Физики из Университета имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе и Немецкого аэрокосмического центра показали, что комплексные числа могут быть не обязательны для описания квантовой механики. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Комплексные числа используются в квантовой физике практически с момента ее появления. Они содержат действительную и мнимую части, причем последняя строится с использованием единицы i — квадратного корня из −1. Такая математика позволяет удобно описывать квантовые состояния и их изменение со временем. При этом результаты реальных измерений всегда выражаются обычными действительными числами. Поэтому физики давно обсуждают, являются ли комплексные числа фундаментальным свойством квантового мира или просто удобным математическим инструментом.
Ранее попытки построить полноценную квантовую механику только на действительных числах сталкивались с ограничениями. В частности, исследование 2021 года предполагало, что различия между двумя подходами можно обнаружить экспериментально с помощью запутанных частиц.
Авторы новой работы пришли к другому выводу. По их мнению, проблема предыдущих моделей заключалась в слишком строгих правилах объединения нескольких квантовых систем. Исследователи изменили этот математический принцип и получили формулировку на действительных числах, которая воспроизводит те же результаты, что и стандартная квантовая механика. Если выводы подтвердятся, это будет означать, что ни один эксперимент не сможет определить, какая из двух математических формулировок является «правильной»: обе описывают наблюдаемую физику одинаково.
Отказываться от комплексных чисел ученые при этом не предлагают. Они остаются значительно более удобным способом проведения квантовых расчетов. Главный вывод исследования заключается в другом: мнимые и комплексные числа, возможно, не являются физической необходимостью для квантовой механики.
