Sinds het begin, kwantummechanica blijft ons verbazen met zijn eigenaardigheid, zo moeilijk te begrijpen. Waarom lijkt één deeltje tegelijkertijd door twee spleten te gaan? Waarom, in plaats van specifieke voorspellingen, kunnen we alleen praten over evolutie van waarschijnlijkheden? Volgens theoretici van universiteiten in Warschau en Oxford, de belangrijkste kenmerken van de kwantumwereld kunnen het gevolg zijn van de speciale relativiteitstheorie, die tot nu toe weinig met kwantummechanica te maken leek te hebben.

Sinds de komst van de kwantummechanica en de relativiteitstheorie, natuurkundigen hebben slaap verloren over de onverenigbaarheid van deze drie concepten (drie, aangezien er twee relativiteitstheorieën zijn:speciaal en algemeen). Het is algemeen aanvaard dat de beschrijving van de kwantummechanica het meest fundamentele is en dat de relativiteitstheorie daaraan zal moeten worden aangepast. Dr. Andrzej Dragan van de Faculteit der Natuurkunde, Universiteit van Warschau (FUW) en Prof. Artur Ekert van de Universiteit van Oxford (UO) hebben zojuist hun redenering gepresenteerd die tot een andere conclusie leidt. In het artikel "Het kwantumprincipe van relativiteit, " gepubliceerd in de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde , ze bewijzen dat de kenmerken van de kwantummechanica die de uniciteit en het niet-intuïtieve exotisme bepalen - geaccepteerd, Bovendien, op geloof (als axioma's) - kan worden verklaard binnen het kader van de speciale relativiteitstheorie. Men hoeft alleen maar te beslissen over een bepaalde nogal onorthodoxe stap.

Albert Einstein baseerde de speciale relativiteitstheorie op twee postulaten. Het eerste staat bekend als het Galilese relativiteitsprincipe (dat, houd er rekening mee dat, is een speciaal geval van het Copernicaanse principe). Dit stelt dat de natuurkunde hetzelfde is in elk traagheidssysteem (d.w.z. een die ofwel in rust is of in een gestage beweging in een rechte lijn). Het tweede postulaat, geformuleerd op het resultaat van het beroemde Michelson-Morley-experiment, stelde de eis van een constante lichtsnelheid in elk referentiesysteem.

"Einstein beschouwde het tweede postulaat als cruciaal. In werkelijkheid, wat cruciaal is, is het relativiteitsbeginsel. Al in 1910 toonde Vladimir Ignatowski aan dat het alleen op basis van dit principe mogelijk is om alle relativistische verschijnselen van de speciale relativiteitstheorie te reconstrueren. Een opvallend eenvoudige redenering, rechtstreeks leidend van het relativiteitsbeginsel naar relativisme, werd in 1992 ook gepresenteerd door professor Andrzej Szymacha van onze faculteit, " zegt dr. Dragan.

De speciale relativiteitstheorie is een coherente structuur die drie wiskundig correcte soorten oplossingen mogelijk maakt:een wereld van deeltjes die met subluminale snelheden bewegen, een wereld van deeltjes die bewegen met de snelheid van het licht en een wereld van deeltjes die bewegen met superluminale snelheden. Deze derde optie is altijd afgewezen omdat deze niets met de werkelijkheid te maken heeft.

"We stelden de vraag:wat gebeurt er als we - voorlopig zonder in te gaan op de lichamelijkheid of niet-fysiekeheid van de oplossingen - serieus nemen geen deel uit te maken van de speciale relativiteitstheorie, maar alles, samen met het superluminale systeem? We verwachtten oorzaak-gevolg paradoxen. In de tussentijd, zagen we precies die effecten die de diepste kern van de kwantummechanica vormen, " zeggen Dr. Dragan en Prof. Ekert.

aanvankelijk, beide theoretici beschouwden een vereenvoudigd geval:ruimte-tijd met alle drie de families van oplossingen, maar bestaande uit slechts één ruimtelijke en één tijdsdimensie (1+1). Een deeltje in rust in het ene systeem van oplossingen lijkt superluminaal te bewegen in het andere, wat betekent dat superhelderheid zelf relatief is.

In een ruimte-tijd continuüm dat op deze manier is geconstrueerd, niet-deterministische gebeurtenissen komen van nature voor. Als er in één systeem op punt A een superluminaal deeltje wordt gegenereerd, zelfs volkomen voorspelbaar, uitgezonden naar punt B, waar er simpelweg geen informatie is over de redenen voor de emissie, vanuit het oogpunt van de waarnemer in het tweede systeem lopen de gebeurtenissen van punt B naar punt A, dus gaan ze uit van een volledig onvoorspelbare gebeurtenis. Het blijkt dat analoge effecten ook optreden bij subluminale deeltjesemissies.

Beide theoretici hebben ook aangetoond dat, na rekening te hebben gehouden met oplossingen in het superluminale, de beweging van een deeltje op meerdere banen tegelijk lijkt natuurlijk, en een beschrijving van de gang van zaken vereist de introductie van een som van gecombineerde amplituden van waarschijnlijkheid die het bestaan ​​van superpositie van toestanden aangeven, een fenomeen dat tot nu toe alleen in verband wordt gebracht met de kwantummechanica.

In het geval van ruimte-tijd met drie ruimtelijke dimensies en één tijddimensie (3+1), dat is, overeenkomt met onze fysieke realiteit, de situatie is ingewikkelder. Het relativiteitsprincipe in zijn oorspronkelijke vorm is niet bewaard gebleven - de subluminale en superluminale systemen zijn te onderscheiden. Echter, de onderzoekers merkten dat wanneer het relativiteitsprincipe wordt gewijzigd in de vorm:"Het vermogen om een ​​gebeurtenis op een lokale en deterministische manier te beschrijven, niet mag afhangen van de keuze van een traagheidsreferentiesysteem, " het beperkt de oplossingen tot die waarin alle conclusies uit de beschouwing in (1+1) ruimte-tijd geldig blijven.

"Wij merkten op, overigens, de mogelijkheid van een interessante interpretatie van de rol van individuele dimensies. In het systeem dat voor de waarnemer superluminaal lijkt, lijken sommige ruimte-tijddimensies hun fysieke rol te veranderen. Slechts één dimensie van superluminaal licht heeft een ruimtelijk karakter - de dimensie waarlangs het deeltje beweegt. De andere drie dimensies lijken tijddimensies te zijn, " zegt dr. Dragan.

Kenmerkend voor ruimtelijke dimensies is dat een deeltje in elke richting kan bewegen of in rust kan blijven, terwijl het zich in een tijdsdimensie altijd in één richting voortplant (wat we in de alledaagse taal veroudering noemen). Dus, drie tijdsdimensies van het superluminale systeem met één ruimtelijke dimensie (1+3) zouden dus betekenen dat deeltjes onvermijdelijk in drie keer tegelijk verouderen. Het verouderingsproces van een deeltje in een superluminaal systeem (1+3), waargenomen vanuit een subluminaal systeem (3+1), eruit zou zien alsof het deeltje zich als een sferische golf bewoog, leidend tot het beroemde Huygens-principe (elk punt op een golffront kan zichzelf beschouwen als een bron van een nieuwe sferische golf) en corpusculair-golf-dualisme.

"Alle vreemdheid die optreedt bij het overwegen van oplossingen met betrekking tot een systeem dat er superluminaal uitziet, blijkt niet vreemder te zijn dan wat algemeen aanvaarde en experimenteel geverifieerde kwantumtheorie al lang zegt. Integendeel, rekening houdend met een superluminaal systeem, het is mogelijk - althans theoretisch - om enkele postulaten van de kwantummechanica af te leiden uit de speciale relativiteitstheorie, die gewoonlijk werden aanvaard als niet het gevolg van andere, meer fundamentele redenen, Dr. Dragan besluit.

Al bijna honderd jaar wacht de kwantummechanica op een diepere theorie om de aard van haar mysterieuze verschijnselen te verklaren. Als de redenering van de natuurkundigen van FUW en UO de tand des tijds doorstaat, de geschiedenis zou alle natuurkundigen wreed bespotten. De 'onbekende' theorie waarnaar decennialang werd gezocht, het unieke van de kwantummechanica verklaren, zou iets zijn dat al bekend was vanaf het allereerste werk over de kwantumtheorie.