Физики обнаружили удивительное квантовоподобное поведение крошечных прыгающих капель

Квантовая физика настолько странна по своей сути, что нам нужны мысленные эксперименты с кошками, спрятанными в коробках, и метафоры вращающихся монет, чтобы хотя бы начать понимать ее законы.

Но даже в нашем классическом мире, где физика более интуитивна, оттенки квантового поведения можно представить с помощью относительно простых сценариев.

Исследователи, экспериментирующие с крошечными каплями масла, стекающими по двум соседним каналам в ванне с вибрирующей жидкостью, обнаружили, что поведение капель совпадает со знаменитым квантовым мысленным экспериментом.

«Оказывается, этот гидродинамический эксперимент с пилот-волной демонстрирует многие особенности квантовых систем, которые ранее считались невозможными для понимания с классической точки зрения», — говорит Джон Буш, специалист по гидродинамике из Массачусетского технологического института (MIT).

Буш и его коллега, физик из Массачусетского технологического института Валерий Фрумкин, сымитировали бомбовый тестер Элицура-Вайдмана – известный пример измерения без взаимодействия – возможность получить подробную информацию о квантовом состоянии одного объекта, используя нежную ласку волны другого объекта, не нарушая деликатную природу ни одного из них.

Этот подход был применен к технологии визуализации низкой интенсивности, хотя, несмотря на его использование, нет консенсус относительно того, что физически означает «свободное от взаимодействия».

В эксперименте по испытанию бомбы фотон разделяется одновременно на два состояния (суперпозиция). Эти два состояния перемещаются по одному из двух каналов, и половину времени в одном из этих каналов находится «бомба» – аналогия объекта, который может разрушить суперпозицию, поглощая фотон и разрушая свое собственное квантовое состояние в процесс

Если фотон выходит из системы, вполне вероятно, что он не столкнулся ни с одной бомбой. Магия квантовой физики заключается в том, что состояние разделенного фотона, когда он рекомбинирован в единое целое, также может сказать нам, была ли там бомба или нет – даже когда фотон выбрал другой канал – без «взорвания» бомбы.

Это не имеет смысла с точки зрения классической физики, но именно поэтому у нас есть квантовая физика. Проще говоря, бомба вмешивается в вероятности, которые суперпозиция создает для фотона. Эту интерференцию можно обнаружить, когда в конце измеряется волновая природа фотона.

Поэтому удивительно обнаружить тот же результат в этом исследовании в классической установке.

Капли взяли место фотонов и созданная ими жидкая рябь действовали как вероятности суперпозиции — если эта расширяющаяся рябь ударяется о бомбу, это влияет на каплю, поскольку два канала снова сливаются, даже если сама капля выбрала другой канал.

Технически этот эксперимент имеет больше общего с интерпретацией квантовых экспериментов, называемой теорией пилот-волны, где взаимодействующие ряби, несущие крошечные частицы серфинга, определяют характеристики объекта.

Статистически классический эксперимент совпал с испытатель бомбы Элицур-Вайдман. Исследователи говорят, что это показывает мост между фиксированным, твердым миром классической физики и более нечетким и менее определенным квантовым миром.

Это помогает нам лучше понять, почему квантовое поведение, такое как волны возможностей, кажется «коллапсирующим». на дискретные состояния.

«Здесь мы имеем классическую систему, которая дает ту же статистику, что и при испытании квантовой бомбы, которое считается одним из чудес квантового мира», — говорит Буш.

«На самом деле мы обнаруживаем, что это явление не так уж и чудесно. И это еще один пример квантового поведения, который можно понять с точки зрения локального реализма».

Исследование было проведено опубликовано в журнале Physical Review A.