Квантовую механику поймали на противоречиях самой себе

ТАСС, 18 ноября. Эксперименты ученых из Австрии, Великобритании и Франции подтвердили, что текущие интерпретации квантовой физики действительно противоречат сами себе, как об этом недавно заявляли теоретики. Эти опыты указали на то, что итоги различных процессов в квантовом мире зависят от наблюдателя, пишут исследователи в научном журнале Science Advances.

"Нам удалось показать, что в микромире атомов и частиц, чьим поведением управляют законы квантовой механики, у двух наблюдателей могут одновременно быть разные наборы вполне проверяемых фактов. Иными словами, квантовая физика указывает на то, что феномены, которые она описывает, могут иметь субъективный характер", - отмечают ученые.

Физики и философы давно пытаются понять, почему в мире обыденных предметов нельзя наблюдать многие причудливые проявления квантовой механики, в том числе квантовую запутанность или квантовую телепортацию. Во многом этот вопрос носит философский характер и пока у него нет однозначного ответа.

В частности, многие исследователи считают, что границы между квантовым миром и макро-Вселенной не существует и что законы квантового мира хорошо описывают все процессы в мироздании. С другой стороны, еще в 1967 году известный венгерский физик Юджин Вигнер показал, что квантовая механика может быть принципиально ограничена по своей природе, открыв так называемый парадокс друга при помощи мысленного эксперимента.

Два года назад его идеи расширили швейцарские физики. В версии мысленного эксперимента участвует сразу несколько пар наблюдателей, одна из которых проводит некий квантовый опыт, а другие пытаются угадать его итоги. Для этого эти вымышленные ученые копируют не только эксперименты их "коллег", но и создают квантовые "копии" первых экспериментаторов в своей лаборатории и проводят непосредственные замеры над ними.

Как показали расчеты теоретиков, разные пары ученых будут всегда приходить к противоположным выводам, наблюдая за одним и тем же процессом или объектом макромира, если они будут использовать для этого современные принципы и интерпретации квантовой механики. Это заявление вызвало массу споров среди других теоретиков и экспериментаторов. Однако чтобы его подтвердить или опровергнуть, нужно было проверить это заявление на практике. Ученые считали это практически невозможным.

Субъективная квантовая реальность

Профессор квантовой физики из Университета Хериота-Уатта (Великобритания) Алессандро Федрицци и его коллеги провели первую экспериментальную проверку такого рода, используя прототип квантового компьютера, который сейчас создают шотландские ученые. В этих опытах специалисты воспользовались одной простой закономерностью. Поведение пар этих несуществующих экспериментаторов будет описываться хорошо изученным "состоянием Белла", если они будут замерять свойства запутанных частиц света, которые исходят из одного и того же источника.

Так ученые называют одну из простейших форм квантовой запутанности, в которой частицы всегда находятся или в совпадающих, или в противоположных состояниях. К примеру, если спин одной из них повернут "вверх", то вторая частица будет всегда направлена в ту же сторону.

В этом случае, как объясняет Федрицци и его команда, это резко упрощает эксперимент и позволяет провести его, используя лишь шесть пар запутанных фотонов и квантовый компьютер из всего трех кубитов, простейших вычислительных модулей и ячеек памяти.

Как показали последующие эксперименты, выводы теоретиков действительно были верными - их виртуальные наблюдатели получали разные результаты замеров. Дальнейшая интерпретация этих результатов, по словам авторов статьи, различается для сторонников разных толкований квантовой механики.

К примеру, в контексте так называемых локальных теорий квантовой физики это означает, что объективной реальности не существует. С точки зрения более общепринятых классических представлений об устройстве квантового мира, это говорит в пользу того, что квантовая механика действительно не работает для объектов макромира или что все события в мире предопределены. Как надеются ученые, последующие эксперименты покажут, какая из этих идей ближе к истине.