- Тщательно разработанный эксперимент использует парадокс Харди для иллюстрации отсутствия локального реализма.
- 30-летняя мысль Харди побудила многих исследователей отказаться от реальных версий.
- Если Вселенная не является локально реальной, это имеет последствия для возможностей квантовых явлений.
Уже более 100 лет квантовая механика потрясает клетку всего, что мы считали известным нам о физике. Все ли состоит из колебаний и волн, если присмотреться поближе? Насколько далеко может быть растянута одна запутанность — достаточно ли она длинна, чтобы обеспечить квантовые телекоммуникации по всему миру?
И эти вопросы не утихают, когда дело доходит до реальности или реализма. Мы знаем, что квантовая частица не имеет истинного состояния, пока ее не наблюдают (а-ля кот Шредингера ), но вопрос, стоящий за этим фактом, сохраняется для всех вещей в существовании — имеет ли объект все еще свойства, когда эти свойства не наблюдаются?
В определенный момент этот основополагающий вопрос становится… ну, запутанным… с дополнительной концепцией, называемой локальностью. Локальность описывает, находится ли объект под влиянием чего-то большего, чем его собственное непосредственное физическое окружение. Если в игру вступают более крупные или более сложные силы, это может повлиять на такие принципы, как причинность и даже свободная воля. Знаменитое описание Альберта Эйнштейна « жуткое действие на расстоянии » является примерно противоположностью локальности. Даже гравитация не является действием на расстоянии — теперь она описывается как результат перекрывающихся силовых полей многих размеров.
Все это подводит нас к идее парадокса Харди . Хотя это может показаться сухим, его последствия имеют последствия для того, насколько реальна наша вселенная… и что вообще означает термин «реальность». И в новом исследовании ученые из Китая говорят, что нашли способ наблюдать это парадоксальное упражнение мысли в квантовой физике без каких-либо лазеек, которые потенциально скомпрометировали прошлые эксперименты. Результаты теперь появляются в виде выделенного предложения редактора в рецензируемом журнале Physical Review Letters .
Люсьен Харди — работающий физик в Институте теоретической физики Периметра в пригороде Торонто, Онтарио. Как специалист по квантовым основам, Харди провел свою долгую карьеру, пытаясь достичь и усовершенствовать грани всей формы квантовой физики, включая то, как математические принципы , которые ее поддерживают, взаимодействуют с вполне реальными и прикладными теориями, описывающими нашу вселенную.
В 1992 году Харди начал формулировать парадокс, связанный с частицами и античастицами . Определенные взаимодействия в физике приводят к тому, что частица и соответствующая ей античастица создаются и отбрасываются в противоположных направлениях. Однако эти двое предназначены друг для друга, и, как Ромео и Джульетта, их связь неизбежно приводит к их уничтожению — после мельчайшей доли секунды они воссоединяются и уничтожают друг друга. Харди предложил сценарий, в котором частица и античастица могут сосуществовать без уничтожения.
Харди знал, что настройка и измерение такого взаимодействия введут переменные, которые поставят под угрозу целостность самого взаимодействия, и в результате такие взаимодействия можно будет наблюдать только постфактум, используя вероятность, а не наблюдение. Это также является основополагающим вопросом квантовой физики: как может область исследования, которая производит только вероятности, работать в сочетании с парадигмой классической физики, основанной на наблюдении?
Чтобы как следует потыкать этот парадокс пресловутой палкой, ученые, стоящие за этим новым исследованием, базирующиеся в первую очередь в Университете науки и технологий Китая в дальневосточном городе Хэфэй, где также находится ядерный токамак EAST, разработали эксперимент, который, по их словам, устраняет переменные-лазейки других установок. По своей сути, это сложная серия зеркал, лазеров, кристаллов, сплиттеров и пластин в сочетании с генератором случайных чисел . Чтобы гарантировать, что числа действительно случайны, цифры были сгенерированы так быстро, что на них не могли повлиять никакие «локальные скрытые переменные», связанные с локальностью.
Ученые говорят , что после шести часов работы этой установки с целью расщепления фотонов и нейтрализации любой возможности лазеек их данные очень четкие (хотя все еще вероятностные). «Основываясь на проверке нулевой гипотезы», — написали они в исследовании, «значение p, что возможность объяснения наших результатов локальными реалистичными теориями не превышает 10−16348». У вас было бы гораздо больше шансов выиграть в лотерею, хотя это тоже практически невозможно.
Ученые говорят, что это укрепляет растущий консенсус о том, что локального реализма недостаточно для объяснения не решенных вопросов квантовой физики. Их вывод не нов — Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена трем ученым, которые использовали запутанные фотоны, чтобы «перевернуть реальность , какой мы ее знаем», — пояснил Scientific American .
Самый большой успех для этих новых исследователей — их экспериментальная установка. Изменяя и настраивая свой фотонный фонтан, они сохранили достаточно эффективности и точности, чтобы измерить то, что им нужно было измерить, одновременно устраняя влияние локальных переменных. Результаты подтверждают локальную нереальность, так сказать, но они также закладывают дальнейшую основу для людей, которые используют эти квантовые явления для проектирования теории информации и прикладных систем. Эти вещи, по крайней мере, реальны и находятся на подъеме.