«Чеширский кот» квантового мира: можно ли отделить свойства от частицы

В квантовой физике продолжают появляться всё более удивительные явления, ставящие под сомнение наши представления о частицах и их свойствах. Одно из таких явлений, получившее название «квантовый чеширский кот», открывает новые горизонты в понимании того, как свойства частиц могут существовать отдельно от них самих. Впервые это явление было описано в 2013 году в журнале New Journal of Physics . Тогда учёные представили результаты эксперимента, в котором частица, казалось, двигалась по одному пути, а её свойства — по другому. Это напомнило знаменитую сцену из книги Льюиса Кэрролла «Алиса в Стране чудес», где улыбка Чеширского кота оставалась в воздухе, даже когда сам кот исчезал.

Суть явления состоит в том, что свойства частицы, такие как её поляризация, могут «отделяться» от самой частицы. Это было подтверждено экспериментами, которые показали, что поляризация фотона движется по одному пути, а сам фотон — по другому. Однако, как и многие другие квантовые феномены, эта концепция вызвала немало споров среди физиков. Некоторые учёные ставят под сомнение саму интерпретацию данных, настаивая на том, что явление, по сути, представляет собой результат квантовой интерференции, а не реальное разделение частицы и её свойств.

Ключевую роль в изучении этого явления сыграл физик Якир Ааронов, который был одним из авторов первой работы о квантовом чеширском коте. Ааронов и его коллеги представили теоретическую модель, в которой квантовые свойства могут передаваться без участия физической частицы. В настоящее время учёные предлагают дальнейшее развитие этой теории. В новом эксперименте предполагается, что спин частицы может перемещаться независимо от самой частицы, что расширяет понимание квантовой природы.

Методика, предложенная Аароновым, включает интенсивное повторение экспериментов, где результаты группируются и анализируются до и после проведения измерений. Эта техника позволяет исследователям отслеживать эволюцию квантовой системы во времени и выявлять скрытые взаимосвязи между событиями. Примером служит их новый эксперимент, в котором частица движется через интерферометр — устройство, разделяющее её на два возможных пути. Теоретически учёные утверждают, что можно измерить свойства частицы на одном пути, тогда как сама частица выберет другой.

Однако не все исследователи соглашаются с такими выводами. Физик Хольгер Хофман из Хиросимского университета и его коллега Жонте Хэнс считают, что феномен квантового чеширского кота можно объяснить более традиционными методами. По их мнению, эксперимент не свидетельствует о реальном разделении частицы и её свойств, а демонстрирует, как измерения могут влиять на результаты. Они отмечают, что сам процесс измерения меняет свойства системы, создавая иллюзию того, что свойства частицы и она сама находятся в разных местах.

Кроме того, Хофман указывает на то, что результаты эксперимента могут измениться в зависимости от того, как и в какой последовательности проводятся измерения. Квантовая механика известна тем, что измерение различных параметров — например, скорости или положения частицы — может давать разные результаты в зависимости от порядка измерений. Это явление называется принципом неопределённости Гейзенберга, и оно играет ключевую роль в понимании квантовых систем.

Другие критики, такие как физик Игорь Салданья, подчеркивают, что эксперименты с квантовым чеширским котом могут быть объяснены традиционными эффектами квантовой интерференции. По его мнению, волновая функция частицы может распространяться в обе стороны интерферометра, что делает невозможным точно определить, по какому пути прошла частица. Салданья считает, что «разделение» частицы и её свойств на самом деле является результатом интерференции, а не реальной диссоциацией.

Несмотря на критику, Ааронов и его команда продолжают развивать свою теорию. В их новой работе они описывают экспериментальную установку, где частица находится в левой половине цилиндра, который разделён отражающей стенкой. Согласно их расчётам, хотя частица остаётся в левой половине цилиндра, её спин может быть измерен у правой стенки, что свидетельствует о возможности передачи квантовых свойств без самой частицы. Учёные предполагают, что это открытие может стать основой для новых технологических применений, таких как передача информации или энергии без перемещения физической материи.

Независимо от того, чья интерпретация окажется правильной, квантовый чеширский кот продолжает оставаться важной темой для обсуждения среди физиков. Это явление поднимает фундаментальные вопросы о природе реальности и о том, как мы воспринимаем время и пространство в квантовом мире. Ааронов и его коллеги надеются, что дальнейшие эксперименты помогут пролить свет на эти вопросы и, возможно, откроют новые пути для понимания квантовой механики.

В конечном счёте, споры о том, действительно ли свойства частиц могут существовать отдельно от самих частиц, являются не просто теоретическими — они могут привести к созданию новых технологий, которые изменят наше представление о физическом мире и его возможностях.