A quantum világ alapvetően, eredendően véletlenszerű természetű. Minden quantum rendszerekre vonatkozó mérés ezt az alapvető állítást tényk...
A quantum világ alapvetően, eredendően véletlenszerű természetű. Minden quantum rendszerekre vonatkozó mérés ezt az alapvető állítást tényként igazolja. Ez a véletlenszerű természet különbözteti meg a mi általunk természetes módon tapasztalt világunkat, a makrovilágot, amelyet determinisztikusnak érzékelünk, a quantum természetű mikrovilágtól, amelyet eredendően véletlenszerűnek tapasztalunk. Már az is természet-filozófiai kérdés számunkra, és még mindig az, hogyan generálja, hogyan jön létre, hogyan emelkedik ki a véletlenszerű quantum világból a determinisztikus makró világ.
Talán ezt a kérdést is segít megválaszolni, talán ennek a valóság működésének a megértését is közelebb hozza, ha megvizsgáljuk, hogy valójában milyen természetűnek látszik a quantum világ véletlenszerűsége.
A véletlenszerűségek között jellemzően nem szoktunk különbséget tenni, a véletlen az véletlen. Azonban, ha véletlenről beszélünk, valójában két jellemzően különböző jellegű véletlent különböztethetünk meg, a függő és a független véletlent.
Független véletlennek tekinthetjük azt a véletlenszerű eseményt, amikor a véletlenszerűen viselkedő rendszer véletlenszerűen előálló állapotainak létrejöttét a rendszer belső összefüggései nem befolyásolják. Ilyen, független jellegű véletlenszerű viselkedésű rendszerről beszélhetünk, amikor például különböző, jól megkevert golyók közül vakon választunk egyet.
Itt most tekintsünk el attól a körülménytől, hogy ez a példaként választott rendszer jellemzően a determinisztikus makrovilág része, tehát ha minden körülményt pontosan ismernénk a választás során, a véletlenszerűnek tekintett rendszer valójában determinisztikus lenne. A példának hozott rendszer gondolatkísérlet, és a véletlenszerű jelleg típusának vizsgálatát nem befolyásolja, ha úgy tekintjük, hogy a golyók keverése és a kiválasztása nem determinisztikus körülmények között történik.
Az ilyen véletlenszerű viselkedésre jellemző, amelyet független véletlennek nevezhetünk, hogy az előálló állapotok, hogy melyik golyó kerül kiválasztásra, független a rendszer belső struktúrájától. Bármelyik golyó kerül kiválasztásra, az előálló állapotot semmilyen módon nem befolyásolja a többi lehetséges állapot.
Függő véletlenről akkor beszélhetünk, amikor a véletlenszerűen viselkedő rendszer véletlenszerűen előálló állapotainak létrejöttére a rendszer belső összefüggései hatnak, a rendszer belső összefüggései befolyásolják a véletlenszerű állapot létrejöttét. Ilyen, függő jellegű véletlenszerű viselkedésű rendszerről beszélhetünk, amikor például egy dobókockát dobunk el.
Ez a példa is a szemléltetést szolgálja. Itt is most tekintsünk el attól a körülménytől, hogy ez a rendszer a determinisztikus makrovilág része, tehát ha minden körülményt pontosan ismernénk a választás során, a véletlenszerűnek tekintett rendszer valójában determinisztikus lenne. A rendszer gondolatkísérlet, és a véletlenszerű jelleg vizsgálatát nem befolyásolja, ha feltételezzük, hogy a dobókocka eldobása nem determinisztikus módon történik.
Az ilyen típusú véletlenszerű viselkedésre, amit függő véletlennek nevezhetünk, jellemző, hogy az előálló állapotok, hogy melyik oldalára esik a dobókocka, függ a rendszer belső struktúrájától. Bármelyik oldal kerül kiválasztásra, az előálló állapot a többi lehetséges állapottól fizikailag függő módon jön létre, az előálló állapotot a kocka fizikai struktúrája alapvetően befolyásolja.
Mindkét típusú véletlenszerű rendszer eredendően véletlenszerű viselkedésű, azonban a két véletlenszerű jelleg alapvetően, objektív módon különbözik egymástól.
Melyik véletlen a quantum világ? A kérdés filozófiainak tűnik, de a quantum világ fizikai működésének megértéséhez bizonyosan szükséges a valóságnak megfelelő válasz. A quantum természet megértése valójában annak az eldöntésén is alapszik, hogy független, vagy függő jellegű véletlen a quantum világ viselkedése.
Milyen módon különböztethető meg a viselkedés alapján a két különböző típusú eredendően véletlenszerű jelleg?
A függő és a független jellegű véletlenszerű viselkedés között jellemző különbség van, ami a véletlenszerűen bekövetkező állapotok megjelenésében mutatkozik meg. Mivel a független jellegű véletlenszerű viselkedés állapotainak bekövetkezése független a véletlenszerűen viselkedő rendszer belső struktúrájától, az előálló véletlenszerű állapotok nem hozhatók kapcsolatba a rendszerre jellemző belső speciális törvényszerűségekkel, tehát az előálló véletlenszerű állapotok statisztikája független a rendszer felépítésétől. A függő jellegű véletlenszerű viselkedés állapotainak bekövetkezése függ a véletlenszerűen viselkedő rendszer belső struktúrájától, ezért az előálló véletlenszerű állapotok kapcsolatba hozhatók a rendszerre jellemző belső struktúra speciális törvényszerűségeivel, tehát az előálló véletlenszerű állapotok statisztikája függ a rendszer belső felépítésétől.
Ezen különbség megállapítása alapján tehát melyik típusú véletlen a quantum világ? Vizsgáljuk meg, hogy az eredendően véletlenszerűen viselkedő quantum világra vonatkozó mérések milyen statisztikát mutatnak. A quantum véletlenre vonatkozó mérések által felállított statisztika jól láthatóan egy szinuszos lefutású jellegű függvényt követ, ami a függő jellegű véletlenre utal, szemben a független típusú véletlen eloszlási statisztikájával, ami lineáris jellegű függvénnyel jellemezhető.
Ez a megállapítás azonban, miszerint a quantum véletlen függő véletlen, ennek a megállapításnak a valósága alapvetően befolyásolja a quantum világ jellegének igazolására szolgáló Bell egyenlőtlenség sértés értelmezését is. Miért?
A Bell egyenlőtlenség sértés kísérletileg is igazolt megvalósulását a quantum világra vonatkozó ténynek tartjuk. Arra a megállapításra használjuk, hogy a quantum világ nem lehet lokális természetű, azaz, a térben elválasztott, a quantum világ törvényszerűségei szerint viselkedő részecskék állapotait nem csak a lokálisan jelen lévő kölcsönhatások határozzák meg, hanem - legalábbis az összefonódott (entangled) állapotban álló részecskék esetében - az állapotot az ok-okozati kapcsolatot lehetővé tévő távolságon kívüli hatások is szükségszerűen kell, hogy befolyásolják.
Ez a kísérletileg is igazolt Bell egyenlőtlenség sértés alapján hozott kijelentés alapvető természet filozófiai megállapítás. E szerint a quantum világ nem lehet lokális természetű, nem lehetséges olyan helyileg megvalósuló állapot, még nem ismert vagy ismeretlen belső tulajdonság, ami megvalósíthatná a quantum világban kísérletileg igazolt viselkedést, az összefonódott állapot törvényszerűségeit.
A Bell egyenlőtlenség sértés következményeként kijelentett megállapításnak, miszerint a quantum világ nem lokális természetű, problémája azonban az, hogy a logikai igazolás gondolatmenetének alapja két alapvetően különböző jellegű véletlen, a függő és a független típusú véletlen összevetésén alapszik. A Bell egyenlőtlenség felállítása alapvetően egy független típusú véletlen szerint viselkedő rendszerre vonatkozik, míg a quantum mérés a quantum világban jelenlévő, függő típusú véletlen szerint működő rendszer mérési értékei.
A Bell egyenlőtlenség véletlenre épülő statisztikája nem azonos a quantum világra vonatkozó véletlen statisztikájával, a két véletlenszerűen viselkedő jelleg egyszerre nem vethető össze egymással. A Bell egyenlőtlenség sértés fennállása ebből következően nem alkalmas a lokalitás érvénytelenségének és/vagy a távolhatás létezésének megállapítására a quantum világban. Ha tehát mégsem tekinthetjük igazoltnak, hogy a quantum világ nem lokális természetű, tovább lehet, és kell keresnünk a lokalitást nem feladó, de a quantum világ működésének leírására alkalmas fizikai struktúrákat.
Ha a quantum világ véletlene a függő véletlenszerűség, ahol a rendszer belső struktúrája befolyásolja a rendszer lehetséges állapotainak statisztikáját, ebből az - a gyakran el is hangzó megállapítás - következik, hogy az összefonódott állapotban lévő quantum részecskék valójában egyetlen összefüggő rendszert, összefüggő struktúrát alkotnak. A quantum világ működésének megértéséhez tehát nem azt kell megérteni, hogy hogyan lehetséges a térszerűen elválasztott összefonódott részecskék között a távolhatás fennállása, hanem azt a kérdést kell megválaszolni, hogy milyen módon alkothatnak az akár egymástól bármilyen távolságra is lévő összefonódott részecskék a lokalitást nem sértő módon egy rendszert.
Habár a két helyzetre vonatkozó szemlélet, tehát a részecskék közötti (távol)hatás létezése és az egy rendszerként történő viselkedés hasonlónak tűnik, közöttük alapvető különbség létezik. Egy rendszerként viselkedni nem csak úgy lehetséges, hogy a rendszer alkotó elemei folyamatosan kapcsolatban állnak egymással, úgy is lehet egy rendszerként viselkedni, ha a rendszer élettörténete során valamikor a rendszer alkotórészei között oksági kapcsolat létezett, és ezután az alkotórészek mindaddig egy rendszerként viselkedhetnek, amíg a rendszert alkotó valamelyik alkotórészt olyan hatás nem éri, amely nem a teljes rendszerre egyforma módon vonatkozik.
Például ilyen nem közvetlen oksági kapcsolatban álló, de egyetlen rendszert alkotó struktúrának tekinthetünk egy félbe tépett bankjegyet. Bárhol is találunk meg egy fél bankjegyet, azonnal tudhatjuk, hogy bizonyosan valahol fizikailag is létezik, vagy létezett egy másik fél bankjegy, amelynek akár precízen meg is tudjuk határozni a bankjegyként létező jellemzőit.
Ez a típusú viselkedés jellemzően olyan rendszerekre érvényes, ahol az alkotórészek között nincs folytonosan fennálló kapcsolat, de a közvetlen ok-okozati állapot korábban létezett, és a rendszer alkotórészei képesek voltak fenntartani ezt a közösen felvett állapotot a már nem oksági kapcsolatban lévő alkotórészek élettörténetének későbbi részében is.
Ez a leírás azonban pontosan megfeleltethető az összefonódott quantum részecskék viselkedésének. Az összefonódott állapotban lévő quantum részecskék születése minden esetben oksági kapcsolatot lehetővé tévő körülmények között, adott esetben a tér okságilag összekapcsolt részében történik, és az összefonódás állapota is valóban addig maradhat fenn csupán, amíg nem éri valamilyen eltérő külső hatás az összefonódott részecskéket.
Az összefonódott quantum részecskék esetén tehát nem szükséges feltételeznünk, hogy a méréseknek megfelelő viselkedésre a Bell egyenlőtlenség sértés létezése alapján csupán a távolhatás létezése és jelenléte adhat magyarázatot.
A quantum világ az eltépett bankjeggyel ellentétben azonban dinamikus struktúra, még az összefonódott módon viselkedő rendszer alkotórészeinek egyetlen részecskéjére vonatkozó mérés is (függő jellegű) véletlenszerűen előálló állapotot mutat. Az összefonódott quantum részecskék működésének megértéséhez tehát az szükséges, és ez által akár az egész quantum világ működésének megértésének is az lehet az alapja, hogy egy alkalmas megoldást találjunk arra, hogy milyen formájú lehet az a struktúra, amely lehetővé teszi, hogy az összefonódott részecskék távolhatás jelenléte nélkül egy rendszerként, de mégis véletlenszerű módon tudjanak viselkedni. Erre egy megoldási javaslat a gondolatok között található.
Anyag {button_primary} Fizika {button_primary} Kvantumelmélet {button_primary}
On quantum randomness and its implications - criticism of the Bell inequality violation
Nincsenek megjegyzések