Ученые измеряли квантовые состояния пары фотонов, каждый из которых мог находиться в одном из двух не ортогональных состояний.
Австралийские и французские физики провели эксперимент, указывающий, по их мнению, на реальность волновой функции (пси-функции), пишет New Scientist.
Именно волновая функция описывает состояние микрочастицы и фигурирует в уравнении Шредингера в квантовой механике. С ней связано большинство проявлений квантовой теории, отличающих ее от классической физики.
Квадрат модуля пси-функции определяет вероятность частицы принимать то или иное состояние. Ее можно представить в виде суммы слагаемых (суперпозиции состояний), а сам процесс измерения сводится к извлечению одного из возможных слагаемых.
В науке существуют два основных мнения о волновой функции.
Онтологическая концепция
Согласно первой точке зрения, пси-функция реальна (является частью объективной реальности) и способность кота Шредингера быть одновременно и мертвым, и живым, является объективной характеристикой природы.
Эта концепция составляет основу так называемой онтологической интерпретации квантовой теории. Объективность здесь означает, что такое свойство волновой функции никак не связано с человеком и его представлениями о природе. Волновой функции все равно, что "думает" о ней человек.
Эпистемологическая концепция
Вторая точка зрения сводится к тому, что волновая функция — это математический объект, вводимый из-за недостаточного знания учеными закономерностей квантового мира. Этой точки зрения придерживался и Альберт Эйнштейн.
"Вы действительно считаете, что Луна существует, только когда вы на нее смотрите?"
То есть, такая концепция означает, что волновая функция — это только инструмент познания, но никак не то, что имеет отношение к объективной реальности.
Эксперимент
В ходе эксперимента ученые измеряли квантовые состояния пары фотонов, каждый из которых мог находиться в одном из двух не ортогональных один к другому состояниях (например, когда одна частица имеет горизонтальную поляризацию, а другая не вертикальную, а, например, диагональную).
В случае, если волновая функция является частью объективной реальности, единичный эксперимент не должен определить состояние поляризации. Это можно будет сделать, только проведя дополнительные измерения.
Ученые не смогли получить достаточно информации о поляризации фотонов после единичного измерения, а это, говорят ученые, может означать ошибочность большинства эпистемологических интерпретаций квантовой механики.
Работы проходили не в обычном гильбертовом пространстве, размерность которого равна двум, а в его трехмерных (для кутритов) и четырехмерных (куквадритов) обобщениях. Следует отметить, что эксперименты именно с неортогональными состояниями в пространствах с размерностями, большими двух, могут привести к нарушению специального неравенства, справедливого именно для эпистемологической интерпретации квантовой теории.
В ходе эксперимента было определено значение величины S, связанной с вероятностями нахождения частиц в квантовых состояниях. Если бы ее значение оказалось большим или равным единице, то верной можно было бы считать эпистемологическую интерпретацию. В своих опытах физики получали, что S всегда меньше единицы, следовательно, верна онтологическая интерпретация.
В установке ученых используется спонтанное параметрическое рассеяние света: создается пара сцепленных фотонов, которая в специальном кристалле, накачиваемом лазером с длиной волны в 410 нанометров, разделяется на единичные частицы, сумма импульсов и энергий которых равна таковым у исходных фотонов.
Затем частицы пропускаются через призму Глана-Тейлора, с помощью которой подготавливаются поляризации квантов. Выполнение измерения производится на обратном пути при помощи детектора единичных фотонов.
Ранее ученым удалось замедлить скорость света.