Но некоторые основатели квантовой физики, в частности Луи де Бройль, отстаивали альтернативную интерпретацию, известную как «теория пилотной волны», которая утверждает, что квантовые частицы переносятся на волнах определенного типа. Согласно теории пилотной волны, частицы имеют определенные траектории, но из-за влияния пилотной волны они по-прежнему демонстрируют волнообразную статистику.
Джон Буш, профессор прикладной математики Массачусетского технологического института, считает, что теория пилотных волн заслуживает второго рассмотрения. Это потому, что Ив Кудер, Эммануэль Форт и его коллеги из Парижского университета Дидро недавно открыли макроскопическую систему пилот-волн, статистическое поведение которой при определенных обстоятельствах напоминает поведение квантовых систем.
Система Кудера и Форта состоит из ванны с жидкостью, вибрирующей со скоростью чуть ниже порога, при котором волны начинают формироваться на ее поверхности. Над ванной выделяется капля той же жидкости; где он ударяется о поверхность, он заставляет волны излучаться наружу. Затем капля начинает двигаться по ванне, движимая теми же волнами, которые она создает.«Эта система, несомненно, количественно отличается от квантовой механики», — говорит Буш. «Это также качественно отличается: есть некоторые особенности квантовой механики, которые мы не можем уловить, некоторые особенности этой системы, которые, как мы знаем, отсутствуют в квантовой механике.
Но отличаются ли они с философской точки зрения?»Траектории слеженияБуш считает, что копенгагенская интерпретация позволяет обойти техническую проблему вычисления траекторий частиц, отрицая их существование. «Ключевой вопрос заключается в том, может ли реальная квантовая динамика общей формы, предложенной де Бройлем и ходячими каплями, лежать в основе квантовой статистики», — говорит он. «Будучи несомненно сложным, он заменит философские капризы квантовой механики конкретной динамической теорией».
В прошлом году Буш и один из его учеников — Ян Молачек, ныне работающий в Институте динамики и самоорганизации Макса Планка — сделали для своей системы то, что пионеры квантовой теории не смогли сделать для своей: они вывели уравнение, связывающее динамику. пилотных волн на траектории частиц.По словам Буша, в своей работе Буш и Молачек имели два преимущества перед пионерами квантовой физики.
Во-первых, в жидкостной системе отчетливо видны как подпрыгивающая капля, так и ее направляющая волна. Если капля проходит через щель в барьере — как это происходит при воссоздании канонического квантового эксперимента — исследователи могут точно определить ее местоположение.
Единственный способ выполнить измерение на частице атомного масштаба — это ударить ее другой частицей, которая изменит ее скорость.Второе преимущество — относительно недавнее развитие теории хаоса. Теория хаоса, впервые разработанная Эдвардом Лоренцем из Массачусетского технологического института в 1960-х годах, утверждает, что многие макроскопические физические системы настолько чувствительны к начальным условиям, что, даже если их можно описать с помощью детерминированной теории, они развиваются непредсказуемым образом.
Например, модель погодной системы может дать совершенно разные результаты, если скорость ветра в определенном месте в определенное время составляет 10,01 мили в час или 10,02 мили в час.Флюидная система пилотных волн также хаотична. Невозможно измерить положение прыгающей капли с достаточной точностью, чтобы предсказать ее траекторию в очень далеком будущем.
Но в недавней серии статей Буш, профессор прикладной математики Массачусетского технологического института Рубен Росалес и аспиранты Ананд Оза и Дэн Харрис применили свою теорию пилотной волны, чтобы показать, как хаотическая динамика пилотной волны приводит к квантовоподобной статистике, наблюдаемой в их экспериментах.Что реально?В обзорной статье, опубликованной в Annual Review of Fluid Mechanics, Буш исследует связь между жидкостной системой Кудера и теориями квантовой волны-пилота, предложенными де Бройлем и другими.
Копенгагенская интерпретация — это, по сути, утверждение, что в квантовой сфере нет описания глубже статистического. Когда измерение производится на квантовой частице, и форма волны схлопывается, детерминированное состояние, которое принимает частица, является полностью случайным. Согласно копенгагенской интерпретации, статистика не просто описывает реальность; они реальность.Но, несмотря на преобладание копенгагенской интерпретации, физикам было трудно поколебать интуицию о том, что физические объекты, какими бы маленькими они ни были, могут находиться только в одном месте одновременно.
Альберт Эйнштейн, который, как известно, сомневался, что Бог играет в кости со Вселенной, какое-то время работал над тем, что он называл теорией квантовой механики «призрачной волны», которую считали развитием теории де Бройля. В своей лекции о присуждении Нобелевской премии 1976 года Мюррей Гелл-Манн заявил, что Нильс Бор, главный сторонник копенгагенской интерпретации, «промыл мозги целому поколению физиков, заставив их поверить в то, что проблема решена». Джон Белл, ирландский физик, чья знаменитая теорема часто ошибочно отвергает все объяснения квантовой механики "скрытых переменных", на самом деле сам был сторонником теории пилотных волн. «Для меня большая загадка, что это было так решительно проигнорировано», — сказал он.
Еще есть Дэвид Гриффитс, физик, чье «Введение в квантовую механику» является стандартным в этой области. В послесловии к этой книге Гриффитс говорит, что копенгагенская интерпретация «выдержала испытание временем и не пострадала от каждой экспериментальной задачи».
Тем не менее, заключает он, «вполне возможно, что будущие поколения оглянутся назад, с точки зрения более сложной теории, и зададутся вопросом, как мы могли быть такими легковерными».«Работа Ива Кудера и связанная с ней работа Джона Буша… обеспечивают возможность понимания ранее непонятных квантовых явлений, включающих« дуальность волна-частица », в чисто классических терминах», — говорит Кейт Моффатт, почетный профессор математической физики в Кембридже.
Университет. «Я думаю, что это блестящая работа, одно из самых захватывающих достижений в механике жидкости текущего века».
