Is een fenomeen dat kwantumverstrengeling wordt genoemd, echt nodig om de fysieke wereld te beschrijven, of is een of andere post-kwantumtheorie mogelijk zonder verstrengeling? In een nieuwe studie, gepubliceerd door phys.org, hebben natuurkundigen wiskundig bewezen dat elke theorie met een klassieke limiet - wanneer ze onze observaties van de klassieke wereld kan beschrijven door onder bepaalde voorwaarden naar de klassieke theorie te verwijzen - verstrengeling met zich meebrengt. Daarom, ondanks het feit dat verstrengeling in strijd is met het klassieke begrip, zou het een onvermijdelijke en belangrijkste eigenschap moeten zijn, niet alleen van de kwantumtheorie, maar ook van elke niet-klassieke theorie, zelfs niet die nog niet is ontwikkeld.
Natuurkundigen zoals Jonathan Richens van Imperial College London en University College London, John Selby van Imperial College London en University of Oxford, en Sabri Al-Safi van Nottingham Trent University hebben een artikel gepubliceerd waarin staat dat verstrengeling een onvermijdelijk kenmerk is van elke niet-klassieke theorie, in Physical Review Letters.
"Kwantumtheorie heeft veel vreemde kenmerken vergeleken met de klassieke theorie", zegt Richens. “Traditioneel bestuderen we hoe de klassieke wereld uit de kwantumwereld tevoorschijn komt, maar hier hebben we besloten om deze redenering om te keren om te zien hoe de klassieke wereld de kwantumwereld vormt. We toonden dus aan dat een van de vreemdste kenmerken van de laatste, kwantumverstrengeling, een onvermijdelijk gevolg is van het overstijgen van de klassieke theorie, of misschien zelfs een gevolg van ons onvermogen om de klassieke theorie te verlaten, achter ons te laten. '
Hoewel het volledige bewijs veel gedetailleerder is, is het basisidee dat elke theorie die de werkelijkheid beschrijft zich tot op zekere hoogte als een klassieke theorie zou moeten gedragen. Deze vereiste lijkt vrij voor de hand liggend, maar zoals natuurkundigen aantonen, legt het ernstige beperkingen op aan de structuur van elke niet-klassieke theorie.
De kwantumtheorie voldoet aan deze eis van een klassieke limiet in het decoherentieproces. Wanneer een kwantumsysteem interageert met de externe omgeving, verliest het zijn kwantumcoherentie, verbondenheid en alles wat het kwantum maakt. Zo wordt het systeem klassiek en gedraagt het zich zoals verwacht in de klassieke theorie.
Natuurkundigen hebben aangetoond dat elke niet-klassieke theorie die de klassieke theorie reconstrueert, verstrengelde toestanden moet bevatten. Om dit te bewijzen, gingen ze van het tegenovergestelde uit: stel dat een dergelijke theorie niet verstrengeld is. En toen toonden ze aan dat zonder verstrengeling elke theorie die een klassieke theorie reconstrueert zelf klassiek moet zijn - en dit is in tegenspraak met de oorspronkelijke hypothese dat zo'n theorie niet-klassiek moet zijn. Dit resultaat betekent dat de aanname dat er geen verstrengeling in een dergelijke theorie is onjuist zal zijn, wat betekent dat elke theorie van dit type die moet hebben.
Dit resultaat is wellicht slechts het begin van vele andere gerelateerde ontdekkingen, aangezien het de mogelijkheid opent dat andere fysische kenmerken van de kwantumtheorie kunnen worden gereproduceerd door simpelweg te eisen dat de theorie een klassieke limiet heeft. Natuurkundigen suggereren dat kenmerken zoals informatieve causaliteit, bitsymmetrie en macroscopische lokaliteit kunnen worden bewezen door deze enkele vereiste. Deze resultaten geven ook een duidelijker beeld van hoe een toekomstige niet-klassieke, post-kwantumtheorie eruit zou moeten zien.
"Mijn toekomstige doelen zijn om te zien of Bell's nonlocality ook kan worden geleerd van het bestaan van de klassieke limiet", zegt Richens. 'Het zou interessant zijn als alle theorieën die de klassieke theorie vervangen, in strijd zouden zijn met het lokale realisme.'
Promotie video:
Lokaal realisme is een combinatie van het principe van lokaliteit met de "realistische" aanname dat alle objecten "objectief bestaande" waarden van hun parameters en kenmerken hebben voor alle mogelijke metingen die aan deze objecten kunnen worden gedaan voordat deze metingen worden uitgevoerd. Einstein, die blijkbaar een voorstander was van het lokale realisme, zei in dit verband graag dat de maan niet uit de lucht verdwijnt, zelfs als niemand hem observeert. De gegevens van de moderne kwantummechanica, gebaseerd op de uitgevoerde experimenten, doen twijfels rijzen over de geschiktheid van het model van lokaal realisme voor het 'apparaat' van de werkelijkheid.
Ilya Khel
