Квантовая механика не пострадала

Физики уточнили принцип неопределенности Гейзенберга – один из основополагающих принципов квантовой механики

Вернер Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности в 1927 году

Вернер Гейзенберг, открывший в 1927 году свой знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга, был, оказывается, слишком пессимистичен, когда оценивал уровень этой неопределенности. К такому выводу пришли физики из Университета Торонто, проверив, что происходит с частицей после того, как она была подвергнута акту измерения.

Напомним: согласно принципу неопределенности Гейзенберга(справедливости ради отметим, что первым об этом замечательном принципе догадался Нильс Бор, но то ли по занятости, то ли из вежливости, то ли еще почему подарил догадку своему ученику и коллеге, который и довел ее до уровня основополагающей истины) невозможно точно измерить скорость и местоположение элементарной частицы. Чем точнее вы измеряете одно, тем неопределеннее становится другое. Но есть аппаратная ошибка измерения, есть нарушение, вносимое измерением в состояние частицы, и есть неопределенность, имманентно присущая миру квантовых систем, которая не зависит от измерения.

До сих пор эти две последних неопределенности часто путали.

Физики из Торонто создали установку, позволяющую измерять поляризацию одного фотона. С ее помощью они хотели понять, насколько измерение нарушает его квантовое состояние.

«Для этого нам нужно было измерить поляризацию фотона до того, как установка своим измерением вмешается и изменит это состояние, – говорит профессор Ли Розема, возглавляющий исследование. – Проблема состояла в том, что и это предварительное измерение тоже изменит состояние фотона».

Разрешить эту проблему физики смогли с помощью методики под названием«слабое измерение», когда измерение очень слабо воздействует на то, что оно измеряет. При этом, правда, получаемая информация оказывалась мизерной, однако ее можно увеличить, повторяя эксперимент множество раз и таким образом набирая статистику. Перед тем как послать фотон в измерительную установку, исследователи«слабым образом» измеряли его состояние, а потом проделывали с ним то же самое на выходе из установки.

Дилан Малер (слева) и Ли Розема ставят свой эксперимент с уточнением принципа неопределенности Гейзенберга // Dylan Mahler

Многократно бросая мимолетный взгляд на фотон«до» и«после», они в конце концов выяснили, что вмешательство измерения оказывает намного меньшее воздействие на фотон, чем того требовали математические выкладки Гейзенберга.

Их результаты больше соответствовали новому соотношению«измерение-нарушение», математически выведенному в 2003 году японским теоретиком Масанао Оцавой из Нагойского университета. С тех пор никто не мог проверить его выкладки экспериментально. Результаты работы опубликованы в Physical Review Letters и будут представлены на годовой конференции Общества физиков-оптиков, которая пройдет в Рочестере(штат Нью-Йорк, США) на следующей неделе.

«Нарушение, которое мы обнаружили, – говорит Розема, – оказалось много меньше того, которое люди наивно приписывали принципу Гейзенберга».

Сам принцип Гейзенберга, к счастью, так и остался непоколебимым, и квантовая механика не пострадала.

По словам Роземы, определяемая этим принципом неопределенность не есть результат измерения, она представляет собой внутреннее свойство субатомных частиц, состояние которых более обусловлено вероятностью