Нейтроны бросают вызов классической физике в удивительном эксперименте

Действительно ли природа так странна, как говорит квантовая теория — или есть более простые объяснения? Нейтронные измерения доказывают: она не работает без странных свойств квантовой теории.

Нейтроны бросают вызов классической физике в удивительном эксперименте

Может ли частица быть одновременно в двух разных местах? В квантовой физике — да: частицы могут существовать в состоянии суперпозиции, сочетая разные возможные состояния. Но что, если частица на самом деле всегда находится в одном определённом состоянии, а мы просто этого не знаем?

Этот вопрос обсуждается уже много лет, и в 1985 году появился способ это проверить — «неравенство Леггетта-Гарга». Согласно этому неравенству, если наш мир можно описать без странных квантовых суперпозиций, тогда оно должно соблюдаться. Однако квантовая теория его нарушает. Первые эксперименты с нейтронами, проверяющие это неравенство, были проведены в Техническом университете Вены, и результаты подтвердили нарушение неравенства, что исключает классические объяснения и подтверждает квантовую теорию. Эти данные опубликованы в Physical Review Letters.

В обычной жизни мы привыкли, что каждый объект имеет конкретные свойства: мяч, например, имеет определённое местоположение, скорость и, возможно, вращение, независимо от того, наблюдаем мы за ним или нет. Это представление называется "реализм". Считается, что для макроскопических объектов, которые можно наблюдать без значительных изменений их состояния, это всегда верно. Эти предположения известны как "макроскопический реализм".

Однако квантовая теория утверждает, что объекты могут существовать в суперпозиции состояний, пока не будут измерены. Измерение разрушает это состояние, заставляя объект выбрать одно из возможных состояний. Тем не менее, так как макроскопические объекты состоят из квантовых частиц, они также должны подчиняться квантовым законам.

Но может ли большой объект демонстрировать квантовые свойства, нарушая интуитивные представления о макроскопическом реализме? Этот вопрос в 1985 году попытались решить Энтони Джеймс Леггетт и Анупам Гарг, предложив "неравенство Леггетта-Гарга". Оно напоминает более известное «неравенство Белла», касающееся запутанных частиц. Но неравенство Леггетта-Гарга фокусируется на одном объекте и измеряет корреляцию его состояний в разные моменты времени.

Леггетт и Гарг предложили измерять объект в три разные временные точки и проверять, насколько коррелируют результаты. При соблюдении макроскопического реализма эта корреляция не может превысить определённый уровень. Однако квантовая теория предсказывает более сильные корреляции, если объект может находиться в разных состояниях между измерениями.

Провести такой эксперимент непросто, поскольку объект должен быть достаточно большим, чтобы быть видимым макроскопически, и при этом обладать шансом проявить квантовые свойства. Нейтронные пучки, используемые в нейтронном интерферометре в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, оказались подходящими. В этом интерферометре нейтроны могут следовать двумя путями одновременно, разделяясь на несколько сантиметров, что делает их «огромными» по квантовым меркам.

Команда TU Wien использовала сложные методы измерения и подтвердила нарушение неравенства Леггетта-Гарга. Это значит, что нейтроны действительно могут находиться в нескольких местах одновременно, как предсказывает квантовая теория. Идея, что нейтрон выбирает только один путь, но мы просто не знаем, какой, оказалась неверной.

Читайте также

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу