Dipankar Home

[In collaboration with Sougato Bose, Debarshi Das (University College London) and Hendrik Ulbricht (University of Southampton, UK), published in PRL 132, 030202 (2024).]

Title: Towards testing macrorealism and quantumness of an arbitrarily massive object

Abstract: A cutting-edge research enterprise in contemporary physics is to empirically probe the limits of validity of quantum superposition of states in the macroscopic regime, along with testing the validity of the notion of macrorealism, viz, the everyday notion of reality implying that macro- objects possess properties which have definite values, even when not measured. For this purpose, Anthony Leggett and Anupam Garg had formulated a temporal analogue of Bell type inequality involving correlations between the results of time-separated measurements on a time-evolving system, by deriving such an inequality from the notion of macrorealism and assuming that the measurements are ensured to be noninvasive. Empirical violation of the Leggett-Garg (LG) inequality, compatible with quantum mechanical prediction, is argued to be providing a fundamental signature of irreducible quantumness, alongside certifying the violation of macrorealism. While all studies to date of the LG inequality and its variants have considered measurements of essentially the same observable property of a time-evolving system at different instants to measure the correlations, the key modification made in our present work is the following.

We have invoked measurements of different observable quantities at different instants in the context of a massive harmonic oscillator for which measurements are considered by shining light at different instants to detect which of the two halves of the oscillating region the particle is in at any instant. Subject to minimising the classical invasiveness of the measurements made, and reducing the environmental decoherence effects, such a scheme would enable evidencing quantumness through significant violation of the LG type inequality, the magnitude of this violation being remarkably the same for any mass , and is also independent of the other relevant experimental parameters, dependent only on the choice of instants of the measurements. How this is ensured will be discussed in the present talk.

The flexibility our proposed scheme has for choosing the relevant experimental parameters would greatly facilitate scaling up the test of macro- quantumness to ever more massive objects. Given the state-of-the -art technology, this scheme is currently implementable ranging from oscillating nano-objects of large mass about trillion times heavier than hydrogen atom to macroscopic oscillating mirrors of 10kg mass used in gravitational wave detection. Experimental effort along this direction has already been initiated by the group of Hendrik Ulbricht (University of Southampton UK) using optically levitated oscillating nano-objects. Finally, it is worth mentioning that these studies have acquired increased significance, particularly because of the recent proposals of laboratory-based tests of quantumness of gravity by exploiting quantuness of massive objects, as well as because of the current other experimental efforts being made to provide empirical constraints on the suggested wave function collapse models or dynamical modifications of quantum mechanics for massive systems which have been proposed for addressing the much debated quantum measurement problem.

مهدی گلشنی

عنوان: احیاء حوزۀ فلسفۀ فیزیک در بعضی دانشگاههای برتر غرب

چکیده: در گذشته فلسفه شامل همه علوم می شد، اما به تدریج علوم طبیعت از فلسفه جدا شدند و اهداف محدود خود را دنبال کردند. با رشد فلسفه های تجربه گرا، خصوصاً پوزیتیویسم، آن بخش از فلسفه که با احکام کلی هستی سر و کار دارد و به متافیزیک موسوم است،جاذبه خود را در میان دانشمندان علوم تجربی از دست داد. ظهور فیزیک کوانتوم و بینش پوزیتیویسمی حاکم بر آن، این نگرش را تقویت کرد. اما با روشن شدن محدودیتهای علم تجربی در توجیه ارزشهای اخلاقی و عدم توانائی آن در دادن پاسخ به بعضی سؤالات مطرح در علم و سؤالات بنیادی بشرو پربار بودن علم تجربی از مفروضات متافیزیکی، در چند دهۀ اخیر برخی از سرآمدان علم روز به فلسفه (خصوصا متافیزیک) برگشته اند و حاکم کردن یک چتر فلسفی جامع نگر بر علم روز را توصیه کرده اند. همچنین برخی از فیزیکدانان برجسته نادیده گرفتن تفحصات فلسفی در فیزیک را مورد انتقاد قرار داده اند. زیرا روشن شده است که بینش تجربه گرایان دیدگاهی سطحی از جهان بدست می دهد و ضمناً یک فلسفه روشن را با یک نگرش فلسفی سطحی پنهان و کنترل نشده جایگزین می کند. خوشبختانه در دو دهۀ اخیر برخی از فیزیکدانان برجسته خود را به جد درگیر ابعاد فلسفی فیزیک کرده اند و شاهد احیاء فلسفه در یعضی از دانشگاههای برتر غرب هستیم. از جمله شواهد این احیاء فلسفه این است که در بعضي از دانشگاه‌هاي كشورهای انگليس، آمريكا و كانادا بخش‌هاي فيزيك و فلسفه تأسيس شده‌ و دوره های کارشناسی و کارشناسی ارشد در فیریک و فلسفه راه افتاده است. به علاوه در بعضی از دانشگاههای آمریکا و انگلیس گروههای مشترک فیزیک و فلسفه تشکیل شده است که روی مسائل بنیادی فیزیک و کیهانشناسی کار می کنند. همچنین در سالهای اخیر در بعضی از دانشگاههای معروف غرب بخش فلسفه فیزیک راه افتاده است. اما متاسفانه نسیم این جریان مثبت به دانشکده های علوم و فلسفۀ ما نرسیده است. در مملكت ما، كه زماني مهد فلسفه بود، الان فلسفه در دانشكده‌هاي علوم  مان كاملاً مهجور است و حتي با خصومت با آن برخورد مي‌شود و آن را عبث و ياوه تلقي مي‌كنند. همچنین بسياري از همكاران فيزيكدان ما حتی حاضر نیستند كه به تحولاتي كه در غرب در این حوزه رخداده است، نظر افكنند.

حبیب الله رزمی

عنوان: جهان دوسیته: نافی یا مؤید جهان ماخی؟

چکیده: معمولاً، جهان دوسیته، به عنوان جهانی خالی از ماده انرژی متعارف، نمونه ای در تعارض با اصل ماخ شناخته می شود. در این سخنرانی/مقاله، با معرفی خلاء فیزیکی به عنوان یک محیط/فضای فراگیر جهانی و مطلق و همچنین تعریف یک زمان عام به عنوان معیار و اندازه ای برای حرکت کلی کیهان در جهان دوسیته، مشخص می شود وجود یک فضازمان مطلق (البته نه از نوع نیوتنی) امکان پذیر است؛ بنابراین، جهان دوسیته، با این نگاه، نه فقط نافی جهان ماخی نیست بلکه شاید بتوان آن را به عنوان نمونه ای از یک جهان مبتنی بر اصل ماخ تلقی کرد.

فاطمه شجاعی

عنوان: افق کوشی و پیش بینی ناپذیری در نظریه اینشتین

چکیده: افق کوشی ابر سطح نورگونه ای است که مرز ناحیه برقراری مساله مقدار اولیه را در فضا زمان نشان میدهد و وجود آن به معنای نقض فرم قوی حدسیه سانسور کیهانی است. این افق عموما در حضور تکینگی زمان گونه و یا منحنیهای بسته زمانگونه وجود دارد و با اختلالات هندسه ناپایدار است. در این ناحیه هندسه گسترش می یابد اما حوادث به تنهایی با داده های اولیه کوشی توصیف نمیشود و از این رو پیش بینی پذیری نسبیت عام شکسته میشود. در سالهای اخیر پیشنهاداتی برای استفاده از مدلهای واقعی تر سیاهچاله دینامیکی که در زمینه کیهان غوطه ور هستند، داده شده است تا بتوان پیش بینی پذیری را حتی در بازه های خاص زمان به نظریه اینشتین برگرداند.

سید ابراهیم اکرمی

Title: GOD DOES NOT PLAY DICE WITH THE UNIVERSE; EINSTEIN WAS RIGHT AND BOHR, BORN AS WELL AS HAWKING WERE WRONG CHECKMATING QUANTUM KING VIA GENERAL RELATIVITY QUEEN

Abstract: We introduce a program called GENERAL QUANTUM RELATIVITY (GQR) for the resolution of quantum theory (QT) which is the continuation and extension of the

Einstein's program of general theory of relativity (GR). GR resolves gravity by putting a suitable metric over spacetime and GQR also tries to resolve all issues on quantum theory by putting a suitable metric over phase space. In both programs GR and GQR the metric satisfies in the Euler-Lagrange equation induced from the least action principle applied to a suitable action functional. In both, the Lagrangian of the action functional is the curvature of the metric. In GR the curvature is Ricci scalar curvature of the metric but in GQR the curvature is a newly introduced curvature called QUANTUM RICCI SCALAR CURVATURE. The counterpart of the evolution equation under gravity in GR, i.e. geodesic equation over the spacetime, in GQR is a new evolution called COLLAPSE EQUATION over phase space. The counterpart of the special Minkowski spacetime here is the Hilbert space of standard quantum mechanics. The complex inner product of the Hilbert space plays the role of Minkowski metric. As a consequence, we show that collapse phenomenon in quantum mechanics is just another gravity phenomenon modeled by the new type of curvature over phase space like the gravity in general relativity which is modeled by the Riemann curvature over spacetime. The source of this curvature induced over phase space is the macroscopic observer or apparatus in measuring a given observable. Besides the resolution of the collapse issue, the program GQR has the capacity of resolution of other issues of QT like, entanglement and conciliating QT with special relativity (quantum field theory) as well as with general relativity (quantum gravity), inshallah, namely if God plays GQR with the universe. The phrase Checkmating in the title is an alteration of the Arabic phrase mata means died, is any game position in chess and other chess-like games in which a player's king is in check (threatened with capture) and there is no possible escape. Checkmating the opponent wins the game.

فرامرز رحمانی

عنوان: تقلیل گرانشی تابع موج با استفاده از دینامیک کوانتومی ذره

چکیده: همانطور که می دانیم یکی از مسائل حل نشده در مکانیک کوانتومی تقلیل یا فرو ریزش تابع موج ذره است. هرچند که در برخی دیدگاهها تقلیل تابع موج اتفاق نمی افتد. تقلیل گرانشی یکی از راه هاي توجیه مسئله است که در کوانتوم استاندارد به کار رفته است و ما آن را با استفاده از دینامیک کوانتومی ذره در مکانیک کوانتومی بوهمی توجیه می نماییم. ساختار مکانیک کوانتومی بوهمی کمک می کند که تا حدي تصویر بهتري از مسئله داشته باشیم. همچنین دست ما را براي یک سري تفسیرهاي روشن تر از مسئله نسبت به کوانتوم استاندارد باز تر می گذارد. به نظر می رسد تا زمانی که ابزار تابع موج با مفاهیم و کمیات عینی جایگزین نشود هر کدام از این روش ها در بستر هر نسخه اي از مکانیک کوانتومی، صرفا وسیله توجیه باشد تا توصیف درست موضوع.

حمید فغانپور عزیزی

عنوان: «آگاهی و حیات» دروازه‌هایی به فیزیک آینده

چکیده: آگاهی و نحوۀ تعامل آن با بدن از دیرباز یکی از رازآلودترین و پیچیده‌ترین معماهای بشر بوده است. علوم‌شناختی که تقریبا از هفت دهۀ گذشته آغاز شده، تلاش‌های خوبی در این زمینه انجام داده است، اما به دلیل داشتن نگاه کلاسیکی به موضوع، نتوانسته است توفیق چندانی بدست آورد. خوشبختانه از سه دهۀ گذشته، انقلابی در علوم شناختی رخ داده و شاخۀ جدیدی تحت عنوان «آگاهی کوانتومی» بر سه پایۀ فلسفه، فیزیک جدید و علم اعصاب شکل گرفته است. این شاخۀ علمی با استفاده از دستاوردهای فیزیک جدید ازجمله نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و نظریۀ میدان‌های کوانتومی توانسته است در مصاف با معمای آگاهی توفیقات چشمگیری بدست آورد. همچنین این رهیافت جدید به دلیل ماهیت میان‌رشته‌ای خود می‌تواند در رشته‌های مختلف، زمینۀ حاصلخیزی فراهم و به حل مسائل بنیادی آنان کمک نماید. قصد دارم در این سخنرانی ضمن مرور مختصر نظریه‌های مهم آگاهی کوانتومی (شامل: اکلز-بک، پنرز-همراف، هایزنبرگ-جیمز و ابن‌سینا-بوهم) نشان‌دهم که با استفاده از این نظریه‌ها می‌توان به سراغ برخی از چالش‌های مهم علمی معاصر (از جمله: معمای حیات، چالش هوش مصنوعی، معضل گرانش کوانتومی و مسئلۀ گذر زمان) رفت و به حل شدن این چالش‌ها امیدوار بود. بدیهی است گستره و عمق این موضوع بیش از آن است که یک سخنرانی بتواند حق آن را ادا نماید. درواقع، این سخنرانی قدمی است کوچک در معرفی مفاهیم میان‌رشته‌ای «آگاهی و حیات» که به عقیدۀ من می‌توانند ما را به آن #انقلاب_علمی که دانشمندان معاصر و تراز اول منتظر آن هستند، رهنمون نمایند.

سجاد آقاپور

عنوان: تصحیح اسپینی برهم‌کنش کولنی بر اساس فیزیک فضا-زمان

چکیده: اثرات فضا-زمان و گرانش در فیزیک ریز-مقیاس یکی از مهم‌ترین مسائل حل نشده در فیزیک بنیادی و نظری است. دلیل اصلی این امر تفاوت در برخی از مفاهیم بنیادی و نیز زبان ریاضی مورد استفاده در نظریه گرانش کلاسیک از یک سو و مکانیک کوانتومی و مشتقات آن از سوی دیگر است. از لحاظ زبان ریاضی، اعداد و توابع مختلط در قلب مکانیک کوانتومی جای گرفته است، در حالی که در فیزیک گرانش، روش‌های مختلط نقش حاشیه‌ای دارد. در این سخنرانی به یک رگه مهم در مطالعات پاسخ‌های نسبیت عام که شامل استفاده رازآمیزی از روش‌های مختلط است، می‌پردازیم و چگونگی وارد کردن اسپین با کمک تبدیلات مختلط را مرور می‌کنیم. به طور خاص، چگونگی بازسازی پاسخ چرخان کر از پاسخ ایستای شوارتزشیلد و ارتباط نسخه‌های باردار آن‌ها را بررسی می‌کنیم. در نهایت در حد گرانش صفر، برهم‌کنش الکترومغناطیسی دو پاسخ چرخان باردار را مطالعه می‌کنیم و یک تصحیح اسپینی برای برهم‌کنش کولنی به دست می‌آوریم.

قدیر جعفری

عنوان: بررسی امکان و لزوم تغییر پارادایم در قوانین فیزیک

چکیده: پیچیدگی برخی مسائل بنیادی در فیزیک  نظری  وهمچنین با توجه به این نکته که تلاش های بسیار زیادی در حل برخی از مسائل بی نتیجه مانده است، ممکن است این تصور را بوجود بیاورد که شاید چارچوب  یا اصول کلی که ما در داخل آن فکر می کنیم و همیشه کار کرده ایم و قوانین را از طریق آن می فهمیم اشکال داشته باشند. در این سخنرانس تلاش می کنیم این امکان را بررسی کنیم که چرا ممکن است نیاز داشته باشیم به پارادایم های جایگزین فکر کنیم و برخی از این جایگزین ها را معرفی می کنیم. همچنین اشاره می کنیم که چگونه برخی مسائل بنیادی در فیزیک  با تغییر پارادایم ممکن است مطرح نباشند یا قابل حل باشند.

محمدجواد کاظمی

[در همکاری با قدیر جعفری بر مبنای arXiv:2402.11350v1]

عنوان: مکانیک کوانتومی ناهایزنبرگی

چکیده: کاهش اصول یک نظریه اصل‌موضوعی روشی طبیعی برای یافتن نظریه‌های عمومی‌تر است. از نظر تاریخی، کشف هندسه نااقلیدسی نمونه معروف وموفق این روش است. در اینجا، ما با نادیده گرفتن قلب مکانیک کوانتومی هایزنبرگ، از این روش برای تعمیم مکانیک کوانتومی استفاده می کنیم—ما وجود یک عملگر مکان که رابطه ناجابجایی هایزنبرگ را ارضا می‌کند، فرض نمی کنیم. اصول باقیمانده نظریه کوانتومی، به همراه فرض ناوردایی گالیله ای، منجر به یک نظریه کوانتومی عمومی‌تر با یک پارامتر آزاد l0 با بعد طول می‌شود، به طوری که هرگاه 0 <-- l0، نظریه به مکانیک کوانتومی استاندارد تقلیل می‌یابد. به طور غیر منتظره، این نظریه کوانتومی ناهایزنبرگی، بدون فرض پیشینی رابطه ناجابجایی مکان-ممنتوم، به یک رابطه عدم قطعیت اصلاح شده منجر می شود، که وجود عدم قطعیت کمینه l0 را تضمین می‌کند، چیزی که از مطالعات مختلف گرانش کوانتومی انتظار می‌رود! با مقایسه نتایج این چارچوب با برخی داده‌های مشاهده شده، که شامل اولین حالتهای نرمال طولی آشکارساز موج گرانشی AURIGA و گذار 1S-2S در اتم هیدروژن است، ما حد بالایی برای l0 به دست می‌آوریم.

محمدابراهیم مقصودی

عنوان: آیا افق رویداد واقعی است؟

چکیده: «افق رویداد» مفهومی است که علی‌رغم اینکه نقشی کلیدی در فیزیک سیاهچاله‌ها ایفا میکند، به دلیل ماهیت غایت‌شناختی‌اش، گاه غیرفیزیکی و غیرواقعی و صرفاً برساختی ریاضی قلمداد می‌شود. در این نوشتار نشان داده‌ایم که دلایل خوبی وجود دارد که باور داشته باشیم که افق رویداد فیزیکی یا واقعی است.

محمدصادق کاویانی

عنوان: تأملی در تبیین غیرجایگزیدگی کوانتومی؛ غیرجایگزیدگی زمانی معادل غیرجایگزیدگی مکانی

چکیده: نقض موضعیت در نظریه کوانتوم دارای شواهد تجربی مهمی است. این شواهد بر پایه غیرجایگزیدگی کوانتومی به‌گونه‌ای تفسیر می شوند که ذوات کوانتومی در یک موقعیت مشخص از فضا قرار نداشته؛ بلکه ذاتاً بر اساس تابع موج منتسب به آنها در فضا گسترده باشند. می توان مشابه غیرجایگزیدگی در مکان، غیرجایگزیدگی در زمان را نیز مطرح ساخت. به‌طوری‌که ذوات کوانتومی در عین آن که (همچون ذوات ماکروسکوپی) محکوم به علیت و جهت‌مندی در زمان اند؛ ولی احتمال حضورشان محدود به زمان حال نبوده؛ بلکه در زمان آینده و گذشته نیز می توانند حضور داشته باشند. به‌صورت کلی تا نتوان زمان یا مکان مطلق را نفی نمود، غیرجایگزیدگی مکانی معادل غیر جایگزیدگی زمانی است؛ یعنی می توان شواهد متداول غیر جایگزیدگی مکانی (مثل نقض نامساوی بل) را بر اساس غیرجایگزیدگی زمانی و شواهد متداول غیرجایگزیدگی زمانی (مثل آزمایش انتخاب تأخیری) را بر اساس غیرجایگزیدگی مکانی تبیین نمود.