Физиците разкриха квантовия сюрреализъм

Повторение на експеримент с двувековна давност, демонстриращ вълновата природа на светлината, помогна на физиците да изяснят, че заплетените частици светлина се движат по сюрреалистичен начин, като внезапно и нелогично променят траекториите на движение при опит да бъдат „уловени“, се казва в статия, публикувана в сп. Science Advances.

Квантовата механика носи вероятностен характер, както сочат първите изчисления и опити в тази област от 20-те години на миналия век. С други думи, ние не можем абсолютно точно едновременно да измерим къде ще се намира и как ще се движи частицата по време на наблюдения, а само да изясним примерно стойностите на тези два параметъра.

Пример за това се явява така нареченият експеримент на Йънг, проведен от английския физик Томас Йънг през 1802 година.

Ако пропуснем лъч от единични фотони през сито с две успоредни цепки, отдалечени една от друга на разстояние, съответстващо на дължината на светлинната вълна, то тогава ще видим три ярки ивици, състоящи се от точки. Ако се опитаме да разберем през коя от цепките ще премине фотонът, поставяйки детектор при едната от тях, то тогава ивиците просто изчезват.

Подобно поведение на частиците накарало учените да се замислят – как всъщност се движи фотонът, къде се намира, преди да го измерим, и прилича ли траекторията му на движение на линия, конус или нещо друго. Въпросът, какво всъщност се случва, предизвиква най-ожесточените спорове сред физиците.

Както разказва Ефраим Щайнберг (Aephraim Steinberg) от университета на Торонто (Канада), повечето физици днес смятат, че ние принципно не можем да определим траекторията на частицата заради принципа на неопределеност на Хайзенберг. Според тях тя просто не съществува и траекторията на движение на фотона не може да се възстанови, като се знае крайното му положение.

Други са на мнение, че всяко измерване поражда безкрайно множество „паралелни вселени“, а трети считат, че движението на фотоните се управлява от скрити от нас процеси (или променливи, както ги наричат учените).

Главен пример за такава интерпретация в квантовата механика се нарича теория на Дьо Бройл–Бом, според която частиците се движат по ясно зададени траектории, подмножество от които се задава от така наречената функция-пилот, представляваща още една вълнова функция.

Изборът на траектория на фотона в тази теория се задава от състоянието на тази функция и първоначалното положение на частицата, което обяснява привидната случайност на квантовия свят, смятат привържениците на тази идея.

Въпросната теория според Щайнберг се критикува поради това, че тя изисква съществуването на нелокалност – възможност за въздействие и връзка на една частица с друга на което и да е разстояние и при всякакви мащаби, което директно противоречи на специалната теория на относителността на Айнщайн, в чиято справедливост никой не се съмнява.

Щайнберг и колегите му на практика демонстрирали, че тази нелокалност съществува, а също проследили траекториите на движение на фотоните. Те се оказали много подобни на резултатите от изчисленията на „функцията-пилот“.

Учените се научили да измерват положението на „заплетените“ фотони, пропускайки един от тях през специален комплект от лещи и две цепки, а другия – през детектор за единични фотони. Учените променяли периодично положението на първата частица, като приближавали и отдалечавали една от лещите от източника на светлина.

Тези наблюдения показали, че частиците светлина се движат не по „размазани“ траектории, а по ясни линии. Движението на фотоните по тези „пътеки“ било сюрреалистично, както пишат физиците – положението на първата частица зависело от това, кога и къде вторият фотон е попаднал в детектора, и обратното – положението на първия фотон влияело на поляризацията на втория. Този факт според авторите на статията говори, че частиците се държат по нелокален начин.

„И стандартната Копенхагенска интерпретация, и теорията на Дьо Бройл–Бом коректно описват резултатите от тези експерименти, и те са математически еквивалентни една на друга. Просто сега можем да кажем, че действително можем да видим траекторията на движение на частицата, а не просто да изчисляваме вълновата ѝ функция и да очакваме от нея колапс“, заключава Щайнберг.