Kuantum olasılığı ilk önce varsayılmadan elde edilemez

Neredeyse bir yüzyıldır fizikçiler, bir kuantum sistemini ölçerken farklı sonuçların olasılığını hesaplamak için Born kuralına güveniyorlar. Ancak onlarca yıldır süren çabalara rağmen hiç kimse, olasılık hakkında varsayımlarda bulunmadan, daha temel matematik prensiplerinden kural çıkarmayı başaramadı.

Yayınlanan yeni analiz sayesinde Fiziksel İnceleme AOxford Üniversitesi’nden Jiaxuan Zhang, Born kuralının en önemli türetmelerinden beşinin hepsinin böyle bir varsayıma dayandığını gösterdi. Çalışması, kuantum olasılıklarının başlangıçta hiçbirini içermeyen bir teoriden kolayca çıkarılamayacağını öne sürüyor.

Varsayımlarda bulunmak

Kuantum mekaniğinde, bir sistemin durumu, kimse ona bakmadığı sürece düzgün ve tahmin edilebilir bir şekilde değişir; ancak ölçüldüğü anda, sonuca rastgele karar verilmiş gibi görünür. Her olası sonucun olasılığı Born kuralı tarafından sağlanır.

Bu garip karşıtlık, fizikteki en derin bilmecelerden biri olan “ölçüm probleminin” merkezinde yer alır. Born kuralı, olasılığın kuantum teorisine girdiği tek yer olduğundan, birçok fizikçi, onu bir başlangıç ​​noktası olarak kabul etmek yerine, onu teorinin diğer rastgele olmayan kurallarından çıkarmayı umuyordu.

Eğer bu türetme mümkünse, kuantum rastlantısallığının daha derin, rastlantısal olmayan bir açıklaması olduğu gösterilecektir. Bu tür pek çok türetme önerilmiştir, ancak her biri kendi varsayım setini gerektirmiştir, bu da bunların doğrudan karşılaştırılmasını zorlaştırmaktadır.

Toplanabilirlik ve bağlamsal olmama

Zhang, başka bir türetme önermek yerine mevcut olanları parçalara ayırmaya koyuldu. Titiz bir matematiksel analiz yoluyla, başlangıçtan itibaren ölçümlerin olasılıklar içerdiğini varsaymaktan kaçındı. Bunun yerine, her olası ölçüm sonucuna bir sayı atanmış gibi davrandı ve ardından Born kuralının her biri çok farklı mantık çizgilerini takip eden beş ana türevinin altında yatan varsayımların izini sürdü.

Zhang özellikle sıklıkla birbirine karıştırılan iki varsayıma odaklandı. Birincisi, “toplanabilirlik”, “bir sonuca veya diğerine” atanan sayının, ayrı sayıların toplamı olduğu anlamına gelir; tıpkı bir zarın üzerinde bir veya iki atma şansının, her bir şansın toplamı olması gibi. İkincisi, “bağlamsızlık”, bir sonuca verilen sayının, onun nasıl ölçüldüğüne veya onunla birlikte başka neyin ölçüldüğüne bağlı olmadığı anlamına gelir.

Kuantum teorilerini yeniden düşünmek

Zhang, analizi aracılığıyla toplanabilirliğin ve bağlamsal olmamanın gerçekten ayrı fikirler olduğunu kanıtladı. En önemlisi, beş türetmenin tamamının, doğası gereği olasılığa benzer bir özellik olan toplanabilirliğe ihtiyaç duyduğunu buldu. Bazıları bunu açıkça varsayarken, diğerleri bunu farklı varsayımların içinde saklıyor ve bir argüman ancak toplanabilirlik eklendiğinde bir arada kalıyor.

Zhang, olasılıksız bir türetmenin imkansız olduğunu kanıtlamakta yetersiz kalsa da, sonuçları, olasılık benzeri ekstra varsayımların gerekli olduğu görüşünü destekliyor. Olasılığın tam olarak nerede devreye girdiğini saptayan çalışması, fizikçilere kuantum teorisinin temelleri hakkındaki iddiaları değerlendirmenin daha net bir yolunu sunuyor. Bu da onların, kuantum rastlantısallığının gerçekten daha derin ilkelerden mi ortaya çıktığına ya da baştan itibaren varsayılmasının gerekip gerekmediğine karar vermelerine yardımcı olabilir.