წარმოსახვითი რიცხვები არის ის, რასაც იღებთ უარყოფითი რიცხვის კვადრატული ფესვის აღებისას და ისინი დიდი ხანია გამოიყენება კვანტური მექანიკის ყველაზე მნიშვნელოვან განტოლებებში, ფიზიკის ფილიალში, რომელიც აღწერს ძალიან მცირე რაოდენობით სამყაროს. თუ წარმოსახვით და ნამდვილ რიცხვებს შეკრებთ, მიიღებთ კომპლექსურ რიცხვებს, რომლებიც ფიზიკოსებს საშუალებას აძლევს დაწერონ კვანტური განტოლებები უბრალო ენაზე. მაგრამ საკითხი იმის შესახებ, სჭირდება თუ არა კვანტურ თეორიას ეს მათემატიკური ქიმერები, თუ ისინი უბრალოდ გამოიყენება როგორც მოსახერხებელი აბრევიატურები, დიდი ხანია საკამათო რჩება.
სინამდვილეში, თვით კვანტური მექანიკის დამფუძნებლებმაც კი მიიჩნიეს, რომ კომპლექსური რიცხვების გამოყენების შედეგები მათ განტოლებებში შემაშფოთებელი იყო. თავის მეგობრის ჰენდრიკ ლორენცისადმი მიწერილ წერილში ფიზიკოსი ერვინ შრედინგერი - პირველი ადამიანი, ვინც კვანტურ თეორიაში კომპლექსური რიცხვები შემოიტანა თავისი კვანტური ტალღის ფუნქციით (ψ) - წერდა: „რა არის აქ უსიამოვნო და რა პირდაპირ უნდა გააპროტესტა. არის რთული რიცხვების რიცხვების გამოყენება Ψ, რა თქმა უნდა, რეალური ფუნქციაა.
შროდინგერმა იპოვა გზა გამოეხატა თავისი განტოლება მხოლოდ რეალური რიცხვების გამოყენებით განტოლების გამოყენების წესების დამატებით კომპლექტთან ერთად, მოგვიანებით კი ფიზიკოსებმა იგივე გააკეთეს კვანტური თეორიის სხვა ნაწილებთან ერთად. მაგრამ ამ "სრულიად რეალური" განტოლებების წინასწარმეტყველების მხარდასაჭერად დამაჯერებელი ექსპერიმენტული მტკიცებულების არარსებობის პირობებში, კითხვა რჩება ღია: არის თუ არა წარმოსახვითი რიცხვები სურვილისამებრ გამარტივება, თუ მათ გარეშე მუშაობის მცდელობა ართმევს კვანტურ თეორიას რეალობის აღწერის უნარს?
ორმა ახალმა კვლევამ, რომელიც 15 დეკემბერს გამოქვეყნდა ჟურნალებში Nature და Physical Review Letters-ში, დაადასტურა, რომ შროდინგერი არასწორი იყო. შედარებით მარტივი ექსპერიმენტის საშუალებით ისინი აჩვენებენ, რომ თუ კვანტური მექანიკა სწორია, წარმოსახვითი რიცხვები ჩვენი სამყაროს მათემატიკის აუცილებელი ნაწილია.
იმის შესამოწმებლად, არის თუ არა კომპლექსური რიცხვები სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი, პირველი კვლევის ავტორებმა შეიმუშავეს კლასიკური კვანტური ექსპერიმენტის ახალი ვერსია, რომელიც ცნობილია როგორც ბელის ტესტი. ეს ტესტი პირველად შემოგვთავაზა ფიზიკოსმა ჯონ ბელმა 1964 წელს, როგორც იმის დასამტკიცებლად, რომ კვანტური ჩახლართულობა - უცნაური კავშირი ორ შორეულ ნაწილაკს შორის, რომელსაც ალბერტ აინშტაინი აპროტესტებდა, როგორც "საშინელ მოქმედებას მანძილზე" - კვანტურ თეორიას სჭირდებოდა.
ასევე საინტერესოა:
- შეიქმნა კვანტური მიკროსკოპი, რომელსაც შეუძლია შეუძლებელი დაინახოს
- კვანტური ტექნოლოგია აჩქარებს ბნელი მატერიის ძიებას
კლასიკური Bell ტესტის განახლებულ ვერსიაში ფიზიკოსებმა შეიმუშავეს ექსპერიმენტი, რომელშიც ორი დამოუკიდებელი წყარო (რომელსაც მათ უწოდეს S და R) მოთავსებული იყო სამ დეტექტორს შორის (A, B და C) ელემენტარულ კვანტურ ქსელში. წყარო S შემდეგ ასხივებს სინათლის ორ ნაწილაკს, ანუ ფოტონს, ერთი იგზავნება A-ში და მეორე B-ში ჩახლართულ მდგომარეობაში. წყარო R ასევე ასხივებს ორ ჩახლართულ ფოტონს და აგზავნის მათ B და C კვანძებში. თუ სამყარო აღწერილია სტანდარტული კვანტური მექანიკით, რომელიც დაფუძნებულია კომპლექსურ რიცხვებზე, მაშინ A და C დეტექტორებთან მისული ფოტონები არ უნდა იყოს ჩახლართული, არამედ კვანტურ თეორიაში დაფუძნებული. რეალურ რიცხვებზე, ისინი დამაბნეველი უნდა იყოს.
ამის შესამოწმებლად, მეორე კვლევის მკვლევარებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი, რომელშიც მათ აანთეს ლაზერის სხივები კრისტალზე. ენერგია, რომელიც ლაზერმა გადასცა კრისტალის ზოგიერთ ატომს, მოგვიანებით გათავისუფლდა ჩახლართული ფოტონების სახით. სამი დეტექტორში შემავალი ფოტონების მდგომარეობების დათვალიერებით, მკვლევარებმა დაინახეს, რომ A და C დეტექტორებში შემავალი ფოტონების მდგომარეობები ჩახლართული იყო, რაც ნიშნავს, რომ მათი მონაცემების აღწერა მხოლოდ კვანტური თეორიით შეიძლებოდა რთული რიცხვების გამოყენებით.
შედეგი ინტუიციური აზრია: ფოტონები ფიზიკურად უნდა იმოქმედონ იმისათვის, რომ ჩახლართულები გახდნენ, ამიტომ A და C დეტექტორებთან მისული ფოტონები არ უნდა იყოს ჩახლართული, თუ ისინი წარმოიქმნება სხვადასხვა ფიზიკური წყაროს მიერ. თუმცა, მკვლევარებმა ხაზგასმით აღნიშნეს, რომ მათი ექსპერიმენტი გამორიცხავს თეორიებს, რომლებიც არ იყენებენ წარმოსახვით რიცხვებს, მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ კვანტური მექანიკის გაბატონებული წესები სწორია. მეცნიერთა უმეტესობას სჯერა, რომ ასეა, მაგრამ ეს მნიშვნელოვანი გაფრთხილებაა. „შედეგი ვარაუდობს, რომ მათემატიკის გამოყენებით სამყაროს აღწერის შესაძლო გზები რეალურად გაცილებით შეზღუდულია, ვიდრე შეიძლება გვეგონა“, - აცხადებენ ექსპერტები.
მკვლევარებმა განაცხადეს, რომ მათი ექსპერიმენტული დაყენება, რომელიც არის ელემენტარული კვანტური ქსელი, შეიძლება სასარგებლო იყოს იმ პრინციპების დასადგენად, რომლებზეც შეიძლება იმუშაოს მომავალი კვანტური ინტერნეტი.
ასევე წაიკითხეთ: