Παρουσιάζοντας ένα ρεαλιστικό, στοχαστικό και τοπικό μοντέλο κβαντικής μηχανικής
Η κβαντομηχανική είναι σίγουρα ένας από τους πιο αινιγματικούς κλάδους της φυσικής. Ενώ ένας μαθηματικός φορμαλισμός που περιγράφει την κβαντομηχανική είναι γνωστός σχεδόν από έναν αιώνα και έχει δοκιμαστεί διεξοδικά πειραματικά, η ερμηνεία αυτού του φορμαλισμού και το κατά πόσο κρύβει πιο θεμελιώδεις «νόμους» που θα διέπουν την κβαντική μηχανική είναι ακόμα αντικείμενο βαθιάς συζήτησης. /P>
Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες πτυχές της κβαντικής μηχανικής είναι η λεγόμενη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου:μεμονωμένα σωματίδια που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μπορούν να εμφανίσουν κυματομορφές όταν λαμβάνονται υπόψη οι στατιστικές κατανομές των μετρούμενων γεγονότων. Ο Richard Feynman δήλωσε ότι το φαινόμενο της περίθλασης ηλεκτρονίων στο περίφημο πείραμα της διπλής σχισμής είναι «αδύνατο, απολύτως αδύνατο να εξηγηθεί με οποιονδήποτε κλασικό τρόπο, και έχει μέσα του την καρδιά της κβαντικής μηχανικής. Στην πραγματικότητα, περιέχει το μόνο μυστήριο». Πολλά άλλα κβαντικά φαινόμενα που προβληματίζουν τους επιστήμονες και το ευρύ κοινό, όπως η εμφάνιση διακριτών επιπέδων ενέργειας και γωνιακής ορμής, η αρχή της αβεβαιότητας, η διάνοιξη δυνητικών φραγμών, η εμπλοκή κ.λπ. σχετίζονται πράγματι με αυτήν την κυματική συμπεριφορά και την υπέρθεση κυμάτων ειδικότερα.
Η κβαντική θεωρία υποστηρίζει ότι είναι θεμελιωδώς αδύνατο να προχωρήσουμε πέρα από μια περιγραφή όσον αφορά τα πλάτη πιθανότητας, αυτούς τους αφηρημένους μιγαδικούς αριθμούς που χρησιμεύουν για τον υπολογισμό των κατανομών πιθανοτήτων. Παρέχεται οποιοσδήποτε μηχανισμός για την περιγραφή των μεμονωμένων γεγονότων που ίσως συμβάλλουν στις παρατηρούμενες στατιστικές κατανομές. Ωστόσο, οι περισσότεροι φυσικοί ασπάζονται την ορθόδοξη άποψη ότι η περιγραφή που προσφέρει η κβαντομηχανική είναι πλήρης και ότι, πράγματι, τα πλάτη πιθανοτήτων είναι το μόνο πράγμα που μπορεί να περιγραφεί.
Τώρα, φανταστείτε μια εντελώς διαφορετική στάση, ένα μοντέλο για την κβαντική μηχανική που βασίζεται σε πραγματικές φυσικές καταστάσεις, αντικειμενική και ανεξάρτητη από τον παρατηρητή. Σε μια τέτοια προοπτική, σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, τα σωματίδια έχουν καθορισμένες τιμές για οποιοδήποτε πιθανό παρατηρήσιμο, ανεξάρτητα από το αν μια μέτρηση γίνεται πραγματικά ή όχι. Συγκεκριμένα, υποτίθεται ότι υπάρχουν πραγματικές τροχιές σωματιδίων.
Τέτοιες «ρεαλιστικές» ερμηνείες αναζητήθηκαν από την πρώιμη κβαντική ιστορία. Ίσως η πιο γνωστή ρεαλιστική θεωρία, η μηχανική De Broglie-Bohm, περιγράφει μεμονωμένα σωματίδια ότι ακολουθούν καλά καθορισμένες τροχιές που ρυθμίζονται από ένα κύμα καθοδήγησης. Ωστόσο, αυτή η θεωρία απευθύνεται ρητά σε έναν «μη τοπικό» μηχανισμό, καθώς το κύμα καθοδήγησης υποτίθεται ότι μπορεί να επηρεάσει στιγμιαία την τροχιά των σωματιδίων μακριά. Ακόμα κι έτσι, είναι γενικά αποδεκτή ως έγκυρη θεωρία, καθώς περνά το περίφημο τεστ ανισότητας του Bell. Ωστόσο, η μη τοπικότητά του αφήνει δυσαρεστημένους όσους στοχεύουν στην εξήγηση της κβαντικής συμπεριφοράς υποθέτοντας μια τοπική-ρεαλιστική συμπεριφορά που βασίζεται σε γεγονότα, δηλαδή, ταυτόχρονα, συμμορφούμενη με την αρχή του ρεαλισμού και της τοπικότητας.
Ο Antonio Sciarretta παρουσίασε πρόσφατα ένα ρεαλιστικό, στοχαστικό και τοπικό μοντέλο που αναπαράγει μη σχετικιστικά αποτελέσματα κβαντομηχανικής χωρίς να χρησιμοποιεί την αφηρημένη μαθηματική διατύπωσή του. Στο προτεινόμενο μοντέλο, σε μια δεδομένη στιγμή, τα μεμονωμένα σωματίδια έχουν καθορισμένες τιμές για τη θέση και την ορμή, μεταξύ άλλων παρατηρήσιμων, εκπληρώνοντας έτσι την απαίτηση του ρεαλισμού . Τοστοχαστικό Η συμπεριφορά που εκδηλώνεται από την εμπειρική απόδειξη της κβαντικής μηχανικής εξηγείται με την υπόθεση μιας θεμελιώδους τυχαιότητας στις τροχιές των σωματιδίων. Η εμφάνιση της κβαντικής συμπεριφοράς είναι συνέπεια των συγκεκριμένων κανόνων κίνησης που επιλέχθηκαν.
Η κίνηση των μεμονωμένων σωματιδίων και η αλληλεπίδρασή τους με τις εξωτερικές δυνάμεις λαμβάνει χώρα σε ένα διακριτό χωροχρόνο υπό τη μορφή ενός πλέγματος. Οι τροχιές των σωματιδίων είναι ασύμμετρες τυχαίες διαδρομές, με τις πιθανότητες μετάβασης να είναι απλές συναρτήσεις λίγων ποσοτήτων που είτε αποδίδονται τυχαία στα σωματίδια κατά την προετοιμασία τους στις πηγές είτε αποθηκεύονται στους κόμβους πλέγματος που επισκέπτεται το σωματίδιο κατά τη διάρκεια της βόλτας. Οι πληροφορίες που αποθηκεύονται στο πλέγμα κατασκευάζονται σταδιακά καθώς οι κόμβοι επισκέπτονται διαδοχικές εκπομπές. Αυτή η διαδικασία, όπου τα σωματίδια αφήνουν ένα «αποτύπωμα» στο πλέγμα που χρησιμοποιείται από τα επόμενα σωματίδια, είναι τελικά υπεύθυνη για την κβαντική συμπεριφορά.
Επομένως, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επόμενων εκπομπών πληρούν την τοπικότητα απαίτηση, αν και με τη μεσολάβηση του πλέγματος. Βασισμένο στη διακριτή κίνηση, το προτεινόμενο μοντέλο είναι μάλλον περίεργο καθώς περιλαμβάνει μόνο ακέραιες τιμές για το χρόνο, τον χώρο, την ταχύτητα, την ενέργεια κ.λπ. ενός δεδομένου σωματιδίου. Επιπλέον, ορισμένες ορθολογικές αποτιμημένες ποσότητες προέρχονται από αυτές τις πρωτογενείς ποσότητες. Οι μαθηματικές πράξεις σε φυσικά μεγέθη ανάγονται σε αριθμητικές πράξεις που, στην πραγματικότητα, αντικατοπτρίζουν τελικά τους θεμελιώδεις κανόνες πιθανοτήτων.
Με το μοντέλο του Antonio Sciarretta, οι κβαντικές προβλέψεις ανακτώνται ως κατανομές πιθανοτήτων ομοίως προετοιμασμένων συνόλων σωματιδίων. Στην εργασία, το μοντέλο αξιολογείται με την αναπαραγωγή πολλών κβαντικών σεναρίων, όπως η ελεύθερη κίνηση των σωματιδίων, η σταθερή εξωτερική δύναμη, ο αρμονικός ταλαντωτής, το σωματίδιο σε ένα κουτί, το δυναμικό Δέλτα, το σωματίδιο σε έναν δακτύλιο, το σωματίδιο σε μια σφαίρα. Συγκεκριμένα, η εμπλοκή ορμής αναπαράγεται με το μοντέλο που, αν και τοπικό, περνά το τεστ του Bell (παραβιάζει την ανισότητα του Bell).
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο A Local-Realistic Model of Quantum Mechanics Based on a Discrete Spacetime, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Foundations of Physics. Επικεφαλής αυτού του έργου ήταν ο Antonio Sciarretta.
