Физики доказали существование мнимой части квантовой механики

Квантовая физика изображение

Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

На протяжении почти столетия физиков интересовал фундаментальный вопрос: почему комплексные числа так важны в квантовой механике, то есть числа, содержащие компонент с мнимым числом i. Обычно предполагалось, что это всего лишь математический трюк для облегчения описания явлений, и только результаты, выраженные в действительных числах, имеют физический смысл. Однако группа исследователей из Польши, Китая и Канады доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Об этом сообщает SciTechDaily. Статьи, описывающие теорию и измерения, только что появились в журналах Physical Review Letters.и Physical Review.

В ходе исследования, проведенного командой доктора Александра Стрельцова из Центра квантовых оптических технологий (QOT) Варшавского университета при участии ученых из Университета науки и технологий Китая (USTC) в Хэфэе и Университета Калгари, удалось обнаружить квантовые состояния запутанных фотонов, которые невозможно различить, без использования комплексных чисел. Кроме этого, был проведен эксперимент, который подтвердил важность комплексных чисел для квантовой механики.

«В физике комплексные числа считались чисто математическими по своей природе. Они занимают основное место в уравнениях квантовой механики, при этом они всегда были лишь инструментов, позволяющим облегчить вычисления для физиков. Однако мы смогли доказать, что существуют квантовые состояния, которые можно различить только тогда, когда вычисления выполняются с обязательным участием комплексных чисел», — объяснил доктор Стрельцов.

Комплексные числа состоят из двух компонентов: действительного и мнимого. Они имеют вид a + bi, где числа a и b действительны. Компонент bi отвечает за особенности комплексных чисел. Ключевую роль здесь играет мнимое число i, то есть квадратный корень из -1.

При этом, в физическом мире нет ничего, что могло бы быть напрямую связано с числом i. Поэтому все  вычисления производятся с использованием комплексных чисел, а затем в конце учитываются только действительные числа в них.

По сравнению с другими физическими теориями квантовая механика особенная, потому что она должна описывать объекты, которые могут вести себя как частицы в одних условиях и как волны в других.

Основным уравнением этой теории, взятым в качестве постулата, является уравнение Шредингера. Он описывает изменения во времени определенной функции, называемой волновой функцией, которая связана с распределением вероятностей нахождения системы в определенном состоянии. Однако мнимое число i открыто появляется рядом с волновой функцией в уравнении Шредингера.

Ученые попытались найти квантовые состояния, которые можно было бы отличить друг от друга только с помощью комплексных чисел. Для теоретического описания ученые использовали подход о теории квантовых ресурсов.

Эксперимент с локальной дискриминацией запутанных двухфотонных состояний проводился в лаборатории в Хэфэе, используя методы оптики. Квантовые состояния, подготовленные учеными, оказались различимыми. Это доказательство того, что комплексные числа — неотъемлемая часть квантовой механики.

Достижения международной группы исследователей имеют фундаментальное значение и могут быть использованы в новых квантовых технологиях.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики. Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

Физики сомневаются в существующей теории расширения Вселенной. Более 20 лет назад стало известно, что расширение Вселенной ускоряется, но физика этого процесса остается загадкой. Однако до сих пор не существует единого физического объяснения этого процесса.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу. Ученые впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.  Ученые, проводившие опыты на БАК, зафиксировали отклонения от теоретической Стандартной модели при распаде заряженных частиц. Это признаки так называемой Новой физики — всеобъемлющей теории, которая должна максимально полно описывать нашу Вселенную.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: