«Луна существует, только когда вы на нее смотрите?»

Физики сообщили об объективной реальности волновой функции и состоянии кота Шредингера

Изображение: wikimedia.org

Ученые из Австралии и Франции провели эксперимент, который, по их словам, указывает на реальность волновой функции (пси-функции). Результаты своих исследований физики опубликовали в журнале Nature Physics. «Лента.ру» кратко знакомит своих читателей с работой авторов.

Волновая функция описывает состояние микрочастицы и фигурирует в уравнении Шредингера в квантовой механике. Именно с ней связано большинство проявлений квантовой теории, отличающих ее от классической физики. Квадрат модуля пси-функции определяет вероятность частицы принимать то или иное состояние. Ее можно представить в виде суммы слагаемых (суперпозиции состояний), а сам процесс измерения сводится к извлечению одного из возможных слагаемых.

Философия

Ученые, как правило, придерживаются одного из двух мнений о волновой функции. Согласно первой точке зрения, пси-функция реальна (является частью объективной реальности) и способность кота Шредингера быть одновременно и мертвым, и живым, является объективной характеристикой природы.

Это составляет содержание так называемой онтологической интерпретации квантовой теории. Объективность здесь означает, что такое свойство волновой функции никак не связано с человеком и его представлениями о природе. Волновой функции все равно, что «думает» о ней человек.

Вторая точка зрения сводится к тому, что волновая функция — это математический объект, вводимый из-за недостаточного знания учеными закономерностей квантового мира. В частности, такой точки зрения придерживался Альберт Эйнштейн. «Вы действительно считаете, что Луна существует, только когда вы на нее смотрите?» — говорил ученый.

Эта и некоторые другие точки зрения составляют содержание так называемых эпистемологических интерпретаций квантовой механики. Такая концепция означает, что волновая функция — это только инструмент познания, но никак не то, что имеет отношение к объективной реальности.

Эксперимент

В своем эксперименте ученые измеряли квантовые состояния пары фотонов, каждый из которых мог находиться в одном из двух неортогональных одно к другому состояниях (например, когда одна частица имеет горизонтальную поляризацию, а другая не вертикальную, а, например, диагональную).

В случае, если волновая функция является частью объективной реальности, единичный эксперимент не должен определить состояние поляризации. Это можно будет сделать, только проведя дополнительные измерения. Ученые не смогли получить достаточно информации о поляризации фотонов после единичного измерения. Как отмечают физики, это может означать ошибочность большинства эпистемологических интерпретаций квантовой механики.

Ученые работали не в обычном гильбертовом пространстве, размерность которого равна двум, а в его трехмерных (для кутритов) и четырехмерных (куквадритов) обобщениях. Как теоретически показано в предыдущих работах физиков, эксперименты именно с неортогональными состояниями в пространствах с размерностями, большими двух, могут привести к нарушению специального неравенства, справедливого именно для эпистемологической интерпретации квантовой теории.

В ходе эксперимента физики определяли значение величины S, связанной с вероятностями нахождения частиц в квантовых состояниях. Если бы ее значение оказалось большим или равным единице, то верной можно было бы считать эпистемологическую интерпретацию. В своих опытах физики получали, что S всегда меньше единицы, следовательно, верна онтологическая интерпретация.

В установке ученых используется спонтанное параметрическое рассеяние света: создается пара сцепленных фотонов, которая в специальном кристалле, накачиваемом лазером с длиной волны в 410 нанометров, разделяется на единичные частицы, сумма импульсов и энергий которых равна таковым у исходных фотонов.

Затем частицы пропускаются через призму Глана-Тейлора, с помощью которой подготавливаются поляризации квантов. Выполнение измерения производится на обратном пути при помощи детектора единичных фотонов.

Эксперимент показал, что статистически эпистемологическая интерпретация не выполняется. Тем не менее, ученые считают, что многомировая трактовка квантовой теории, предложенная Хью Эвереттом, все еще имеет смысл. Эта теория больше похожа на эпистемологическую интерпретацию, чем на онтологическую. Также не противоречит экспериментам ученых ретропричинная интерпретация, согласно которой будущее может влиять на прошлое.

«Если предположить, что понятие объективной реальности существует, наши результаты указывают на то, что волновая функция должна напрямую соответствовать этой реальности», — заключают авторы исследования.

Обсудить
Наука и техника
 — 
13:52 21 февраля 2017
Александр Шестаков

«В развитии главное — масштаб цели»

Интервью с ректором ЮУрГУ Александром Шестаковым о науке, образовании и развитии
Без ствола
Российские власти сокращают число владельцев гражданского оружия
Тир во время чумы
Как тренировка в стрелковом клубе обернулась смертью инструктора и ученика
Недостаток ресурсов при избытке амбиций
Что не так с индийской системой закупок оружия
Научили родину бомбить
Как отец воспитал из сына-подростка боевика «Джабхат ан-Нусры»
Орхан Памук«Моя страна становится все более авторитарной»
Орхан Памук о современной Турции и противостоянии Востока и Запада
Pierre et Gilles, Sainte Marie MacKillop (Kylie Minogue), 1995, Collection privée (c) Pierre et GillesГолубо-розовое
Транссексуалы, проститутки и панки в латексе на снимках гей-пары Пьера и Жиля
Смерть вождя
Роли, по которым мы запомним Алексея Петренко
Дэвид Алмонд«Вырасти — это понять, что родители были неправы»
Дэвид Алмонд о том, как опасно быть взрослым
Гудбай, Берлин
Десять лучших фильмов главного фестиваля зимы
Бог простит
В церкви нашли квартиру с красной мебелью и портретами в стиле поп-арт
Дворянское гнездо
Один из самых шикарных в мире домов нашли в диком лесу
«Пусть меня захоронят в отравленную, но родную землю»
Почему люди отказываются покидать чернобыльскую зону: реальные истории
Поставили баком
Англичане сделали идеальный дом из резервуара для воды