät mitä kaikkialla muualla tapahtuu koko ajan etäisyydestä riippumatta, tai ainakin tieto niiden välillä kulkee valoa nopeammin. Tätä on vaikea sovittaa yhteen suppean ja yleisen suhteellisuusteorian kanssa.
Toinen determinististen teorioiden ongelma on se, että kvanttimekaniikka toimii kokeellisesti erittäin hyvin. Kvanttikenttäteoria, jossa kvanttimekaniikka on yhdistetty suppeaan suhteellisuusteoriaan, toimii vielä paremmin. Itse asiassa se on tarkimmin testattu fysiikan teoria, eikä mitään poikkeamia siitä ole löydetty. Niinpä determinististen teorioiden pitäisi toistaa kvanttiteorian ennustukset hyvin tarkasti täysin toisenlaiselta pohjalta. Tämä ei ole helppoa, ellei teoriaa kyhää niin, että sen ennusteet ovat lähtökohtaisesti tismalleen samat kuin kvanttiteorian.
Yleensä perustavanlaatuiset teoriat rakennetaan jonkin periaatteen pohjalle, ja tästä seuraa uudenlaisia ilmiöitä. Esimerkiksi suhteellisuusteorian mukaan informaatio ei voi kulkea valoa nopeammin, mikä johtaa gravitaatioaaltoihin, joita ei ole Newtonin gravitaatioteoriassa. Ehdotetut deterministiset teoriat sen sijaan lähtevät olemassa olevan teorian ennusteiden toistamisesta. Jos ennusteet ovat täysin samat, on kyseenalaista, voiko puhua uudesta teoriasta, vai onko kyseessä vain erilainen tulkinta.
Uuden kaavun laittaminen vanhan teorian ylle voi olla houkuttelevaa silloin, jos uusi asu on entistä siistimpi. Mutta sen sijaan, että deterministiset ehdotukset selkeyttäisivät teoriaa, ne ovat lisänneet siihen ylimääräistä rakennetta, josta ei kuitenkaan seuraa mitään uutta. Lisäksi nämä teoriat ovat epälokaaliutensa vuoksi arkijärjelle vieraita, joten outoudesta ei päästä täysin eroon. Ei tiedetä, ovatko deterministiset ehdotukset väärin, mutta toistaiseksi ne ovat olleet hedelmättömiä.
Toinen vaihtoehto Kööpenhaminan tulkinnalle on muuttaa kvanttimekaniikkaa siten, että tietyissä olosuhteissa systeemin tila määräytyy itsestään. Tällöin säilytetään kvanttimekaniikan epämääräisyys ja epädeterminismi, mutta päästään eroon havaitsijaan liittyvistä ongelmista. Eräs motivaatio tällaisille teorioille tulee kvanttifysiikan toisesta puutteesta: ei vielä tiedetä, miten gravitaatiota pitäisi käsitellä kvanttimekaanisesti. On ehdotettu, että gravitaatio saisi aikaan tilan määräytymisen, vaikka enimmäkseen kvanttigravitaatiota tutkitaan erillään epämääräisyyden ongelmasta, eikä idea ole alan tutkijoiden keskuudessa juuri saanut jalansijaa.
Tällaisten ehdotusten rakentelulle on sama rajoite kuin deterministisille teorioille: teoria ei saa olla ristiriidassa kvanttimekaniikan kokeellisen menestyksen kanssa. Tässä tapauksessa ongelma voi olla jopa pahempi, sillä tilojen määräytyminen itsestään on iso muutos, ja se johtaa helposti muihinkin poikkeamiin. Tunnen näitä teorioita lähinnä sen osalta, miten niitä on sovellettu kosmiseen inflaatioon, ja siinä kehitys ei ole pitkällä. Toisaalta sellaiset tilanmääräytymisteoriat, jotka on tarkoitettu selittämään laboratorio- ja kiihdytinkokeita, eivät vaikuta selittävän kosmologista tilannetta kovin hyvin.
Sekä deterministisen että itsestään määräytyvän teorian mahdollisuus on kiinnostava, mutta ennen kuin ryhtyy sellaisia rakentelemaan, pitäisi olla varma siitä, että kvanttimekaniikkaa on todella tarpeen muokata. Emme nimittäin tiedä, onko systeemin tila koskaan määrätty, vain sen, että se näyttää meistä määrätyltä. Inflaation yhteydessä mainitsin ongelman siitä, että jos systeemin tila on määrätty vain, koska on havaitsijoita, mutta havaitsijoiden olemassaolo edellyttää sitä, että tila on määrätty. Tämän ongelman voi kääntää ratkaisuksi sanomalla, että maailman näkeminen määrättynä on edellytys sille, että koemme olevamme olemassa.
On esitetty erilaisia ideoita siitä, miten tämä voisi tapahtua. Niillä on yhteistä se, että maailma on todella koko ajan epämääräinen, mutta koemme siitä vain pienen osan: pyrkimyksenä on selittää vain kokemuksemme, ei koko maailmaa kerralla. Ilmiö nimeltä dekoherenssi on tässä keskeisessä osassa. Jotkut tällaisten ideoiden kannattajat ovat sitä mieltä, että he ovat ratkaisseet kaikki kvanttimekaniikan tulkintaongelmat, ja mitään selitettävää ei enää ole. Suurin osa fyysikkojen yhteisöstä ei kuitenkaan ole samaa mieltä (tai ei edes pidä ehdotuksia niin kiinnostavina, että olisi tutustunut niihin).
Tilanne on sinänsä kummallinen, että kvanttimekaniikan matematiikka on melko yksinkertaista, toisin kuin yleisen suhteellisuusteorian tai kvanttikenttäteorian, joten luulisi olevan helppoa tarkistaa, onko jokin sitä koskeva väite oikein vai väärin. Kvanttimekaniikan käsitteellinen ero arkiajatteluun on kuitenkin niin iso, että teoriaa päivittäin käyttävien tutkijoidenkin voi olla vaikea hahmottaa, mitä kaikkea siitä seuraa. Esimerkiksi epämääräisyyden osoittava Bellin epäyhtälö esitettiin vasta 1964, vaikka se on suoraviivainen sovellus kvanttimekaniikan perusteista. Kvanttimekaniikan käsitteiden sulauttaminen ajatteluun on tutkijayhteisölläkin vielä kesken, vaikka teoria on kohta sata vuotta vanha.
6 kommenttia “Kööpenhaminan takana”
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Kahden ikkunan näköala
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Tila kosmologiassa
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Kaikki tai ei mitään
Vastaa
Ei tiedettä ilman ennustuksia
Tieteessä tapahtuu –lehdessä 3/2015 on artikkelini ennustamisesta. Ingressi on seuraava:
”Hahmottelen ennustamista tieteessä, käyttäen esimerkkeinä hiukkasfysiikkaa ja kosmologiaa. Sana tiede tarkoittaa tässä luonnontiedettä laajasti ymmärrettynä, eli karkeasti sanottuna rationaalisia yrityksiä selvittää sitä, millainen fysikaalinen todellisuus on. En väitä näiden huomioiden olevan omaperäisiä.”
Artikkeli perustuu AID-tilaisuudessa 8.12.2014 pitämääni esitykseen, ja se jatkaa taloustieteen tiimoilta käytyä keskustelua. Lehdessä on myös tilaisuudessa puhuneiden taloustieteilijä Antti Ripatin ja meteorologi Heikki Järvisen tekstit, ja AID-keskustelun järjestäneen Uskali Mäen johdanto. Kaikki tekstit ovat luettavissa lehden sivuilta.
3 kommenttia “Ei tiedettä ilman ennustuksia”
-
Onko oikea ennustaminen lopulta muuta kuin puhdasta matematiikkaa? Taivaanmekaniikan tapahtumista kyetään tarvittaessa ”ennustamaan” esim. Auringon ja Kuun pimennykset tuhansiksi vuosiksi eteenpäin, koska muuttujia on niin vähän. Mutta onko tämä ennustamista?
Ihmiselon tapahtumiin keskittyneitä nostradamuksia ja ennustajaeukkoja on pilvin pimein, mutta heidän visionsa ovat puhtaita arvauksia, koska muuttujia on niin valtavasti, ettei kukaan pysty niitä kaikkia huomioimaan.
Ehkä joskus kehitetään tietokone, joka pystyy kertomaan missä olen huomisiltana klo 21. Tämäkin vain sillä edellytyksellä, että kaikki tarvittavat muuttujatiedot on syötetty laitteeseen oikein. 🙂-
Eikö näitä hylättyjä kommentteja voisi poistaa eikä jättää ikuisesti odottamaan hyväksyntää? Häiritsevät turhaan hienon blogin seuraamista. Ainakin omassa blogissani poistaminen onnistuu.
-
-
Syksy Räsänen sanoo:
Markku Tamminen:
En tiennyt, että lukijat näkevät omat julkaisemattomat kommenttinsa. Poistan ne jatkossa.
Yksi huolenaihe kvanttimekaniikan tulkinnoissa on, ainakin minulle, että tarkastelut yleensä perustuvat epärelativistiseen Schrödingerin yhtälöön jossa on globaali aikaparametri ja ääretön signaalinopeus, jolloin ei liene ihme jos teoria ennustaa esimerkiksi koko maailmankaikkeuden haarautumista monimaailmatulkinnassa. Minusta ei ole varmaa olisivatko kvanttimekaniikan eri tulkinnat enää keskenään täysin ekvivalentteja jos Schrödingerin sijasta käytettäisiin jotakin relativistista teoriaa. En kyllä tiedä mikä relativistinen teoria tuollaiseen tarkasteluun kannattaisi valita, riittäisikö esimerkiksi pelkkä yksihiukkas-Diracin yhtälö vai pitäisikö käyttää jotakin kenttäteoriaa (standardimallin osajoukkoa). Arvelen että tuollainen tarkastelu olisi jo tehty jos se osattaisiin tehdä. Pääviestini on kuitenkin että varovaisuus filosofisluonteisissa johtopäätöksissä on paikallaan, jos ja kun matkan varrella on tehty approksimaatio (ei-relativistisuus) joista tiedetään että se ei aina päde.
Pekka Janhunen:
Monimaailmatulkinnan nykyaikainen versio, konsistentit historiat (tunnetaan myös nimellä dekoherentit historiat) on täysin yhteensopiva suhteellisuusteorian kanssa.
Deterministisiä teorioita on yritetty rakentaa sopimaan yhteen suhteellisuusteorian kanssa, mutta (kuten edellisessä merkinnässä mainitsin), tulokset eivät ole olleet täysin onnistuneita.
Tilan määräytymisen teorioista tunnen lähinnä ne, joita on sovellettu kosmiseen inflaatioon, ja ainakin ne ovat sopusoinnussa suhteellisuusteorian kanssa (mikä onkin edellytys sille, että niitä voi ylipäänsä käyttää inflaation yhteydessä)Ne eivät tosin ole kokonaisia kuvauksia tilan määräytymisestä, vain tuohon tilanteeseen sovellettuja.
Minusta tuntuu, että yksin ammuttu hiukkanen menee molemmista aukoista. Toisaalta kymmenistä atomeista koostuvan fullereenipallon ei luulisi olevan aalto.
Olen myös lukenut viivästetystä kaksoisrakokokeesta, jonka perusteella on saatu viitteitä, että nykyhetki vaikuttaa menneisyyteen. Tai tulevaisuus vaikuttaa menneisyyteen.
Lieneekö näissä spekuloinneissa mitään järkeä. Joka tapauksessa kaksoisrakokoe antaa merkillisiä tuloksia ja ihmetyttää suunnattomasti.
Kosmos:
Kvanttimekaniikan kuvaamat kappaleet eivät ole klassisen fysiikan mukaisia pistemäisiä hiukkasia eivätkä klassisen fysiikan mukaisia aaltoja. Niiden kvanttimekaaninen kuvaus on sellainen, jota joissain tilanteissa voi approksimoida jommalla kummalla näistä malleista, mutta ne ovat vain sitä: malleja, eivät todellisuutta.
En tiedä, että olisi mitään kokeellista osoitusta ajassa taaksepäin menevästä vaikutuksesta.
Menneisyyteen vaikuttamisella tarkoitin Jhon Wheelein kehittämää viivästyneen valinnan kaksoisrakokoetta. Siinnä hiukkasen reittiä havainnoidaan vasta rajojen jälkeen. Juuri ennen sitä kun hiukkanen osuu varjostimeen. Tässäkin tapauksessa interferenssi katoaa.
Hiukkanen on jo kulkenut raon (rakojen) läpi ja ”päättänyt” intterferoida. Eli tulevaisuuden havainto vaikuttaa menneisyyteen.
Olen lukenut aiheesta Stephen Hawkingin ja Leonard Mlodinowin kirjasta Suuri suunnitelma, luvusta vaihtoehtoiset historiat.
Kosmos:
Kyse ei ole siitä, että menneisyyteen voisi vaikuttaa, vaan siitä, että on virheellistä soveltaa hiukkaseen klassisen mekaniikan hiukkasten tai aaltojen mallia, eli ajatella, että se joko on mennyt aukoista tai ei ole mennyt. Kvanttimekaanisella hiukkasella ei ole rataa.
Mukava lukea välillä sinulta yksiselitteinen vastaus. Kiitos. 🙂
Tämä selventää paljon. Kvanttihiukkanen ei ole aalo eikä hiukkanen, vaan jotakin mitä ymmärrys ja sanat eivät riitä kertomaan. Ainakaan ei minun ymmärrys.
Mutta kun kvanttihiukkasia kokoontuu yhteen tarpeeksi paljon, jollakin merkillisellä tavalla epämääräisyys katoaa. Luoti menee aina jommasta kummasta aukosta, eikä harhaile matkalla.
Kosmos:
Kvanttimekaanisen hiukkasen luonne on tosiaan arkijärjen ulottumattomissa (vaikka sen käytöksen todennäköisyys voidaankin matemaattisesti ennustaa äärimmäisen tarkasti).
Siitä, miksi isot kimput käyttäytyvät kuin klassiset hiukkaset, lisää täällä (vaikka asia ei vielä tosiaan ole täysin selvä): http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/maarattyina_yhteen
Todellisuuten tarkin ymmärrettävä mallintaminen on jo kauan tiedetty voitavan tehdä täysin ilman hiukkaskäsitettä. Aaltoluonne tosin näyttää olevan välttämätön, mutta ei sellaisena kuin klassinen väliaineaalto. Syklisyys vaikuttaa syvään iskostuneelta olevaisen rakenteelta.
Näistä saamme pala palalta tietoa ja käsitettäviä loogisia teorioita myötä tieteellisen työn, jota blogisti S. Räsänen edustaa – kaikki tuki hänelle ja kollegoilleen.
Ehkä tyhmänä ja mekanistisena kysymyksenä, että onko tuossa kokeessa joku etäisyysraja fotonilähteen ja raon välillä. Jos fotonilähde asetettaisiin ”äärettömän lähelle” toista rakoa kuitenkin siten, ettei fotoni lähtisi raon ”sisältä”, vaan jostain atomien etäisyydeltä raon reunasta, toteutuisiko kaksoisrakokokeen tulos silti?
miguel:
Interferenssin voimakkuus riippuu siitä, millä painolla hiukkasen tilassa ovat mukana ne vaihtoehdot, että se olisi mennyt aukosta 1 tai aukosta 3. Voimakkain interferenssikuvio syntyy silloin, kun molempien paino on sama. Kun todennäköisyys olla mennyt toisesa aukosta kasvaa, niin interferenssikuvio heikkenee, ja jos sen painoksi tulee 100%, niin interferenssikuvio häviää kokonaan.
Miten hiukkaset käyttäytyisivät kokeessa, jos rakoja olisi kahden sijasta enemmän, esim. 3, 4 tai 5?
Metusalah:
Tulisi monimutkaisempi interferenssikuvio.
Netistä löytyy tietoja Shahriar Afsharin kokeesta, jonka mukaan Afsharin kokeella voidaan havaita interferenssivyöhykkeitä, vaikka fotoneiden kulkureittiä tarkkailtiin.
Eli aaltofunktio ei romahda.
En saa selvää onko Afsharin tulokset vahvistettu vai ei.
Dekoherenssi tuntuu näin maallikon mielestä hyvältä selitykseltä, vaikka siinnä tuntuu olevan ongelmia, kuten Syksy kirjoitti Tiede-lehdessä. Aiemmin en ole miettinyt dekoherenssi sanan merkitystä.
Olen aina vierastanut ajatusta, että tapahtumalle pitää olla havaitsija.
wikipedia sanoo kaksoisrakokokeen vuodeksi 1802
pekka kerttula:
Alkuperäisessä kokeessa ei käytetty kahta rakoa, vaan jaettiin valonsäde.