Sedan starten, kvantmekaniken har inte slutat förvåna oss med sin särart, så svårt att förstå. Varför verkar en partikel passera genom två slitsar samtidigt? Varför, istället för specifika förutsägelser, kan vi bara prata om utveckling av sannolikheter? Enligt teoretiker från universitet i Warszawa och Oxford, de viktigaste egenskaperna i kvantvärlden kan bero på den speciella relativitetsteorin, som hittills tycktes ha lite att göra med kvantmekanik.

Sedan kvantmekanikens ankomst och relativitetsteorin har fysiker har tappat sömn över inkompatibiliteten mellan dessa tre begrepp (tre, eftersom det finns två relativitetsteorier:speciell och allmän). Det har allmänt accepterats att det är beskrivningen av kvantmekaniken som är mer grundläggande och att relativitetsteorin måste anpassas till den. Dr Andrzej Dragan från fysiska fakulteten, University of Warsaw (FUW) och prof. Artur Ekert från University of Oxford (UO) har just presenterat sitt resonemang som leder till en annan slutsats. I artikeln "The Quantum Principle of Relativity, "publicerad i New Journal of Physics , de bevisar att egenskaperna hos kvantmekaniken som bestämmer dess unika och dess icke-intuitiva exotism-accepteras, vad mer, om tro (som axiom) - kan förklaras inom ramen för den speciella relativitetsteorin. Man behöver bara bestämma sig för ett visst ganska oortoxiskt steg.

Albert Einstein baserade den speciella relativitetsteorin på två postulat. Den första är känd som den galileiska relativitetsprincipen (som, Vänligen notera, är ett specialfall av den kopernikanska principen). Detta säger att fysiken är densamma i varje tröghetssystem (dvs. en som antingen är i vila eller i en jämn rak linje). Det andra postulatet, formulerat på resultatet av det berömda Michelson-Morley-experimentet, ställde kravet på en konstant ljushastighet i varje referenssystem.

"Einstein ansåg att det andra postulatet var avgörande. I verkligheten det avgörande är relativitetens princip. Redan 1910 visade Vladimir Ignatowski att endast baserat på denna princip är det möjligt att rekonstruera alla relativistiska fenomen i den speciella relativitetsteorin. Ett slående enkelt resonemang, som leder direkt från relativitetens princip till relativism, presenterades också 1992 av professor Andrzej Szymacha från vår fakultet, "säger Dr Dragan.

Den speciella relativitetsteorin är en sammanhängande struktur som möjliggör tre matematiskt korrekta typer av lösningar:en värld av partiklar som rör sig med subluminala hastigheter, en värld av partiklar som rör sig med ljusets hastighet och en värld av partiklar som rör sig med superluminala hastigheter. Detta tredje alternativ har alltid avvisats eftersom det inte har något med verkligheten att göra.

"Vi ställde frågan:vad händer om vi-för närvarande utan att gå in i lösningarnas fysikalitet eller icke-fysikalitet-seriöst inte tar del av den speciella relativitetsteorin, men allt, tillsammans med superluminalsystemet? Vi förväntade oss paradoxer mellan orsak och verkan. Under tiden, vi såg exakt de effekter som utgör den djupaste kärnan i kvantmekaniken, "säger Dr Dragan och prof. Ekert.

Initialt, båda teoretikerna ansåg ett förenklat fall:rymdtid med alla tre lösningsfamiljer, men består endast av en rumslig och en tidsdimension (1+1). En partikel i vila i ett system av lösningar verkar röra sig superluminalt i den andra, vilket betyder att superluminositeten i sig är relativ.

I ett rymd-tidskontinuum konstruerat på detta sätt, icke-deterministiska händelser inträffar naturligt. Om det i ett system vid punkt A genereras en superluminal partikel, till och med helt förutsägbar, avges mot punkt B, där det helt enkelt inte finns någon information om orsakerna till utsläppet, sedan från observatörens synvinkel i det andra systemhändelserna går från punkt B till punkt A, så de utgår från en helt oförutsägbar händelse. Det visar sig att analoga effekter uppträder också vid subluminala partikelutsläpp.

Båda teoretikerna har också visat att efter att ha tagit hänsyn till superluminala lösningar, rörelsen av en partikel på flera banor uppträder samtidigt naturligt, och en beskrivning av händelseförloppet kräver införandet av en summa av kombinerade amplituden av sannolikhet som indikerar förekomsten av överlagring av tillstånd, ett fenomen som hittills endast är associerat med kvantmekanik.

När det gäller rymdtid med tre rumsliga dimensioner och en tidsdimension (3+1), det är, motsvarar vår fysiska verklighet, situationen är mer komplicerad. Relativitetsprincipen i sin ursprungliga form bevaras inte - de subluminala och superluminala systemen är urskiljbara. Dock, forskarna märkte att när relativitetsprincipen ändras till formen:"Möjligheten att beskriva en händelse på ett lokalt och deterministiskt sätt bör inte bero på valet av ett tröghetsreferenssystem, "det begränsar lösningarna till de där alla slutsatser från övervägandet i (1+1) rymdtid förblir giltiga.

"Vi märkte, tillfälligtvis, möjligheten till en intressant tolkning av de enskilda dimensionernas roll. I systemet som ser superluminal ut för observatören verkar vissa rumstidsdimensioner förändra deras fysiska roller. Endast en dimension av superluminal ljus har en rumslig karaktär - den längs vilken partikeln rör sig. De andra tre dimensionerna verkar vara tidsdimensioner, "säger Dr Dragan.

En karakteristisk egenskap hos rumsliga dimensioner är att en partikel kan röra sig i vilken riktning som helst eller förbli i vila, medan den i en tidsdimension alltid sprider sig i en riktning (det vi kallar åldrande i vardagsspråk). Så, tre tidsdimensioner av superluminalsystemet med en rumslig dimension (1+3) skulle alltså innebära att partiklar oundvikligen åldras tre gånger samtidigt. Åldringsprocessen för en partikel i ett superluminalt system (1+3), observerat från ett subluminalt system (3+1), skulle se ut som om partikeln rörde sig som en sfärisk våg, som leder till den berömda Huygens-principen (varje punkt på en vågfront kan behandlas som en källa till en ny sfärisk våg) och korpuskulär vågdualism.

"All konstighet som uppstår när man överväger lösningar relaterade till ett system som ser superluminal ut, visar sig inte vara främmande än vad som allmänt accepterat och experimentellt verifierat kvantteori länge har sagt. Tvärtom, med hänsyn till ett superluminalt system, det är möjligt - åtminstone teoretiskt - att härleda några av kvantmekanikens postulat från den speciella relativitetsteorin, som vanligtvis accepterades som inte beror på andra, mer grundläggande skäl, "Dr Dragan avslutar.

I nästan hundra år har kvantmekaniken väntat på en djupare teori för att förklara arten av dess mystiska fenomen. Om resonemanget från fysikerna från FUW och UO står sig över tid, historien skulle grymt håna alla fysiker. Den "okända" teorin sökte i decennier, förklarar det unika med kvantmekaniken, skulle vara något som redan är känt från det allra första arbetet med kvantteori.