Kaksi valtion virkamiestä ratkoo kvanttimekaniikan tutkimusongelmia vapaa-ajallaan
Kvanttimekaniikan lainalaisuudet askarruttivat Jussi Lindgreniä ja Jukka Liukkosta opiskeluajoista lähtien.
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.
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.
Jussi LindgrenMutta onko selitys laisinkaan selitys, jos se on epämääräinen?
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.
Jukka LiukkonenFysiikka on virkamiehelle hyvä harrastus. Meillä on ollut yhteinen tuska siitä, että kvanttimekaniikan tulkinnoissa ei ole tolkkua.
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
jussi.lindgren@aalto.fi
Jukka Liukkonen
jukka.liukkonen@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Perustieteiden korkeakoulu palkitsi vuoden 2025 parhaat väitöskirjat ja diplomityöt
Perustieteiden korkeakoulussa valmistui 2025 kaiken kaikkiaan 71 tohtoritutkintoa ja 607 maisteritutkintoa. Korkeakoulu palkitsi seitsemän väitöskirjaa ja kuusi diplomityötä.
Suomalaisia puupohjaisia innovaatioita esillä Lontoossa
Näyttely esittelee suomalaisia biotalouden ratkaisuja niin teollisuuden kuin kuluttajan arkeen. Origamipohjaiset FOLD-materiaalit tarjoavat kestävämpiä ratkaisuja pakkausten ohella myös moneen muuhun käyttötarkoitukseen.
Aalto-yliopiston taide ja muotoilu on maailman yhdeksänneksi paras
Kaikkiaan viisi Aallon alaa ylsi sadan parhaan joukkoon arvostetussa QS-vertailussa.