Ни одна классическая теория не может точно описать реальность, показывает исследование

Это исследование предоставило новые доказательства того, что частица может существовать в суперпозиции двух состояний, связанных с различными пространственными положениями – даже на расстоянии в несколько сантиметров.

Можно ли объяснить квантовые объекты с помощью классической теории, или частицы действительно существуют в нескольких местах одновременно, как предполагает квантовая физика?

В 1985 году ученые Энтони Леггетт и Анупам Гарг решили этот вопрос, предложив теоретический тест: если мир можно описать, не прибегая к суперпозиции и другим квантовым явлениям, он должен соответствовать определенному неравенству. Если мир действительно квантовый по своей природе, то это неравенство будет нарушено.

Неравенство Леггетта-Гарга концептуально схоже с более известным неравенством Белла, которое описывает связь между поведением двух запутанных объектов. Однако неравенство Леггетта-Гарга касается временной эволюции состояния одного объекта.

Ученые предположили, что объект может быть измерен в разные моменты времени, причем каждое измерение дает один из двух возможных результатов. Статистически проанализировав, как эти результаты коррелируют во времени, можно проверить, верен ли классический реализм.

Если классический реализм верен, то уровень корреляции не может превышать определенного предела (при этом K будет меньше 1). Однако если поведением объектов управляет квантовая механика, то K будет больше 1.

Предыдущие эксперименты уже показали нарушения неравенства Леггетта-Гарга в различных квантовых системах, включая фотонные кубиты, ядерные спины и сверхпроводящие кубиты.

Однако исследование, проведенное физиками из Венского технического университета, вносит заметный прогресс, как сообщает Physics World. Используя нейтронный интерферометр, они смогли измерить положение нейтронов в трех различных областях: перед, внутри и позади интерферометра.

“Полученные нами результаты невозможно объяснить в рамках макрореалистических теорий – только с помощью квантовой теории”, – сказал Спонар. Согласно измерениям, нейтрон должен существовать в когерентной суперпозиции состояний, что является фундаментальным свойством квантовой механики.

Это исследование показывает, что частицы могут существовать в нескольких местах одновременно, что не может быть объяснено классической физикой. Это подтверждает, что странное поведение, предсказанное квантовой физикой, реально и не может быть описано ни одной традиционной теорией. Это большой шаг в понимании того, как устроен квантовый мир.