Метка: квантовая механика

Возможно, без использования комплексных чисел нельзя описать реальность

Из нового мысленного эксперимента следует, что квантовая механика не работает без использования этих странных чисел, становящихся отрицательными при возведении в квадрат

Несколько десятилетий назад математиков неприятно поразило одно откровение: для вычисления свойств определённых кривых требовалось, казалось, невозможное – ввести числа, квадрат которых будет отрицательным.

Любое число с числовой прямой в квадрате будет положительным: 22 = 4, и (-2)2 = 4. Математики начали называть эти привычные числа “действительными” [по-английски их называют real, т.е. “реальными” / прим. пер.], а вроде бы невозможную породу чисел “мнимой”.

Мнимые числа, которые записывали при помощи i (где, к примеру, (2i)2 = -4), постепенно стали неотъемлемой частью абстрактного математического мира. Физикам же хватало и действительных чисел для описания реальности. Иногда т.н. “комплексные числа”, содержащие действительную и мнимую часть, типа 2 + 3i, ускоряли вычисления, но были, в общем-то, необязательными. Ещё ни один прибор не возвращал показаний, в которых содержалась бы мнимая единица.
(далее…)

Квантовый эксперимент утверждает, что объективной реальности не существует

Альтернативные факты распространяются в обществе на манер вируса. И, судя по всему, они уже заразили науку – по крайней мере, квантовые исследования. Это может показаться контринтуитивным. Ведь научный метод основан на надёжных методах наблюдений, измерений и повторяемости. Факт, подтверждённый измерениями, обязан быть объективным – таким, с которым согласились бы все наблюдатели.

Однако недавно мы опубликовали в журнале Science Advances работу, где показываем, что в микромире атомов и частиц, управляемом странными правилами квантовой механики, два разных наблюдателя могут столкнуться с разными фактами. Иначе говоря, согласно нашей лучшей теории о строительных кирпичиках природы, факты бывают субъективными.

Наблюдатели играют заметную роль в квантовом мире. Согласно теории, частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно – это называется суперпозицией. Однако, как ни странно, такое бывает только, когда их не наблюдают. Как только вы начинаете наблюдать квантовую систему, она выбирает определённое местоположение или состояние, нарушая суперпозицию. То, что природа ведёт себя таким образом, было множество раз доказано в лаборатории – к примеру, в знаменитом двухщелевом эксперименте.
(далее…)

“Квантовая атмосфера” может раскрыть секреты материи

Новая теория предполагает, что квантовые свойства объекта простираются на “атмосферу”, окружающую материал

За несколько последних лет некоторые материалы стали игровой площадкой для физиков. Они не состоят из чего-то особенного – в их составе обычные частицы вроде протонов, нейтронов и электронов. Но они представляют собой нечто большее, чем сумму составных частей. У этих материалов есть наборы впечатляющих свойств и явлений, которые даже навели физиков на новые фазы материи – за пределами твёрдого, жидкого и газообразного состояния, с которыми мы все знакомы.

Один класс материалов, особенно интересный физикам, это топологические изоляторы – или, в более общем виде, топологические фазы вещества, теоретические основы которых принесли их первооткрывателям нобелевскую премию в 2016. По поверхности топологического изолятора электроны движутся свободно, а внутри они неподвижны. Поэтому его поверхность служит проводником, похожим на металл, а внутренности похожи на керамический изолятор. Топологические изоляторы привлекли внимание своей необычной физикой и потенциалом для использования в квантовых компьютерах и т.н. устройствах спинтроники, использующих спины электронов, а не только их заряд.
(далее…)