Дискусія Бора та Ейнштейна отримала нове підтвердження – квантовий експеримент у Китаї підтвердив принцип додатковості – новини науки

Експеримент у Китаї відтворив уявну схему Ейнштейна.

Китайські фізики експериментально перевірили уявний дослід Альберта Ейнштейна майже сторічної давності. Результати підтвердили принцип додатковості Нільса Бора, який лежить в основі квантової механіки, пише Phys.

Вчені з Китайського університету науки і технологій під керівництвом Цзянь-Вей Пана реалізували експеримент, запропонований Ейнштейном у 1927 році. Він мав на меті виявити суперечність у принципі додатковості, згідно з яким деякі властивості квантових частинок неможливо виміряти одночасно.

Дискусія між Ейнштейном і Бором була однією з ключових у становленні квантової механіки. Під час Сольвеївської конференції в Брюсселі Ейнштейн заявив: “Бог не грає в кості з Всесвітом”, наполягаючи на неповноті квантової теорії.

Ейнштейн запропонував варіацію експерименту з двома щілинами, доповнивши його рухомою одиничною щілиною, чутливою до імпульсу частинок. На його думку, це дозволяло одночасно зафіксувати корпускулярні й хвильові властивості, що суперечило б позиції Бора.

Бор заперечував, стверджуючи, що точне вимірювання імпульсу неминуче призведе до невизначеності положення. Це, за його аргументом, має зруйнувати інтерференційну картину, що й передбачає принцип невизначеності Гейзенберга.

У сучасному експерименті роль частинки виконував фотон, а “щілиною” став окремий атом рубідію, зафіксований оптичним пінцетом. Імпульси фотона та атома були квантово заплутані, що дозволило контролювати ступінь невизначеності.

Змінюючи глибину пастки оптичного пінцета, дослідники регулювали імпульсну невизначеність атома. Це безпосередньо впливало на чіткість інтерференційних смуг, як і передбачав Бор.

Однією з технічних проблем було нагрівання атома через дрейф лазерної частоти. Команда скоригувала цей ефект за допомогою раманівської спектроскопії в режимі реального часу, визначаючи залишкову температуру атома.

В журналі Physical Review Letters автори зазначають, що “видимість інтерференції Ейнштейна-Бора визначається ступенем квантової заплутаності” між фотоном і щілиною. Вони також дослідили межу між квантовим і класичним режимами руху атома.

Попри те, що принцип додатковості вже неодноразово підтверджували, втілення уявного експерименту в реальність має велику наукову цінність. Надалі дослідники планують глибше вивчити квантову заплутаність за допомогою методу томографії. Також команда хоче поступово збільшувати масу “щілини”, щоб зрозуміти, як взаємодіють процеси заплутаності та згасання квантових властивостей.

Раніше фізики Массачусетського технологічного інституту також відтворили дослід із подвійною щілиною, використавши замість неї масив із 10 тисяч охолоджених атомів. Тоді експеримент довів, що світло неможливо спостерігати як хвилю і частинку одночасно, що підтверджує правоту Нільса Бора у його давній суперечці з Ейнштейном.