Ang mga haka-haka na numero ang makukuha mo kapag kinuha mo ang square root ng isang negatibong numero, at matagal nang ginagamit ang mga ito sa pinakamahahalagang equation ng quantum mechanics, ang sangay ng physics na naglalarawan sa mundo ng napakaliit na dami. Kung magdadagdag ka ng mga haka-haka at totoong numero, makakakuha ka ng mga kumplikadong numero na nagpapahintulot sa mga pisiko na magsulat ng mga equation ng quantum sa simpleng wika. Ngunit ang tanong kung kailangan ng quantum theory ang mga mathematical chimera na ito o kung ang mga ito ay ginagamit lamang bilang maginhawang mga pagdadaglat ay matagal nang nanatiling kontrobersyal.
Sa katunayan, kahit na ang mga tagapagtatag ng quantum mechanics mismo ay natagpuan ang mga kahihinatnan ng paggamit ng mga kumplikadong numero sa kanilang mga equation na nakakabahala. Sa isang liham sa kanyang kaibigan na si Hendrik Lorentz, ang physicist na si Erwin Schrödinger - ang unang tao na nagpakilala ng mga kumplikadong numero sa quantum theory sa kanyang quantum wave function (ψ) - ay sumulat: "Ano ang hindi kasiya-siya dito, at kung ano ang dapat talagang direktang tumutol, ay ang paggamit ng mga numero ng kumplikadong numero Ang Ψ ay tiyak na isang tunay na function.”
Nakahanap nga si Schrödinger ng paraan upang maipahayag ang kanyang equation gamit lamang ang mga tunay na numero kasama ng karagdagang hanay ng mga panuntunan para sa paggamit ng equation, at nang maglaon ay ginawa rin ng mga physicist ang iba pang bahagi ng quantum theory. Ngunit sa kawalan ng nakakumbinsi na ebidensyang pang-eksperimento upang suportahan ang mga hula ng mga "ganap na tunay" na mga equation na ito, ang tanong ay nananatiling bukas: ang mga haka-haka na numero ba ay isang opsyonal na pagpapasimple, o ang pagsisikap na gumana nang wala ang mga ito ay nag-aalis ng quantum theory ng kakayahang ilarawan ang katotohanan?
Dalawang bagong pag-aaral, na inilathala noong Disyembre 15 sa mga journal Nature and Physical Review Letters, ang nagpatunay na mali si Schrödinger. Sa pamamagitan ng medyo simpleng eksperimento, ipinakita nila na kung tama ang quantum mechanics, ang mga haka-haka na numero ay isang kinakailangang bahagi ng matematika ng ating uniberso.
Upang subukan kung ang mga kumplikadong numero ay talagang mahalaga, ang mga may-akda ng unang pag-aaral ay gumawa ng bagong bersyon ng isang klasikal na quantum experiment na kilala bilang ang Bell test. Ang pagsusulit na ito ay unang iminungkahi ng physicist na si John Bell noong 1964 bilang isang paraan upang patunayan na ang quantum entanglement - ang kakaibang koneksyon sa pagitan ng dalawang malalayong particle na tinutulan ni Albert Einstein bilang "nakakatakot na aksyon sa malayo" - ay kailangan ng quantum theory.
Kawili-wili din:
- Ang isang quantum microscope na may kakayahang makita ang imposible ay nilikha
- Ang teknolohiya ng quantum ay nagpapabilis sa paghahanap ng madilim na bagay
Sa kanilang na-update na bersyon ng klasikong pagsubok sa Bell, ang mga pisiko ay gumawa ng isang eksperimento kung saan ang dalawang independiyenteng mapagkukunan (na tinawag nilang S at R) ay inilagay sa pagitan ng tatlong mga detektor (A, B, at C) sa isang elementarya na quantum network. Ang pinagmumulan ng S ay naglalabas ng dalawang particle ng liwanag, o mga photon, ang isa ay ipinadala sa A at ang isa sa B sa isang gusot na estado. Ang Source R ay naglalabas din ng dalawang gusot na mga photon, na nagpapadala sa kanila sa mga node B at C. Kung ang uniberso ay inilarawan ng karaniwang quantum mechanics batay sa mga kumplikadong numero, ang mga photon na dumarating sa mga detector A at C ay hindi dapat magkasalikop, ngunit sa quantum theory, batay sa totoong mga numero, tiyak na nakakalito ang mga ito.
Upang subukan ito, ang mga mananaliksik ng ikalawang pag-aaral ay nagsagawa ng isang eksperimento kung saan sila ay nagningning ng mga laser beam sa isang kristal. Ang enerhiya na ibinibigay ng laser sa ilan sa mga atomo ng kristal ay inilabas sa kalaunan bilang mga gusot na photon. Sa pamamagitan ng pagtingin sa mga estado ng mga photon na pumapasok sa tatlong detektor, nakita ng mga mananaliksik na ang mga estado ng mga photon na pumapasok sa mga detektor A at C ay gusot, ibig sabihin ang kanilang data ay maaari lamang ilarawan sa pamamagitan ng quantum theory gamit ang mga kumplikadong numero.
Ang resulta ay may intuitive sense: ang mga photon ay dapat na pisikal na nakikipag-ugnayan upang maging gusot, kaya ang mga photon na dumarating sa mga detector A at C ay hindi dapat magkasalikop kung sila ay ginawa ng iba't ibang pisikal na pinagmumulan. Ang mga mananaliksik ay nagbigay-diin, gayunpaman, na ang kanilang eksperimento ay nag-aalis ng mga teorya na hindi gumagamit ng mga haka-haka na numero, kung ang umiiral na mga tuntunin ng quantum mechanics ay tama. Karamihan sa mga siyentipiko ay naniniwala na ito ay, ngunit ito ay isang mahalagang caveat. "Iminumungkahi ng resulta na ang mga posibleng paraan upang ilarawan ang uniberso gamit ang matematika ay talagang mas limitado kaysa sa naisip natin," sabi ng mga eksperto.
Sinabi ng mga mananaliksik na ang kanilang pang-eksperimentong pag-setup, na isang pasimulang quantum network, ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa pagtukoy sa mga prinsipyo kung saan maaaring gumana ang hinaharap na quantum internet.
Basahin din: