Имагинарните броеви се она што го добивате кога ќе го земете квадратниот корен на негативен број и тие долго време се користат во најважните равенки на квантната механика, гранката на физиката која го опишува светот на многу мали количини. Ако соберете имагинарни и реални броеви, ќе добиете сложени броеви кои им овозможуваат на физичарите да пишуваат квантни равенки на обичен јазик. Но, прашањето дали на квантната теорија и се потребни овие математички химери или дали тие едноставно се користат како пригодни кратенки долго остана контроверзно.
Всушност, дури и самите основачи на квантната механика сметаа дека последиците од користењето сложени броеви во нивните равенки се вознемирувачки. Во писмото до неговиот пријател Хендрик Лоренц, физичарот Ервин Шредингер – првиот човек кој воведе сложени броеви во квантната теорија со неговата функција на квантниот бран (ψ) – напишал: „Што е тука непријатно и на што навистина треба директно да се приговара. е употребата на сложени броеви броеви Ψ е секако вистинска функција“.
Шредингер навистина најде начин да ја изрази својата равенка користејќи само реални броеви заедно со дополнителен сет на правила за користење на равенката, а подоцна физичари го направија истото со другите делови од квантната теорија. Но, во отсуство на убедливи експериментални докази за поддршка на предвидувањата на овие „целосно реални“ равенки, прашањето останува отворено: дали имагинарните броеви се опционално поедноставување или обидот да се работи без нив ја лишува квантната теорија од нејзината способност да ја опише реалноста?
Две нови студии, објавени на 15 декември во списанијата Nature и Physical Review Letters, докажаа дека Шредингер не е во право. Преку релативно едноставен експеримент, тие покажуваат дека ако квантната механика е точна, имагинарните броеви се неопходен дел од математиката на нашиот универзум.
За да тестираат дали сложените броеви се навистина витални, авторите на првата студија смислиле нова верзија на класичен квантен експеримент познат како тест Бел. Овој тест првпат беше предложен од физичарот Џон Бел во 1964 година како начин да се докаже дека квантната заплетка - чудната врска помеѓу две далечни честички на која Алберт Ајнштајн се спротивстави како „плашливо дејство на далечина“ - е потребна на квантната теорија.
Исто така интересно:
- Создаден е квантен микроскоп способен да го види невозможното
- Квантната технологија ја забрзува потрагата по темната материја
Во нивната ажурирана верзија на класичниот тест Бел, физичарите смислија експеримент во кој два независни извори (кои ги нарекоа S и R) беа поставени помеѓу три детектори (A, B и C) во елементарна квантна мрежа. Изворот S потоа испушта две честички светлина, или фотони, едната испратена до А, а другата до B во заплеткана состојба. Изворот R, исто така, емитува два заплеткани фотони, испраќајќи ги до јазлите B и C. Ако универзумот бил опишан со стандардна квантна механика заснована на сложени броеви, тогаш фотоните што пристигнуваат до детекторите A и C не треба да се заплеткаат, туку во квантната теорија, врз основа на на реални бројки, тие мора да бидат збунувачки.
За да го тестираат ова, истражувачите од втората студија спроведоа експеримент во кој блескаа со ласерски зраци на кристал. Енергијата што ласерот ја дал на некои од атомите на кристалот подоцна била ослободена како заплеткани фотони. Гледајќи ги состојбите на фотоните кои влегуваат во трите детектори, истражувачите видоа дека состојбите на фотоните кои влегуваат во детекторите А и Ц се заплеткани, што значи дека нивните податоци може да се опишат само со квантна теорија користејќи сложени броеви.
Резултатот има интуитивна смисла: фотоните мора физички да комуницираат за да се заплеткаат, така што фотоните што пристигнуваат до детекторите A и C не смеат да се заплеткаат ако се произведени од различни физички извори. Истражувачите сепак нагласија дека нивниот експеримент ги исклучува теориите кои не користат имагинарни броеви, само ако преовладуваат правилата на квантната механика се точни. Повеќето научници веруваат дека е така, но ова е важно предупредување. „Резултатот сугерира дека можните начини да се опише универзумот со помош на математика се всушност многу поограничени отколку што би можеле да мислевме“, велат експертите.
Истражувачите рекоа дека нивното експериментално поставување, кое е рудиментирана квантна мрежа, може да биде корисно за идентификување на принципите на кои би можел да работи идниот квантен интернет.
Прочитајте исто така: