Спор Эйнштейна и Бора решен: принцип дополнительности подтвердили на практике через сто лет

Китайские физики экспериментально проверили мысленный опыт Альберта Эйнштейна почти столетней давности. Результаты подтвердили принцип дополнительности Нильса Бора, который лежит в основе квантовой механики, пишет Phys.

Ученые из Китайского университета науки и технологий под руководством Цзянь-Вэй Пана реализовали эксперимент, предложенный Эйнштейном в 1927 году. Он имел целью выявить противоречие в принципе дополнительности, согласно которому некоторые свойства квантовых частиц невозможно измерить одновременно.

Дискуссия между Эйнштейном и Бором была одной из ключевых в становлении квантовой механики. Во время Сольвеевской конференции в Брюсселе Эйнштейн заявил: "Бог не играет в кости с Вселенной", настаивая на неполноте квантовой теории.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

"Квантовые гонки" обостряются: Китай сокращает отставание от США до "наносекунд"

Эйнштейн предложил вариацию эксперимента с двумя щелями, дополнив его движущейся единичной щелью, чувствительной к импульсу частиц. По его мнению, это позволяло одновременно зафиксировать корпускулярные и волновые свойства, что противоречило бы позиции Бора.

Бор возражал, утверждая, что точное измерение импульса неизбежно приведет к неопределенности положения. Это, по его аргументу, должно разрушить интерференционную картину, что и предполагает принцип неопределенности Гейзенберга.

В современном эксперименте роль частицы выполнял фотон, а "щелью" стал отдельный атом рубидия, зафиксированный оптическим пинцетом. Импульсы фотона и атома были квантово запутаны, что позволило контролировать степень неопределенности.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Открытие астрономов относительно Вселенной ставит под сомнение теорию Нобелевских лауреатов

Изменяя глубину ловушки оптического пинцета, исследователи регулировали импульсную неопределенность атома. Это непосредственно влияло на четкость интерференционных полос, как и предсказывал Бор.

Одной из технических проблем было нагревание атома из-за дрейфа лазерной частоты. Команда скорректировала этот эффект с помощью рамановской спектроскопии в режиме реального времени, определяя остаточную температуру атома.

В журнале Physical Review Letters авторы отмечают, что "видимость интерференции Эйнштейна-Бора определяется степенью квантовой запутанности" между фотоном и щелью. Они также исследовали границу между квантовым и классическим режимами движения атома.

Несмотря на то, что принцип дополнительности уже неоднократно подтверждали, воплощение воображаемого эксперимента в реальность имеет большую научную ценность. В дальнейшем исследователи планируют глубже изучить квантовую запутанность с помощью метода томографии. Также команда хочет постепенно увеличивать массу "щели", чтобы понять, как взаимодействуют процессы запутанности и угасания квантовых свойств.

Ранее физики Массачусетского технологического института также воссоздали опыт с двойной щелью, использовав вместо нее массив из 10 тысяч охлажденных атомов. Тогда эксперимент доказал, что свет невозможно наблюдать как волну и частицу одновременно, что подтверждает правоту Нильса Бора в его давнем споре с Эйнштейном.