В новой сногсшибательной статье физики дают коту Шредингера чеширскую ухмылку

«Я часто видела котов без ухмылки», — подумала Алиса. «Но ухмылка без кота! Это самое любопытное, что я когда-либо видела в своей жизни!»

Это опыт выдающегося физика Якира Ааронова. Вместе с коллегой-израильским физиком Даниэлем Рорлихом он теоретически показал, как частица может показывать свое «лицо» в эксперименте, не нуждаясь в теле находящимся в поле зрения.

Чтобы быть более точным, их анализ утверждает, что информация может передаваться между двумя точками без обмена частицами.

Эта теория восходит к 2013 году, когда исследователи из США и Саудовской Аравии предположили, что своего рода замораживающий эффект, применяемый к квантовой волне, все еще может быть недостаточным, чтобы остановить ее от передачи информации.

Экспериментальная модель, на которой они основывают свои расчеты, на удивление проста.

Представьте коридор, один конец которого закрыт зеркальной дверью. В квантовой физике, где объекты не определены до тех пор, пока их не увидят, дверь одновременно открыта и закрыта, пока ее не увидят.

Если бы частица была отправлена ​​по коридору, ее судьба также была бы неясной, пока ее путешествие не было бы запечатлено.

Это потому, что волна возможностей частицы имеет характеристики любой физической волны. Существуют гребни и впадины, определяющие вероятность того, что частица где-то будет обнаружена, и фазы, по которым она эволюционирует с течением времени.

Проще говоря, по мнению физиков, часть фазы частицы, описывающая ее угловой момент или спин, должна изменяться в зависимости от открытого или закрытого состояния зеркала.

Частицы, как правило, не отпускают такие вещи, как вращение или заряд, заставляют их блуждать и влиять на удаленное окружение, не более чем улыбка, которая остается, когда лицо исчезает.

В том, что сейчас называется эффектом Ааронова-Бома, заряженная частица может подвергаться воздействию электромагнитного потенциала, даже если она ограничена областью, где окружающие магнитное и электрическое поля равны нулю.

Представьте себе парусную лодку, плывущую, когда океан неподвижен и воздух спокоен. Конечно, «что-то» должно подталкивать судно, можете возразить вы. Без каких-либо очевидных движений, ваши глаза будут двигаться к горизонту с недоумением, что еще может быть причиной.

То, чем является этот отдаленный эффект, вызывает такое же недоумение для квантовых физиков, как и для всех нас.

И все же мы уже видим некоторые явно «жуткие» действия в квантовой физике, которые еще предстоит полностью объяснить. Волны, «запутанные» прошлой связью, могут мгновенно преобразоваться в дискретные частицы, которые коррелируют друг с другом, независимо от того, насколько далеки они друг от друга.

Объяснение Ахаранова основано на концепции, называемой модульным импульсом: характеристике частиц, которую трудно оценить во всех деталях без прочного основания в математике квантовой теории поля.

По сути, в отличие от повседневного импульса, который мы можем испытать непосредственно, модульный импульс имеет свое место в квантовом мире волн вероятности, поскольку они колеблются и интерферируют друг с другом в пространстве.

Это не совсем тот импульс, который мы использовали бы, чтобы описать, как шарик для игры в пинбол прыгает на столе. Но это своего рода импульс, который показывает свое присутствие в том, как мы вычисляем возможности движения, даже если последствия его действий немного сложнее представить.

«Хотя очень удивительно, что свойства могут покидать свои частицы, не так уж удивительно сказать, что ничего не произошло и был эффект», — сказал Ааронов.

Какие практические последствия — если таковые имеются — могут иметь фундамент, будут находиться в руках будущих экспериментов и инженеров.

По мнению Ааронова и Рорлиха, анализ направлен на то, чтобы разрешить представление о том, что означает для частиц действовать локально, подразумевая, что их свойства — такие как самодовольная ухмылка Чеширского кота — иногда могут иметь большее значение, чем местонахождение его тела.

Это исследование было опубликовано в Physical Review Letters.

Источники: Фото: The Financial Times Limited 2020.