Квантовая механика уже более ста лет остаётся фундаментом современной физики. Именно она описывает поведение атомов, элементарных частиц и лежит в основе таких технологий, как полупроводники, лазеры и квантовые компьютеры. Однако одна из её особенностей всегда вызывала споры среди учёных — необходимость использования комплексных чисел, содержащих так называемую мнимую составляющую.
Такие числа появились в квантовой теории не случайно. Они позволяют математически описывать волновую природу частиц, интерференцию и другие эффекты, которые невозможно объяснить классической физикой. Именно благодаря комплексным числам физики получили инструменты для расчёта вероятностей и поведения квантовых систем.
Тем не менее вопрос о том, являются ли мнимые числа фундаментальной частью природы или всего лишь удобным математическим инструментом, остаётся открытым. В 2021 году группа исследователей даже представила работу, которая, как казалось, экспериментально подтверждала необходимость комплексных чисел для описания квантового мира.
Теперь учёные из Университета имени Генриха Хайне в Дюссельдорфе и Немецкого аэрокосмического центра решили заново проверить эти выводы. Проанализировав предпосылки исследования 2021 года, они пришли к выводу, что один из использованных постулатов был слишком ограничивающим.
Авторы новой работы предложили альтернативный подход, который позволяет построить квантовую теорию исключительно на действительных числах. По их словам, такая модель остаётся полностью эквивалентной традиционной квантовой механике и делает те же предсказания для любых возможных экспериментов.
Обе модели дают идентичные результаты для любого мыслимого эксперимента.
— объяснила руководитель исследования, профессор квантовой теории информации Дагмар Брусс.
Это не означает, что учебники по квантовой механике придётся срочно переписывать. Стандартная теория по-прежнему остаётся наиболее удобным и широко используемым способом описания микромира. Однако новая работа показывает, что мнимые числа могут быть не обязательным элементом квантовой реальности, а лишь одним из возможных математических языков её описания.
Если выводы подтвердятся дальнейшими исследованиями, это может изменить представления физиков о фундаментальной структуре квантовой теории и открыть новые подходы к её интерпретации.
