Эксперименты в Вене подтверждают странности квантовой теории

Недавние эксперименты с нейтронами в Техническом университете Вены (TU Wien) подтвердили, что странные свойства квантовой теории действительно существуют и не могут быть объяснены классическими теориями. Это значительное открытие было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Квантовая теория утверждает, что объекты могут находиться в разных состояниях одновременно, то есть в суперпозиции. Это означает, что частица может быть в двух разных местах в одно и то же время. Однако существует долгосрочная дискуссия о том, можно ли описать поведение квантовых объектов с помощью более простой, классической теории.

В 1985 году была предложена методика для проверки этой гипотезы — так называемое « неравенство Леггетта-Гарга ». Любая теория, описывающая мир без квантовых суперпозиционных состояний, должна удовлетворять этому неравенству. Если измерения показывают нарушение неравенства, это подтверждает правильность квантовой теории. Впервые измерения с использованием нейтронного пучка были проведены в TU Wien, и результаты оказались однозначными: неравенство Леггетта-Гарга нарушено, что делает невозможным классическое объяснение.

Реализм предполагает, что объекты обладают определенными свойствами независимо от наблюдения. Это касается больших, макроскопических объектов, которые можно измерять, не изменяя их состояние. Эти предположения называются «макроскопическим реализмом». Однако квантовая теория, как известно, нарушает этот принцип. Комбинации различных состояний возможны до тех пор, пока не проведено измерение, которое разрушает суперпозицию, вынуждая частицу выбрать одно из возможных значений.

Физики Энтони Леггетт и Анупам Гарг предложили формулу для проверки макроскопического реализма. Они предположили, что объект, измеряемый в три разных момента времени, может иметь два разных результата. При макроскопическом реализме корреляции между результатами измерений не могут превышать определенного уровня. Однако при соблюдении квантовой теории эти корреляции будут значительно сильнее.

Для проверки неравенства необходим объект, который является одновременно макроскопическим и обладает квантовыми свойствами. Нейтронные пучки в нейтронном интерферометре идеально подходят для этого. В эксперименте нейтронный пучок делится на два частичных пучка, которые затем снова объединяются. Квантовая теория утверждает, что каждый нейтрон движется по обоим путям одновременно, несмотря на то, что пути разделены на несколько сантиметров.

Команда TU Wien с помощью сложных измерений доказала, что неравенство Леггетта-Гарга нарушается. Нейтроны ведут себя таким образом, который не может быть объяснен никакой классической теорией. Они действительно находятся в двух местах одновременно, что опровергает идею о том, что нейтрон движется только по одному из двух путей.

Эти результаты подтверждают, что природа действительно так странна, как утверждает квантовая теория. Никакие классические макроскопические теории не могут объяснить реальность без учета квантовой физики.