• Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Квантовая физика требует воображаемых чисел, чтобы объяснить реальность

Квантовая физика требует воображаемых чисел, чтобы объяснить реальность

Воображаемые числа могут показаться единорогами и гоблинами — интересными, но не относящимися к реальности. Квантовая физика требует воображаемых чисел, чтобы объяснить реальность.

Для описания материи в корнях воображаемые числа оказываются необходимыми. Кажется, они вплетены в ткань квантовой механики, математики, описывающих царство молекул, атомов и субатомных частиц. Теория, подчиняющаяся правилам квантовой физики, нуждается в воображаемых количествах для описания реального мира, два новых эксперимента предлагают.

Воображаемые числа являются результатом квадратного корня отрицательного числа. Они часто появляются в уравнениях в качестве математического инструмента. Но все, что мы на самом деле можем измерить, описывается реальными числами, нормальными цифрами, которые мы использовали для (Sn: 5/8/18). Это существует и в квантовой физике тоже. Несмотря на то, что родственные номера появляются во внутренних работах теории, все возможные измерения генерируют реальные числа.

Выдающееся использование квантовой теории сложных чисел — суммы воображаемых и реальных чисел — было физиком Эрвином Шредингером. «С первых дней квантовой теории, сложные числа рассматривались более математическим способом, чем фундаментальный строительный блок», говорит физик Цзиньюн южного университета науки и техники в Шэньчжэне, Китай.

Некоторые физики пытались построить квантовую теорию, используя только реальные числа, избегая воображаемого царства с версиями, называемыми «реальной квантовой механикой». Но без экспериментального теста вопрос оставался, были ли воображаемые числа действительно необходимыми в квантовой физике или просто полезным вычислительным инструментом.

Тип эксперимента, известный как тест на колокол, разрешил различные квантовые кантоны, доказывая, что квантовая механика действительно требует странных квантовых связей между частицами, называемыми запутанными (Sn: 8/28/15). «Мы начали думать о том, может ли эксперимент такого рода опровергнуть реальную квантовую механику», — говорит теоретический физик Miguel Navascués Института квантовой оптики и квантовой информации Вена. Он и коллеги выложили план эксперимента в документе, размещенном онлайн на Arxiv.org в январе 2021 года и опубликованном 15 декабря сего года

В этом плане исследователи будут отправлять пару запутанных частиц из двух разных источников к трём разным людям, названными Алисой, Бобом и Чарли. Алиса получает одну частицу и может измерять ее с использованием различных настроек, которые она выбирает. Чарли делает то же самое. Боб принимает две частицы и выполняет особый тип измерения, чтобы запутать частицы, которые получают Алиса и Чарли. Реальная квантовая теория, без воображаемых чисел, предсказывает разные результаты, чем стандартная квантовая физика, позволяя экспериментировать и различать, какой из них правильный.

Вентилятор и коллеги выполняли такой эксперимент с использованием фотонов или частиц света. Результаты Алисы, Чарли и Боба по сравнению многих измерений, вентилятора и коллег показывают, что данные могут быть описаны только квантовой теорией со сложными числами.

Другая команда физиков провела эксперимент на основе той же концепции, используя Квантовый компьютер, сделанный со сверхпроводниками, материалы, которые проводят электричество без сопротивления. Эти исследователи тоже обнаружили, что квантовая физика требует комплексных чисел. «Нам любопытно, почему необходимы комплексные числа и какую они играют фундаментальную роль в квантовой механике», — говорит квантовый физик Chao-Yang Lu из Университета науки и техники Китая в Хэфэй, соавтор исследования.

Результаты не исключают все теории воображаемых чисел, отмечает физик Джерри Финкельштейн из Лоуренса Беркли Национальной лаборатории в Калифорнии, который не участвовал в новых исследованиях. Исследование устранило определенные теории, основанные на реальных числах, а именно те, которые все еще следуют за конвенциями квантовой механики. Еще можно объяснить результаты без воображаемых чисел с использованием теории, которая нарушает стандартные квантовые правила. Но эти теории вступают в другие концептуальные проблемы, делая их «уродливыми», — говорит он. Но «если вы готовы убрать уродство, то вы можете иметь реальную квантовую теорию».

  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Квантовая физика требует воображаемых чисел, чтобы объяснить реальность
  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Квантовая физика требует воображаемых чисел, чтобы объяснить реальность