احتمال کوانتومی را نمی توان بدون فرض اول بدست آورد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برای نزدیک به یک قرن، فیزیکدانان برای محاسبه شانس نتایج مختلف هنگام اندازه گیری یک سیستم کوانتومی بر قانون Born تکیه کرده اند. با این حال، علیرغم چندین دهه تلاش، هیچ کس موفق نشده است که این قاعده را از اصول پایه‌ای‌تر ریاضی بدون فرضیاتی در مورد احتمال در طول مسیر استخراج کند.

از طریق تجزیه و تحلیل جدید منتشر شده در Physical Review A، جیاکسوان ژانگ در دانشگاه آکسفورد نشان داده است که پنج مورد از برجسته‌ترین مشتقات قانون Born همگی به یک چنین فرضی بستگی دارند. کار او نشان می‌دهد که احتمالات کوانتومی را نمی‌توان به سادگی از نظریه‌ای استخراج کرد که برای شروع هیچ‌کدام از آنها وجود ندارد.

در مکانیک کوانتومی، تا زمانی که کسی به آن نگاه نمی‌کند، وضعیت یک سیستم به آرامی و قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند – اما لحظه‌ای که اندازه‌گیری می‌شود، به نظر می‌رسد که نتیجه به‌طور تصادفی تعیین می‌شود. احتمال هر نتیجه ممکن توسط قانون Born ارائه می شود.

این تضاد ناخوشایند در قلب "مسئله اندازه گیری"، یکی از عمیق ترین معماهای فیزیک قرار دارد. از آنجایی که قانون Born تنها جایی است که احتمال وارد نظریه کوانتومی می شود، بسیاری از فیزیکدانان امیدوارند به جای پذیرش صرفا به عنوان نقطه شروع، آن را از قوانین دیگر و غیر تصادفی این نظریه استخراج کنند.

اگر این اشتقاق امکان پذیر باشد، نشان می دهد که تصادفی کوانتومی توضیحی عمیق تر و غیر تصادفی دارد. بسیاری از این اشتقاق‌ها پیشنهاد شده‌اند، اما هر یک از آنها به مجموعه‌ای از مفروضات خاص خود نیاز دارند که مقایسه مستقیم آنها را دشوار می‌کند.

ژانگ به جای پیشنهاد اشتقاق دیگری، به تشریح موارد موجود پرداخت. از طریق یک تجزیه و تحلیل دقیق ریاضی، او از همان ابتدا از این فرض که اندازه‌گیری‌ها اصلا احتمالات را شامل می‌شوند اجتناب کرد. در عوض، او به سادگی هر پیامد اندازه‌گیری ممکن را به‌عنوان یک عدد تلقی کرد، سپس مفروضات زیربنای پنج اشتقاق اصلی قانون بورن را دنبال کرد – که هر کدام از خطوط استدلال بسیار متفاوتی پیروی می‌کنند.

به طور خاص، ژانگ بر دو فرض تمرکز کرد که اغلب با هم مبهم هستند. اولا، «افزایش» به این معناست که عدد اختصاص داده شده به «یک نتیجه یا نتیجه دیگر» مجموع اعداد جداگانه آنهاست، درست همانطور که شانس چرخاندن یک یا دو روی یک قالب، مجموع هر شانس فردی است. دوم، «غیر زمینه‌ای بودن» به این معناست که عددی که به یک نتیجه داده می‌شود به نحوه اندازه‌گیری آن یا آنچه در کنار آن اندازه‌گیری می‌شود، بستگی ندارد.

ژانگ از طریق تجزیه و تحلیل خود ثابت کرد که افزودنی بودن و غیر زمینه‌ای بودن ایده‌هایی واقعا مجزا هستند. مهمتر از همه، او دریافت که هر پنج مشتق نیاز به افزایش دارند، یک ویژگی ذاتی شبیه به احتمال. در حالی که برخی از آن‌ها آن را آشکارا فرض می‌کنند، برخی دیگر آن را در مفروضات مختلف پنهان می‌کنند، و یک آرگومان تنها زمانی با هم باقی می‌ماند که افزودنی به آن اضافه شود.

در حالی که ژانگ از اثبات غیرممکن بودن اشتقاق بدون احتمال کوتاهی می‌کند، نتایج او این دیدگاه را تایید می‌کند که به برخی فرض‌های احتمال مانند اضافی نیاز است. کار او با مشخص کردن دقیق محل ورود احتمال، راه روشن تری را برای ارزیابی ادعاهای مبانی نظریه کوانتومی به فیزیکدانان ارائه می دهد. به نوبه خود، این می تواند به آنها کمک کند تا قضاوت کنند که آیا تصادفی کوانتومی واقعا می تواند از اصول عمیق تر بیرون بیاید یا اینکه باید از ابتدا فرض شود.

توسط نویسنده ما سام جارمن، ویرایش شده توسط گابی کلارک، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

جیاکسوان ژانگ، جمع بندی عدم قطعیت: در مورد لزوم افزایش در استخراج قانون Born، بررسی فیزیکی A (2026). DOI: 10.1103/mqy7-s2db

نویسنده مشارکت کننده Science X; اخترفیزیک، مواد جدید، تصویربرداری پزشکی و فناوری الهام گرفته از زیست را پوشش می دهد. نمایه کامل →

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →