Физики сумели "упростить" знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга, одновременно измерив средний импульс и координату для большого количества фотонов. Новая работа опубликована в журнале Science, а коротко о ней пишет портал ScienceNOW.
Принцип неопределенности Гейзенберга устанавливает теоретически возможный предел точности для квантовых измерений. В одной из формулировок он гласит, что невозможно одновременно абсолютно точно измерить импульс частицы и ее координату (произведение неопределенности измерений этих величин всегда будет больше определенной константы, известной как приведенная постоянная Планка). Принцип неопределенности, в частности, "ответственен" за невозможность объяснить парадокс знаменитого эксперимента с одновременным прохождением электрона или фотона через две щели.
Классический вариант этого опыта выглядит так: поток элементарных частиц пропускают через тонкую пластину, на которой расположены две очень узкие вертикальные щели. При этом на экране, установленном за пластиной, возникает интерференционная картина из чередующихся темных и светлых полос. Интерференция имеет волновое объяснение: элементарные частицы обладают также волновой природой, и когда складываются волны, находящиеся в фазе, возникают светлые полосы, а когда в противофазе - темные.
Интерференция в описанном эксперименте наблюдается и в том случае, когда интенсивность потока элементарных частиц настолько мала, что они проходят сквозь пластину по одной. Согласно так называемой Копенгагенской интерпретации квантовой механики, это явление объясняется тем, что электрон (или фотон) одновременно проходит сквозь обе щели и интерферирует сам с собой. Определить, сквозь какую из щелей все же прошла элементарная частица, нельзя из-за принципа неопределенности Гейзенберга. Любые измерения приведут к тому, что квантовая система "схлопнется" и интерференционная картина исчезнет.
Авторы новой работы дополнили экспериментальную установку кристаллом кальцита, установленным между пластиной и экраном. Ученые пропускали сквозь щели смесь фотонов определенной поляризации, которые неодинаково проходили сквозь кальцит. По тому, как именно изменялась траектория фотонов, ученые могли вычислить их импульс. Повторяя эксперимент много раз и анализируя возникающую интерференционную картину, исследователи могли выяснить, какова была координата и средний импульс элементарных частиц. Одновременно определить эти параметры для индивидуальных фотонов было, по-прежнему, невозможно.
Авторы отмечают, что их работа не нарушает фундаментального положения квантовой механики, однако указывает на возможность пересмотра теории о трактовке влияния квантовых измерений.