Uutiset

Kvanttimekaniikan uuden tulkinnan mukaan todellisuus on mittaajasta riippumaton

Kvanttimekaniikka syntyi 1920-luvulla, ja siitä saakka sen tulkinnasta on ollut erimielisyyksiä. Jussi Lindgrenin ja Jukka Liukkosen tuore tutkimus tukee kvanttimekaniikan tulkintaa, joka on lähellä klassisia tieteellisiä periaatteita.
Jukka Liukkonen vasemmalla ja Jussi Lindgren oikealla. Kuva: Aalto-yliopisto.
Jukka Liukkonen (vasemmalla) ja Jussi Lindgren (oikealla) kuvaavat Heisenbergin epätarkkuusperiaatetta. Kuva: Aalto-yliopisto.

Kvanttimekaniikka sai alkunsa 1920-luvulla – ja siitä asti sen tulkinnoista on ollut erimielisyyksiä. Esimerkiksi Niels Bohrin ja Werner Heisenbergin muotoileman Kööpenhaminan tulkinnan ja etenkin von Neumannin-Wignerin tulkinnan mukaan koetta tekevän ihmisen tietoisuus vaikuttaa kokeen tulokseen. Karl Popper ja Albert Einstein taas olivat sitä mieltä, että objektiivinen todellisuus on olemassa kokeen tekijästä riippumatta. Erwin Schrödinger puolestaan kehitti omaa nimeään kantavan kissakokeen, jolla pyrittiin kuvailemaan kvanttimekaniikkateorian epätäydellisyyttä.

Vapaa-ajallaan kvanttimekaniikkaa tutkivat valtion virkamiehet Jussi Lindgren ja Jukka Liukkonen tutkivat tuoreimmassa artikkelissaan Heisenbergin vuonna 1927 kehittämää epätarkkuusperiaatetta. Sen mukaan paikkaa ja liikemäärää ei voida määrittää samanaikaisesti äärettömän tarkasti, vaan esimerkiksi mittausta tekevällä ihmisellä on vaikutusta arvoihin.

Lindgren ja Liukkonen päätyivät kuitenkin tutkimuksessaan siihen, että paikan ja liikemäärän korrelaatio eli niiden välinen riippuvuus on pysyvä. Toisin sanoen todellisuus on mittaajasta riippumaton itsenäinen olio. He hyödynsivät tutkimuksessaan stokastista optimisäätöteoriaa.  Sen viitekehyksessä Heisenbergin epätarkkuusperiaate on termodynaamisen tasapainon ilmentymä, jossa satunnaismuuttujien korrelaatiot eivät häviä.

”Tulosten mukaan ei ole mitään loogista syytä sille, että tulos olisi mittaajasta riippuvainen. Tutkimuksemme perusteella mikään ei osoita, että mittaajan tietoisuus häiritsisi tai loisi tietynlaisen mittaustuloksen tai todellisuuden”, Jussi Lindgren sanoo.

Mutta onko selitys laisinkaan selitys, jos se on epämääräinen?

Jussi Lindgren

Tutkijoiden tulkinta tukeekin sellaista kvanttimekaniikan tulkintaa, joka on lähellä klassisia tieteellisiä periaatteita.

”Tulkinta on objektiivinen ja realistinen, ja samalla mahdollisimman yksinkertainen. Pidämme selkeydestä, ja karsimme mielellämme kaiken mystiikan pois”, sanoo Liukkonen.

Tutkijoiden edellinen artikkeli on julkaistu joulukuussa 2019, ja siinäkin käytettiin matemaattista analyysiä välineenä kvanttimekaniikan selittämiseksi. Menetelmänä oli stokastinen optimisäätöteoria, jota on hyödynnetty muun muassa ratkaisemaan, miten saadaan raketti lentämään Maasta Kuuhun.

Vilhelm Occamilaisen mukaan nimetyn Occamin partaveitsen eli säästäväisyyden periaatteen mukaisesti tutkijat ovat nytkin valinneet yksinkertaisimman selityksen niiden selitysten joukosta, jotka toimivat.

”Tutkimme kvanttimekaniikkaa tilastollisena teoriana. Matemaattinen väline on selkeä, mutta sitä voidaan pitää myös tylsänä. Mutta onko selitys laisinkaan selitys, jos se on epämääräinen?” kysyy Lindgren.

Fysiikka on hyvä harrastus virkamiehelle

Lindgreniä ja Liukkosta yhdistää kvanttimekaniikan tutkimuksen lisäksi Kuopion lyseon matematiikkakerho, väitöskirja ja valtion virkamiehen ura. Liukkonen on jo tehnyt väitöskirjansa nivelen ultraäänitähystyksestä, ja hän toimii nyt tarkastajana Säteilyturvakeskuksessa.

Fysiikka on virkamiehelle hyvä harrastus. Meillä on ollut yhteinen tuska siitä, että kvanttimekaniikan tulkinnoissa ei ole tolkkua.

Jukka Liukkonen

Lindgrenin väitöskirja rakentuu parhaillaan kvanttimekaniikkaa selittävistä matemaattisista artikkeleista. Hän on päätyökseen neuvotteleva virkamies Valtioneuvoston kansliassa, ja on ollut nyt neuvottelemassa muun muassa Euroopan unionin elpymissuunnitelmasta. Kymmenkunta vuotta sitten nuorena virkamiehenä hän oli myös mukana suunnittelemassa Kreikka-vakuuksia.

Lindgrenin ja Liukkosen utopia on festivaalikonferenssi, joka yhdistäisi lyhytelokuvia ja kvanttifysiikan esitelmiä.

”Fyysikot ja taiteilijat voisivat löytää uusia tapoja toimia yhdessä, molemmissa kun on kyse luovuudesta”, Lindgren sanoo.

Lisätietoa:

Artikkeli: The Heisenberg Uncertainty Principle as an Endogenous Equilibrium Property of Stochastic Optimal Control Systems in Quantum Mechanics https://www.mdpi.com/2073-8994/12/9/1533

Jussi Lindgren
[email protected]

Jukka Liukkonen
[email protected]

The study took Jussi Lindgren, left, and Jukka Liukkonen, right, back to year 1941 when Stueckelberg’s wave equation was invented. The equation is the foundation for parameterized relativistic dynamics.

Kaksi valtion virkamiestä ratkoo kvanttimekaniikan tutkimusongelmia vapaa-ajallaan

Kvanttimekaniikan lainalaisuudet askarruttivat Jussi Lindgreniä ja Jukka Liukkosta opiskeluajoista lähtien.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Aalto University
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Insinööritieteiden korkeakoulun uudet vakinaistetut professorit esittäytyvät

Seitsemän professoria esittelee videolla omaa alaansa ja tutkimustaan.
Smart City Challenge
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Neljä älykaupungin pilottihanketta käyntiin tammikuussa 2021

Kansainvälinen haaste keräsi yhteensä 71 älykaupunkeihin liittyvää ideaa.
ARTS open science roadshow, pic of the session
Tutkimus ja taide Julkaistu:

European Open Science Cloud (EOSC) Finnish Forumin webinaari 25.1.2021

Yksi puhujista on Karel Luyben, European Open Science Cloudin (EOSC) ensimmäinen puheenjohtaja ja Aalto-yliopiston hallituksen jäsen.
Installation Talk 2020, Jarkko Niiranen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Jarkko Niiranen: Rakenteiden suunnittelun perustana ovat matemaattiset mallit

Laskennallisen rakennetekniikan vakituiseen associate professor -tehtävään nimitetty Jarkko Niiranen käsittelee esityksessään laskennallista mekaniikkaa.