Физиците съобщиха за обективната реалност на вълновата функция и за състоянието на котката на Шрьодингер.
Учени от Австралия и Франция проведоха експеримент, който по думите им посочва реалността на вълновата функция (пси-функция, ψ). Резултатите от изследванията на учените са публикувани в изданието Nature Physics.
Вълновата функция описва състоянието на микрочастиците и фигурира в уравнението на Шрьодингер в квантовата механика. Именно с нея са свързани повечето проявления на квантовата теория, отличаващи я от класическата физика.
Квадратът на модула на пси-функцията определя вероятността частицата да приема едно или друго състояние. Тя може да се представи във вид на сума на стойности (суперпозиция на състоянието), а самият процес на измерване се свежда до извличане на едно от възможните събираеми.
Философията
Учените принципно се придържат към едно от две мнения за вълновата функция. Според първата гледна точка пси-функцията е реална (явява се част от обективната реалност) и способността на котката на Шрьодингер да бъде едновременно и мъртва, и жива, се явява обективна характеристика на природата.
Това е съдържанието на така наречената онтологична интерпретация на квантовата теория. Обективността тук означава, че такова свойство на вълновата функция по никакъв начин не е свързано с човека и неговите представи за природата. На вълновата функция ѝ е все едно какво „мисли“ за нея човекът.
Втората гледна точка се свежда до това, че вълновата функция е математически обект, въведен поради недостатъчното знание на учените за закономерностите на квантовия свят. По-конкретно към тази гледна точка се е придържал Алберт Айнщайн. „Наистина ли смятате, че Луната съществува само когато гледате към нея?“, казвал той.
(a) Квантовите състояния отговарят на вектори в абстрактното многомерно Хилбертово пространство. (b) Онтологичната интерпретация предвижда наличието на непресичащи се разпределения на плътностите на вероятностите. (c) Епистемологичната интерпретация е свързана с пресичането на тези разпределения.
© Nature Physics
Тази и някои други гледни точки съставят съдържанието на така наречената епистемологична интерпретация на квантовата механика. Такава концепция означава, че вълновата функция е само инструмент за познание, но не и нещо, което има отношение към обективната реалност.
Експериментът
В експеримента си учените измерили квантовото състояние на двойки фотони, всеки от които можел да се намира в едно от две неортогонални едно към друго състояния (например, когато едната частица има хоризонтална поляризация, а другата – не вертикална, а например диагонална).
В случая – ако вълновата функция се явява част от обективната реалност, единичен експеримент не би трябвало да определи състояние на поляризация. Това може да се направи само с допълнителни измерения. Учените не успели да получат достатъчно информация за поляризацията на фотоните след единично измерване.
Както отбелязват физиците, това може да означава грешка на повечето епистемологични интерпретации на квантовата механика.
Учените работили не в обикновено двумерно Хилбертово пространство, а в неговите тримерни и четиримерни обобщения. Както теоретично е показано в предишни работи на физиците, експериментите именно с неортогонални състояния в пространствата с размерности, повече от две, може да доведат до нарушаване на специалното неравенство, справедливо именно за епистемологичните интерпретации на квантовата теория.
В хода на експеримента физиците определили стойността на величината S, свързана с вероятността за намиране на частицата в квантови състояния. Ако нейната стойност се окаже по-голяма или равна на единица, то за вярна може да се смята епистемологичната интерпретация. В опитите учените получили, че S винаги е по-малко от единица, следователно е вярна онтологичната интерпретация.
В инсталацията на учените се използва спонтанно параметрично разсейване на светлината: създава се двойка свързани фотони, която в специален кристал, енергизиран с лазерен лъч с дължина на вълната 410 нанометра, се разделя на единични частици, сумата на импулсите и енергията на които е равна на тези на изходните фотони.
След това частиците се пропускат през призма на Глан–Тейлър, с помощта на която се подготвя поляризацията на квантите. Изпълнението на измерването се провежда по обратния път с помощта на детектор на единични фотони.
Стойността на S за четиримерното Хилбертово пространствто, където n е числото на възможните квантови състояния. Тук е представено сравнение с резултатите за тримерно пространство (показано с червен цвят).
© Nature Physics
Експериментът показал, че статистически епистемологичната интерпретация не се изпълнява. И все пак учените смятат, че квантовата теория за множествени светове, предложена от Хю Еверет, все още има смисъл. Тази теория повече подхожда на епистемологичната интерпретация, отколкото на онтологичната. Също не противоречи на учените ретропричинната интерпретация, според която бъдещето може да влияе на миналото.
„Ако предположим, че понятието обективна реалност съществува, нашите резултати сочат, че вълновата функция трябва директно да съответства на тази реалност“, заключават авторите на изследването.
