수수께끼의 양자 시나리오는 에너지를 보존하지 않는 것으로 보입니다

물리학 자들은 새로운 역설이 에너지 보존에 대한 진정한 위반을 폭로하는지에 대해 나뉩니다. 문제에 대한 그들의 태도는 부분적으로 양자 역학의 개별 실험 결과가 아무리 불가능하더라도 심각하게 고려되어야하는지에 달려 있습니다. 희망은 퍼즐을 해결하기 위해 노력함으로써, 연구원들은 양자 이론의 가장 미묘하고 이상한 측면을 명확히 할 수 있기를 바랍니다.

미러 트릭

Aharonov는 해당 시나리오가 적색광 (저에너지 전자기파)으로 가득 찬 상자를 여는 것과 유사하다고 설명했습니다. 어떻게 이런 일이 일어날까요?

핵심 성분은 수퍼 경화로입니다. 모든 물리 학생이 파도에 대해 배우는 것과 모순되는 효과입니다.

아무리 복잡하더라도 모든 파도는 다른 주파수의 사인파로 표현 될 수 있습니다. 학생들은 파도가 최고 주파수 사인파 구성 요소만큼 빠르게 진동 할 수 있음을 알게됩니다. 따라서 많은 붉은 빛을 결합하면 빨간색으로 유지해야합니다.

그러나 1990 년경 Aharonov와 Popescu는 사인파의 특수 조합이 어떤 구성 요소보다 더 빨리 흔들리는 집단 파의 영역을 생산한다는 것을 발견했습니다. 그들의 동료 마이클 베리 (Michael Berry)는 1 개의 헤르츠 미만의 음파 만 결합하여 베토벤의 아홉 번째 교향곡을 연주 할 수 있음을 보여줌으로써 슈퍼 경사의 힘을 보여 주었다. 일부 신호 처리 전문가에게 이미 알려진이 수퍼 경화의 재발견은 물리학 자들이 고해상도 이미징에서 새로운 라디오 디자인에 이르기까지 다양한 응용 분야를 발명하도록 영감을주었습니다.

상위 구현이 놀랍게도 물리 법칙과 모순되지는 않습니다. 그러나 Aharonov, Popescu 및 Rohrlich 가이 개념을 양자 역학에 적용했을 때, 그들은 완전히 역설적 인 상황을 만났습니다.

양자 역학에서, 입자는 파동 함수에 의해 기술되며, 다양한 진폭이 다른 위치에서 입자를 찾을 확률을 전달하는 일종의 파동. 파도 기능은 다른 파도가 할 수있는 것처럼 사인파의 합으로 표현 될 수 있습니다.

파도의 에너지는 주파수에 비례합니다. 이것은 파동 함수가 다중 사인파의 조합 일 때 입자가 에너지의 "중첩"에 있다는 것을 의미합니다. 에너지가 측정되면 파도 기능은 중첩의 에너지 중 하나에 신비하게 "붕괴"되는 것처럼 보입니다.

Popescu, Aharonov 및 Rohrlich는 사고 실험을 사용하여 역설을 노출시켰다. 상자 안에 광자가 갇혀 있다고 가정 하고이 광자의 파도 기능에는 초음파 영역이 있습니다. 파도가 슈퍼 경계를 늘리고 거울을 짧은 시간 동안 유지하는 광자 경로에 거울을 빠르게 넣으십시오. 그 기간 동안 광자가 거울에 충분히 가까워지면 거울은 상자 밖으로 광자를 튕겨냅니다.

우리는 여기서 광자의 웨이브 기능을 다루고 있다는 것을 기억하십시오. 바운스는 측정을 구성하지 않기 때문에 파동 함수는 붕괴되지 않습니다. 대신, 그것은 두 가지로 나뉩니다. 대부분의 파동 함수는 상자에 남아 있지만 거울이 삽입 된 곳 근처의 작고 빠르게 진동하는 조각이 상자를 떠나 탐지기쪽으로 향합니다.

이 슈퍼 소화 작품은 나머지 파동 함수에서 뽑아 냈기 때문에 이제는 훨씬 높은 에너지의 광자와 동일합니다. 이 조각이 검출기에 부딪히면 전체 파도 기능이 무너집니다. 그렇다면 검출기가 고 에너지 광자를 등록 할 가능성이 작지만 실제 가능성이 있습니다. 그것은 붉은 빛 상자에서 나오는 감마선과 같습니다. Popescu는“이것은 충격적이다.

영리한 측정 방식은 어떻게 든 파도 기능의 구성 요소가 허용했던 것보다 광자에 더 많은 에너지를 부여합니다. 에너지는 어디에서 왔습니까?

법적 모호성

수학자 에미 노 에테르 (Emmy Noether)는 1915 년에 자연의 대칭으로부터 에너지와 모멘텀과 같은 보존 된 양을 입증했다. 에너지는 "시간 변환 대칭"으로 인해 보존됩니다. 입자를 제어하는 ​​방정식이 순간부터 동일하게 유지되는 규칙. (에너지는이 동일성을 나타내는 안정적인 양입니다.) 특히, 중력이 시공간의 직물을 날리는 상황에서는 에너지가 보존되지 않습니다.이 뒤틀림은 다른 장소와 시간의 물리학을 변화시키지 않기 때문에 우주의 확장이 시간 의존성을 도입하는 우주 척도에서 보존되지 않기 때문입니다. 그러나 상자에 빛과 같은 것에 대해 물리학 자들은 다음과 같이 동의합니다. 시간 변환 대칭 (따라서 에너지 절약)은 보유해야합니다.

Quantum Mechanics의 방정식에 Noether의 정리를 적용하는 것은 복잡해집니다.

고전적인 역학에서는 항상 시스템의 초기 에너지를 확인하고 진화하고 최종 에너지를 확인하면 에너지가 일정하게 유지되는지 확인할 수 있습니다. 그러나 양자 시스템의 에너지를 측정하면 파도 기능을 무너 뜨려 반드시 방해합니다. 따라서 양자 시스템이 발전함에 따라 에너지가 보존되는지 확인하는 유일한 방법은 통계적으로 그렇게하는 것입니다. 실험을 여러 번 실행하여 초기 에너지를 절반과 다른 절반의 최종 에너지를 확인하십시오. 시스템 진화 전후에 에너지의 통계적 분포가 일치해야합니다.

Popescu는 사고 실험은 당황하지만이 버전의 에너지 보존과 호환된다고 말합니다. 초음파 영역은 광자의 파도 기능의 작은 부분이기 때문에 광자는 그곳에서 발견 될 가능성이 매우 낮습니다. 드문 경우에만 "충격적인"광자가 상자에서 나올 것입니다. 많은 운영 과정에서 에너지 예산은 균형을 유지합니다. "우리는 통계 버전의 에너지 절약이 잘못되었다고 주장하지 않습니다." "하지만 우리가 주장하는 것은 그것이 이야기의 끝이 아니라는 것입니다."

문제는, 생각 실험은 에너지 절약이 개별 사례에서 위반 될 수 있음을 시사한다. 오레곤의 리드 칼리지 (Reed College)의 명예 교수이자 양자 역학에 관한 표준 교과서의 저자 인 데이비드 그리피스 (David Griffiths)는 각 개별 실험 실행에서 에너지를 보존해야한다고 주장합니다 (일반적으로 확인하기가 어려운 경우에도)

Marletto는 동의합니다. 그녀의 의견으로는, 실험 이이 보존법을 위반하는 것처럼 보이면 충분히 열심히 보이지 않습니다. 과도한 에너지는 어딘가에서 나와야합니다. 그녀는“이 에너지 절약에 대한 위반이 발생할 수있는 여러 가지 방법이있다”고 말했다.

Popescu와 그의 동료들은 그들이 환경을 설명했다고 생각합니다. 그들은 광자가 거울에서 여분의 에너지를 얻는다 고 의심했지만 거울의 에너지가 변하지 않는다고 계산했습니다.

이 검색은 명백한 역설에 대한 해결책을 계속하고, 그것으로, 양자 이론에 대한 더 나은 이해를한다. 이러한 퍼즐은 과거에 물리학 자에게 유익했습니다. John Wheeler가 한 번 말했듯이,“역설이없는 진전은 없습니다!”

Popescu는“그러한 질문을 무시한다면 결코 Quantum Mechanics가 무엇인지 이해하지 못합니다.”