Kvantumfizika: gravitáció alapú mérés?
Heisenberg bácsi óta tudjuk, hogy egy részecske helyzete és impulzusa egyszerre nem mérhető meg tetszőleges pontossággal. Jelenleg az összes kísérlet ami erre irányul, alapvetően az elektromágnesességen, elektromágneses hatáson alapul. Vagyis sematikusan: ha meg akarjuk mérni egy részecske helyét, azt úgy tudjuk megtenni, hogy egy elektromágneses hullámot (fotont) lövünk ki rá, és ahonnan visszapattan, ott van a részecske. Ám mivel a részecskék közti "kommunikáció", kölcsönhatás is elektromágnesességen alapul, ezzel befolyásoljuk a részecske helyzetét is, tehát a mérés után már nem ott lesz, ahol addig volt. Minél pontosabban akarjuk megmérni egy részecske helyzetét, annál nagyobb frekvenciájó elektromágneses hullámot kell kilőnünk rá; ám mivel az elektromágneses hullám energiája a frekvenciájával arányos, így annál nagyobb mértékben is befolyásoljuk a részecske helyzetét. Tulajdonképpen ezt jelenti a Heisenberg-féle határozatlansági elv, ha jól értem.
Az tudvalevő, hogy a gravitációs hatás kábé 42 nagyságrenddel gyengébb, mint az elektromágneses hatás. Ergo, ha olyan eszközt készítenénk, amely a részecske helyzetét nem elektromágneses hullámok segítségével méri, hanem annak gravitáló hatását méri, akkor 42 nagyságrenddel pontosabban lennénk képesek meghatározni az adott részecske helyzetét, vagy impulzusát.
Tehát a kérdés: vajon helytálló a feltételezésem, és valóban lehetséges lenne a gravitáló hatáson alapuló mérésrendszerrel lényegesen nagyobb pontosságú méréseket végezni a kvantumvilágban, ha sikerülne a környezet zavaró gravitációs hatásait kiküszöbölni, vagy legalább egy bizonyos, szükséges szint alá csökkenteni? Avagy másképp fogalmazva: megfelelő körülmények között lehetségesé válhat a kvantumvilágban zajló események megfigyelése a részecskék gravitációs vonzerejének mérése útján?
(Az elektromágneseség útján való mérésnek óriási (sőt, a gravitációval szemben egyelőre behozhatatlan) előnye, hogy azt képesek vagyunk többé-kevésbé leárnyékolni, tehát a zavaró hatásokat nagymértékben képesek vagyunk redukálni, míg a gravitációval nem ez a helyzet. Tehát a gravitáció alapján történő mérésnek hatalmas hátránya, hogy rengeteg zavaró tényező játszik közre, amelyek "zajként" jelentkeznének a mérés folyamán - tehát először vagy olyan módszert kellene kidolgozni, amely ki tudja küszöbölni a zavaró hatásokat, vagy olyan helyet kéne keresni a kísérlethez, ahol ezek a zavaró hatások a lehető legkisebb mértékben vannak jelen. Tipikusan a mélyűr, a galaxisok közötti "senkiföldje" talán alkalmas lehet erre a célra - persze, oda el is kellene jutni előbb - de ezektől a nehézségektől tekintsünk el időlegesen. Tehát tegyük fel, hogy elő tudunk állítani megfelelően gravitációmentes környezetet a kísérlet számára.)
Vannak kételyeim a senki földjét illetően. De az igazi probléma az, hogy a gravitáció erőhatás, vagyis segítségével gyorsulást mérhetnénk. Ott a részecske pályáját a vélhetően sok nagyságrenddel nagyobb tömegű berendezés gravitációja rendesen eltérítené. Ezt kellene mérni. De miként (mihez viszonyítva) és milyen kölcsönhatás segítségével mérjük az új pályát? És mi újat tudnánk meg ebből? Netán azt, hogy a tömege nem is annyi, amennyinek addig tudtuk? És akkor mi van a berendezést alkotó részecskék tömegével?
Azt gondolom, először pontosan tisztázni kéne a mérés körülményeit, eszköztárát, lehetőségeit, de leginkább a mérés célját. Ettől nagyban függ az adható válasz.
Úgy látom, hogy a kérdésben keveredik a határozatlanságnak és a megfigyelő hatásának (observer effect) fogalma.
Előrebocsátom, hogy nem vagyok szakértő a témában, nem tudok matematikai levezetésekkel vagy mélyebb ismeretekkel szolgálni, csak azt írom, amit itt-ott olvastam és értelmeztem a témával kapcsolatban.
Amiről az első szakaszban írsz, létező jelenség, de nem a határozatlanságról, hanem az observer effect-ről szól, arról, hogy maga a mérés változtatja meg a mért rendszert és így a mérés eredményét.
A határozatlanság azonban a kvantumrendszerek alapvető tulajdonsága, teljesen független a mérés minőségétől és módjától, nem "győzhető le".
Idevágó rész a Wikiből:
Historically, the uncertainty principle has been confused[4][5] with a somewhat similar effect in physics, called the observer effect, which notes that measurements of certain systems cannot be made without affecting the systems. (...) It has since become clear, however, that the uncertainty principle is inherent in the properties of all wave-like systems, and that it arises in quantum mechanics simply due to the matter wave nature of all quantum objects. >Thus, the uncertainty principle actually states a fundamental property of quantum systems, and is not a statement about the observational success of current technology.<
Hogy lehetséges-e ilyen gravitáción alapuló méréseket elvégezni, így kapásból nem tudom megmondani (utánaolvasok), de a határozatlanság nyújtotta pontossági határértéket ezzel sem lehetne átlépni.
Ignoramus
Ignoramus észrevétele helytálló, bár az is igaz, hogy valóban szokták a határozatlansági relációt a kérdésben is megfogalmazott szituációval is magyarázni. És ez a magyarázat nem is téves, csak szemléletessé teszi azt, hogy a konkrét esetben és rendszerben mi az fizikailag, ami a bizonytalanságot okozza.
Azonban itt többről van szó. A határozatlansági elv egy mély, alapvető összefüggése a kvantummechanikának, és a levezetése nem igényel hivatkozást semmilyen mérési módszerre. Egyszerűen a hely- és impulzusoperátorok közötti matematikai összefüggés, illetve bármely olyan operátorokra érvényes, amelyek szaknyelven szólva nem "kommutálnak" (nem felcserélhetőek), azaz nem egyszerre mérhető mennyiségeket reprezentálnak.
Vagyis bármilyen mérési módszert is válasszunk, nem fogjuk tudni ezt a korlátot legyőzni.
Kapcsolódó kérdések:
Minden jog fenntartva © 2024, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!