Simulasi numerik menunjukkan bagaimana dunia klasik dapat muncul dari banyak dunia mekanika kuantum.

Siswa yang mempelajari mekanika kuantum diajarkan persamaan Schrodinger dan cara menyelesaikannya untuk memperoleh fungsi gelombang. Namun satu langkah penting dihilangkan karena hal ini telah membingungkan para ilmuwan sejak awal: bagaimana dunia nyata dan klasik seringkali muncul dari sejumlah besar solusi fungsi gelombang?

Masing-masing fungsi gelombang ini mempunyai bentuk tersendiri dan fungsi terkait. tingkat energitapi bagaimana caranya fungsi gelombang “Runtuh” ​​ke dalam apa yang kita lihat sebagai dunia klasik: atom, kucing, dan mie kolam renang yang mengambang di kolam hangat sebuah hotel kumuh di Las Vegas yang menjadi tuan rumah konvensi para pengusaha yang sedang mabuk mencoba menjual perangkap tikus yang lebih baik kepada dunia?

Pada tingkat tinggi, hal ini ditangani oleh “aturan Born”: postulat bahwa kepadatan probabilitas untuk menemukan suatu objek di lokasi tertentu sebanding dengan kuadrat fungsi gelombang pada posisi tersebut.

Erwin Schrödinger menemukan kucingnya yang terkenal sebagai cara untuk memperkuat konsekuensi keruntuhan fungsi gelombang: peristiwa sederhana, seperti peristiwa kuantum peluruhan radioaktif inti atom, yang entah bagaimana mengakibatkan kucing makroskopis di dalam kotak, baik hidup atau mati . (Transisi yang misterius, mungkin hanya teoretis, ini disebut Potongan Heisenberg.)

Mekanika kuantum tradisional mengatakan bahwa setiap saat kucing menjadi mati atau hidup kembali ketika kotak dibuka dan keadaannya “diukur”. Sebelumnya, kucing, dalam arti tertentu, mati dan hidup: ia ada dalam superposisi kuantum di setiap keadaan. Hanya ketika kotak dibuka dan bagian dalamnya terlihat barulah fungsi gelombang kucing tersebut runtuh ke keadaan hidup atau mati.

Dalam beberapa tahun terakhir, fisikawan telah mempelajari proses ini lebih dalam untuk memahami apa yang terjadi. Modifikasi persamaan Schrödinger hanya mempunyai keberhasilan yang terbatas.

Gagasan lain selain interpretasi Kopenhagen yang dijelaskan di atas, seperti Teori gelombang percontohan De Broglie-Bohm Dan Interpretasi mekanika kuantum di banyak dunia.Mereka mendapat perhatian lebih.

Kini, tim ahli teori kuantum dari Spanyol telah menggunakan simulasi numerik untuk menunjukkan bahwa, dalam skala besar, fitur dunia klasik dapat muncul dari kelas sistem kuantum yang luas. Tugasmu adalah diterbitkan di buku harian Tinjauan Fisik.

“Fisika kuantum bertentangan dengan pengalaman klasik kita ketika menyangkut perilaku elektron, atom, atau foton individu,” kata penulis utama Philipp Strasberg dari Autonomous University of Barcelona kepada Phys.org.

“Namun, jika kita memperkecil dan mempertimbangkan perkiraan jumlah yang dapat dirasakan manusia (misalnya, suhu kopi pagi kita atau posisi batu), hasil kami menunjukkan bahwa efek interferensi kuantum, yang bertanggung jawab atas perilaku aneh kuantum, menghilang.”

Temuan mereka menunjukkan bahwa dunia klasik yang kita lihat mungkin muncul dari gambaran banyak dunia mekanika kuantumdi mana banyak alam semesta berada pada titik yang sama dalam ruang-waktu dan di mana hampir terdapat sejumlah besar dunia yang berpotensi terpisah dari dunia kita setiap kali pengukuran dilakukan.

Sebagai analogi kasarnya, bayangkan sebuah tas mandi berisi air. Buat lubang di dalam kantong dan air, yang di dalam kantong merupakan kumpulan besar molekul yang sering bertabrakan dan bergerak ke arah acak, akan keluar dalam aliran yang sebagian besar lancar. Hal ini mirip dengan bagaimana kekacauan sistem kuantum yang rumit muncul di dunia klasik sebagai sesuatu yang kita kenali dan rasakan familier.

Namun permasalahan teknis masih tetap ada pada potret banyak dunia: bagaimana kita menyelaraskan banyak alam semesta dengan pengalaman klasik yang kita miliki dalam satu alam semesta? Lagi pula, kita tidak pernah melihat kucing berada dalam superposisi antara hidup dan mati. Secara apriori, bagaimana kita bisa berbicara tentang alam semesta, dunia, atau cabang lain dalam arti yang bermakna?

Dalam makalah mereka, Strasberg dan rekan penulisnya menulis: “Berbicara tentang dunia atau sejarah yang berbeda menjadi bermakna jika kita dapat mempertimbangkan masa lalu, masa kini, dan masa depan dalam istilah klasik.”

Rekan penulis mencoba memecahkan masalah ini dengan cara baru. Sementara penelitian sebelumnya telah memberikan gagasan tentang dekoherensi kuantum, di mana objek yang kita lihat muncul dari banyak superposisi sistem kuantum saat berinteraksi dengan lingkungannya. Namun pendekatan ini memiliki masalah yang tepat: pendekatan ini hanya berfungsi untuk jenis interaksi tertentu dan jenis fungsi gelombang awal.

Sebaliknya, kelompok tersebut menunjukkan bahwa serangkaian fitur yang stabil dan konsisten muncul dari berbagai kemungkinan evolusi fungsi gelombang (dengan banyak tingkat energi) pada skala non-mikroskopis yang dapat diamati. Solusi ini tidak menimbulkan masalah yang tepat, bekerja untuk berbagai macam kondisi awal dan rincian interaksi antar tingkat energi.

“Secara khusus,” kata Strasberg kepada Phys.org, “kami memberikan bukti jelas bahwa hilangnya ini [of quantum interference effects] Hal ini terjadi dengan sangat cepat (tepatnya: sangat cepat secara eksponensial) seiring dengan bertambahnya ukuran sistem. Artinya, beberapa atom atau foton pun dapat berperilaku klasik. Selain itu, ini adalah fenomena umum dan umum yang tidak memerlukan penyesuaian apa pun: munculnya a dunia klasik Itu tidak bisa dihindari.”

Kelompok ini mensimulasikan evolusi kuantum secara numerik hingga lima langkah waktu dan hingga 50.000 tingkat energi untuk sistem kuantum non-trivial. Meskipun evolusi tersebut masih kecil dibandingkan dengan apa yang diperlukan untuk mensimulasikan fenomena klasik sehari-hari, evolusi tersebut jauh lebih besar dibandingkan penelitian sebelumnya.

Mereka mempertimbangkan berbagai pilihan fungsi gelombang awal dan kekuatan kopling dan menemukan bahwa terdapat struktur cabang stabil berskala besar yang kira-kira sama: munculnya struktur makroskopis yang stabil dan berkembang perlahan.

“Yang mengejutkan, kami juga secara eksplisit menunjukkan bahwa dunia klasik yang menarik dapat muncul dari sistem kuantum yang secara global berada dalam kesetimbangan termodinamika. Meskipun sangat tidak mungkin hal ini terjadi di alam semesta kita, namun hal ini menunjukkan bahwa keteraturan, struktur, dan panah dari waktu dapat muncul di masing-masing cabang multiverse kuantum, yang secara keseluruhan tampak kacau, tidak terstruktur, dan simetris dalam waktu.”

Dengan menghubungkan pekerjaan mereka dengan mekanika statistik, di mana karakteristik makroskopis seperti suhu dan tekanan muncul dari campuran partikel yang bergerak secara acak, kelompok tersebut menemukan bahwa beberapa cabang mengarah ke dunia dengan entropi meningkat dan yang lainnya ke dunia dengan entropi menurun. Dunia seperti itu akan melawan panah waktu yang entropis.

© 2024 Merah Ciencia X