Правила квантовой игры под вопросом?

В своей последней опубликованной работе совместная научная группа из Канады и Италии задалась вопросом, а может ли квантовая теория являться следствием каких-то более общих принципов? Ученые показали, что, сделав 6 фундаментальных предположений о механизме обработки информации, можно получить квантовую теорию, как следствие этих предположений. О практическом значении проделанной работы говорить пока рано; исследования в этом направлении будут продолжены.

Мы знаем, как использовать постулаты квантовой физики, чтобы создавать лазеры, микрочипы и атомные электростанции. Но когда кто-то задает вопрос о том, откуда взялись сами постулаты, лучший ответ на него звучит весьма ненаучно: «Мир так устроен».

Почему отдельные измерения в квантовой физике случайны? Откуда берется уравнение Шредингера? В своей работе, опубликованной в журнале Physical Review A, совместная группа ученых из Perimeter Institute (Канада) и University of Pavia (Италия) предлагает общие рамки, внутри которых можно искать ответы на эти вопросы. Однако их предположение относится только к тем системам, которые могут быть построены на основе конечного числа квантовых состояний, например, спина.

Работа ученых базируется на представлении о бите; иными словами, работа предполагает, что наше описание Вселенной построено из битов информации, а также предлагает определенные правила для преобразования «информации» в то, что мы называем частицей или полями. Вместо того чтобы искать смысл квантовой теории, исходя из математики, работа предлагает использовать для расчета волновых функций и уровней энергии основанные на постулатах реконструкции квантовой теории, пытаясь получить смысл наряду с формализмом, при этом используется теория, вытекающая из более общих физических принципов.

В прошлом подавляющее большинство попыток найти общие принципы, на которых базируется квантовая теория, либо не позволяли получить ее как однозначное следствие, либо были основаны на абстрактных математических допущениях, которые требовали более убедительных физических доказательств. Но развитие концепции квантовых вычислений укрепило понимание того, что информация является ключом к пониманию квантовой физики (что информация в квантовой физике играет гораздо более весомую роль, чем в классической физике).

В первой работе в данном направлении, опубликованной в 2001 году, ученые предложили пять разумных аксиом, из которых может следовать квантовая теория. Разработка была полностью основана на так называемом операционном подходе, когда вместо использования таких понятий «традиционной» физики, как момент, импульс и т.п., внимание фокусируется на лабораторных операциях, а точнее том, как состояние подготавливается, трансформируется и измеряется.

Но предложенная теория оставляла одно «неудобное» предположение. Оно заключалось в том, что квантовая физика является простейшей из вероятно-существующих теорий, где более «высокая» теория является частным случаем «низкой». Позже уже другими методами было доказано, что из всех этих теорий право на существование имеет только квантовая.

Группа канадцев и итальянцев предложила альтернативный метод применения операционного подхода. Они предложили 5 элементарных аксиом, которые определяют широкий класс методик обработки информации и соблюдаются как в классической, так и в квантовой физике. К примеру, аксиома причинности утверждала, что нельзя послать сигнал из прошлого в будущее. Выделить квантовую теорию из множества удовлетворяющих этим аксиомам методик, позволяет шестое предположение (постулат). Согласно нему, каждому состоянию свойственна так называемая «очистка». Выражаясь обычным языком, это означает. Что каждое смешанное состояние всегда можно рассматривать как состояние, характеризующее часть некой сложной системы, которая сама по себе находится в чистом состоянии.

Комбинируя этот постулат с предложенными ранее 5 аксиомами, ученым удалось получить весь математический аппарат квантовой физики.

Источник(и):

1. sci-lib.com

2. physics.aps.org