Эксперимент ученых показал невозможное событие в классической физике: квантовая теория права

Для описания природы Вселенной в самых крошечных масштабах ученые используют квантовую теорию. Классическая физика на уровне мельчайших частиц неспособна объяснить разные явления. Именно квантовая теория описывает всевозможные явления, от квантовой запутанности до суперпозиции. Тем не менее, несмотря на многие эксперименты, показывающие, насколько полезна квантовая теория для объяснения нашей реальности, трудно поколебать "классический" взгляд на строительные блоки Вселенной, как на надежную основу для ткани пространства-времени. На протяжении десятилетий многие физики задавались вопросом, можно ли каким-то образом физику, которую используют для описания макроскопических явлений, использовать и для объяснения всей квантовой физики. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что нет, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Как показал новый эксперимент, нейтроны, выпущенные в пучке в нейтронном интерферометре, могут существовать в двух местах одновременно, что невозможно в классической физике.

Квантовый кот

Эксперимент был основан на математическом неравенстве Леггетта — Гарга, которое утверждает, что система всегда находится в одном или другом из доступных ей состояний. То есть кот Шредингера либо жив, либо мертв, и можно определить, в каком из этих состояний он находится, без влияния измерений на результат.

Макросистемы, которые хорошо можно понять с помощью только классической физики, подчиняются неравенству Леггетта-Гарга. Но системы в квантовой физике нарушают это правило. Кот Шредингера одновременно жив и мертв и это аналог квантовой суперпозиции.

По словам физиков, неравенство Леггетта-Гарга касается только одного отдельного объекта и задает вопрос: как его состояние в определенные моменты времени связано с состоянием того же объекта в другие конкретные моменты времени? В нейтронном интерферометре можно стрелять пучком нейтронов по мишени. Когда пучок проходит через устройство, он разделяется на две части, причем каждый отдельный пучок движется разными путями, пока позже они не воссоединятся.

Неравенство Леггетта-Гарга утверждает, что измерение простой двоичной системы может дать два результата. Если провести измерения еще раз в будущем, то эти результаты будут соотноситься друг с другом, но только до определенного момента. Для квантовых систем неравенство Леггетта-Гарга нельзя применить, ведь допускается корреляция выше этого порога.

По словам физиков, если нужно проверить макроскопическую реальность, то нужен объект, который является макроскопическим в определенном смысле, то есть имеет размер, сравнимый с размером обычных повседневных предметов. Чтобы достичь этого, пространство между двумя частями нейтронного пучка в интерферометре находится больше в макромасштабе, чем квантовом.

Невозможное возможно

Квантовая теория утверждает, что каждый нейтрон движется обеими путями одновременно. Но два разделенных пучка находятся на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. В каком-то смысле это квантовый объект, который огромен по квантовым стандартам, говорят ученые.

Используя несколько разных методов измерения, физики изучили нейтронные пучки в разное время. И измерения были слишком тесно соотносились друг с другом, чтобы могли действовать классические правила макрореальности. Нейтроны, как показали измерения, на самом деле двигались одновременно по двум разным путям, разделенным расстоянием в несколько сантиметров.

Этот эксперимент показывает, что действительно нужна квантовая теория, чтобы описать Вселенную, в которой мы живем. По словам физиков, эксперимент показал, что Вселенная действительно настолько странная, как и показывает квантовая теория. Ученые утверждают, что никакая теория классической физики никогда не сможет объяснить реальность. Она не работает без квантовой физики.

Как уже писал Фокус, впервые ученые обнаружили в космосе странный висящий лед. Наличие необычной формы льда в молекулярном облаке Хамелеон I может улучшить понимание формирования звездных систем и планет.

Как показало еще одно исследование физиков, несмотря на допущения общей теории относительности, нельзя создать черную дыру, используя только энергию света. Этот отрытые показывает, как можно объединить теорию Эйнштейна и квантовую механику, чтобы решить сложные вопросы физики, как уже писал Фокус.