Учені вимірювали квантові стани пари фотонів, кожен з яких міг перебувати в одному з двох неортогональних станів.
Австралійські та французькі фізики провели експеримент, який вказує, на їхню думку, на реальність хвильової функції (псі-функції), пише New Scientist.
Саме хвильова функція описує стан мікрочастинки і фігурує в рівнянні Шредінгера в квантовій механіці. З нею пов'язана більшість проявів квантової теорії, що відрізняють її від класичної фізики.
Квадрат модуля псі-функції визначає ймовірність частинки приймати той чи той стан. Її можна представити у вигляді суми доданків (суперпозиції станів), а сам процес вимірювання зводиться до вилучення одного з можливих доданків.
У науці існують два основних думки про хвильової функції:
онтологічна концепція
Відповідно до першої точки зору, псі-функція реальна (є частиною об'єктивної реальності) і здатність кота Шредінгера бути одночасно і мертвим, і живим, є об'єктивною характеристикою природи.
Ця концепція складає основу так званої онтологічної інтерпретації квантової теорії. Об'єктивність тут означає, що така властивість хвильової функції ніяк не пов'язано з людиною і її уявленнями про природу. Хвильовій функції все одно, що "думає" про неї людина.
епістемологічна концепція
Друга точка зору зводиться до того, що хвильова функція - це математичний об'єкт, що вводиться через недостатнє знання вченими закономірностей квантового світу. Цієї точки зору дотримувався і Альберт Ейнштейн.
Ви справді вважаєте, що Місяць існує, тільки коли ви на нього дивитеся?
Тобто, така концепція означає, що хвильова функція - це тільки інструмент пізнання, але ніяк не те, що має стосунок до об'єктивної реальності.
Експеримент
У ході експерименту вчені вимірювали квантові стани пари фотонів, кожен з яких міг перебувати в одному з двох неортогональних один до іншого станах (наприклад, коли одна частинка має горизонтальну поляризацію, а інша не вертикальну, а, наприклад, діагональну).
У випадку, якщо хвильова функція є частиною об'єктивної реальності, одиничний експеримент не має визначити стан поляризації. Це можна буде зробити, тільки провівши додаткові виміри.
Вчені не змогли отримати достатньо інформації про поляризацію фотонів після одиничного вимірювання, а це, кажуть вчені, може означати помилковість більшості епістемологічних інтерпретацій квантової механіки.
Роботи проходили не в звичайному гільбертовому просторі, розмірність якого дорівнює двом, а в його тривимірних (для кутритів) і чотиривимірних (куквадритів) узагальненнях. Слід зазначити, що експерименти саме з неортогональними станами в просторах можуть призвести до порушення спеціальної нерівності, справедливої саме для епістемологічної інтерпретації квантової теорії.
У ході експерименту було визначено значення величини S, пов'язаної з вірогідністю перебування частинок в квантових станах. Якби її значення виявилося більшим чи рівним одиниці, то вірною можна було б вважати епістемологічну інтерпретацію. У своїх дослідах фізики отримували, що S завжди менше одиниці, отже, вірна онтологічна інтерпретація.
В установці вчених використовується спонтанне параметричне розсіювання світла: створюється пара зчеплених фотонів, яку в спеціальному кристалі, накачують лазером з довжиною хвилі в 410 нанометрів, поділяється на одиничні частки, сума імпульсів і енергій яких дорівнює таким у вихідних фотонів.
Потім частинки пропускаються через призму Глана-Тейлора, за допомогою якої готуються поляризації квантів. Виконання вимірювання проводиться на зворотному шляху за допомогою детектора одиничних фотонів.