Xayoliy sonlar manfiy sonning kvadrat ildizini olganingizda olinadigan narsa bo'lib, ular uzoq vaqtdan beri fizikaning juda kichik miqdorlar dunyosini tasvirlaydigan bo'limi bo'lgan kvant mexanikasining eng muhim tenglamalarida qo'llanilgan. Agar siz xayoliy va haqiqiy sonlarni qo'shsangiz, fiziklarga oddiy tilda kvant tenglamalarini yozish imkonini beruvchi murakkab raqamlarni olasiz. Ammo kvant nazariyasiga ushbu matematik ximeralar kerakmi yoki ular oddiygina qulay qisqartmalar sifatida ishlatiladimi degan savol uzoq vaqtdan beri munozarali bo'lib kelgan.
Darhaqiqat, hatto kvant mexanikasi asoschilarining o'zlari ham o'z tenglamalarida murakkab raqamlardan foydalanish oqibatlarini tashvishli deb bilishgan. O'zining kvant to'lqin funksiyasi (ps) bilan kvant nazariyasiga murakkab sonlarni kiritgan birinchi shaxs bo'lgan fizik Ervin Shredinger o'zining do'sti Xendrik Lorentsga yozgan maktubida shunday yozgan: "Bu erda nima yoqimsiz va nimaga to'g'ridan-to'g'ri e'tiroz bildirish kerak? murakkab sonli sonlardan foydalanish hisoblanadi r, albatta, haqiqiy funktsiyadir."
Shredinger o'z tenglamasini faqat haqiqiy sonlar va tenglamadan foydalanish uchun qo'shimcha qoidalar to'plami yordamida ifodalash yo'lini topdi va keyinchalik fiziklar kvant nazariyasining boshqa qismlari bilan ham xuddi shunday qilishdi. Ammo bu “butunlay real” tenglamalar bashoratini tasdiqlovchi ishonchli eksperimental dalillar bo‘lmasa, savol ochiqligicha qolmoqda: xayoliy raqamlar ixtiyoriy soddalashtirishmi yoki ularsiz ishlashga urinish kvant nazariyasini voqelikni tasvirlash qobiliyatidan mahrum qiladimi?
15 dekabrda Nature va Physical Review Letters jurnallarida chop etilgan ikkita yangi tadqiqot Shredingerning noto'g'ri ekanligini isbotladi. Nisbatan oddiy tajriba orqali ular kvant mexanikasi to'g'ri bo'lsa, xayoliy sonlar koinotimiz matematikasining zaruriy qismi ekanligini ko'rsatadi.
Murakkab raqamlar haqiqatan ham hayotiyligini tekshirish uchun birinchi tadqiqot mualliflari Bell testi deb nomlanuvchi klassik kvant tajribasining yangi versiyasini ishlab chiqdilar. Ushbu test birinchi marta fizik Jon Bell tomonidan 1964 yilda kvant chalkashligi - Albert Eynshteyn "masofadagi qo'rqinchli harakat" deb e'tiroz bildirgan ikkita uzoq zarralar orasidagi g'alati bog'liqlik - kvant nazariyasi uchun zarurligini isbotlash usuli sifatida taklif qilingan.
Shuningdek, qiziqarli:
- Imkonsiz narsani ko'ra oladigan kvant mikroskopi yaratildi
- Kvant texnologiyasi qorong'u materiyani qidirishni tezlashtiradi
Klassik Bell testining yangilangan versiyasida fiziklar elementar kvant tarmog'idagi uchta detektor (A, B va C) orasiga ikkita mustaqil manba (ular S va R deb atashgan) joylashtirilgan tajribani ishlab chiqdilar. Keyin S manba ikkita yorug'lik zarralarini yoki fotonlarni chiqaradi, ulardan biri chigal holatda A ga, ikkinchisi esa B ga yuboriladi. R manbasi, shuningdek, ikkita chigallashgan fotonni chiqaradi va ularni B va C tugunlariga yuboradi. Agar koinot standart kvant mexanikasi tomonidan murakkab raqamlarga asoslangan holda tasvirlangan bo'lsa, u holda A va C detektorlariga keladigan fotonlar chigal bo'lmasligi kerak, lekin kvant nazariyasiga asoslanadi. haqiqiy raqamlarda ular chalkash bo'lishi kerak.
Buni sinab ko'rish uchun ikkinchi tadqiqotning tadqiqotchilari tajriba o'tkazdilar, unda kristall ustida lazer nurlarini porlashdi. Kristalning ba'zi atomlariga lazer bergan energiya keyinchalik chigallashgan fotonlar sifatida ajralib chiqdi. Uchta detektorga kiradigan fotonlarning holatiga qarab, tadqiqotchilar A va C detektorlariga kiradigan fotonlarning holatlari chigal ekanligini, ya'ni ularning ma'lumotlarini faqat kompleks raqamlar yordamida kvant nazariyasi bilan tasvirlash mumkinligini ko'rdi.
Natija intuitiv ma'noga ega: fotonlar chigal bo'lish uchun jismoniy o'zaro ta'sir qilishi kerak, shuning uchun A va C detektorlariga kelgan fotonlar, agar ular turli jismoniy manbalar tomonidan ishlab chiqarilgan bo'lsa, ular aralashmasligi kerak. Tadqiqotchilar, ammo ularning tajribasi, agar kvant mexanikasining hukmron bo'lgan qoidalari to'g'ri bo'lsa, xayoliy raqamlardan foydalanmaydigan nazariyalarni bekor qilishini ta'kidladilar. Aksariyat olimlar bunga ishonishadi, ammo bu muhim ogohlantirishdir. "Natija shuni ko'rsatadiki, matematika yordamida koinotni tasvirlashning mumkin bo'lgan usullari aslida biz o'ylaganimizdan ancha cheklangan", - deydi ekspertlar.
Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, oddiy kvant tarmog'i bo'lgan ularning eksperimental o'rnatilishi kelajakdagi kvant interneti ishlashi mumkin bo'lgan tamoyillarni aniqlash uchun foydali bo'lishi mumkin.
Shuningdek o'qing: