Вчені вигадали експеримент з виявлення квантової невизначеності у звичайному світі

У квантовому світі панує невизначеність, яка в останній момент порушується фактом спостереження (вимірювання). Досягається це складних установках. Можна очікувати, що в нашому звичайному світі великих і важких об’єктів теж є місце для невизначеності квантової, але довести це прямим спостереженням дуже і дуже складно. Проте вчені не здаються.

Принцип квантової невизначеності часто ілюструють за допомогою уявного експерименту з кішкою Шредінгера (в оригіналі це кішка, а не кіт), коли до відкриття коробки з твариною вона ні жива, ні мертва. Це дозволяє зрозуміти контрінтуїтивні закони квантової механіки, але це не наближає нас до детектування квантових явищ на макрорівні.

Свій варіант натурного експерименту з фіксації квантової невизначеності у великих об’єктах запропонували вчені з Університетського коледжу Лондона (UCL), Університету Саутгемптона у Великій Британії та Інституту Бозе в Індії. Для дослідження вчені запропонували використовувати систему гравіметричної обсерваторії LIGO у США. Це два тунелі по 4 км, з’єднані під прямим кутом (літерою Г). По тунелях багаторазово з відображенням курсує промінь лазера, здатний фіксувати спотворення простору-часу при проходженні через детектор гравітаційної хвилі. Цю ж систему можна використовувати для виявлення квантової невизначеності з макрооб’єктами без суворих обмежень щодо маси та енергії, вважають вчені.

У кожному з тунелів можна підвісити дзеркала на кінцях маятників (або мішені, що закривають основні дзеркала датчика) і запускати в них по парі спалахів лазера із заданим інтервалом. Якщо квантова невизначеність у нашому великому світі є, перший імпульс порушить рух маятника — у цьому проявиться так званий ефект спостерігача, а другий імпульс зафіксує відхилення від розрахункової траєкторії.

З математичної точки зору експеримент має підтвердити або спростувати дотримання двох умов нерівності Леггетта-Гарга. Воно має виконуватися всім умов класичного світу. Якщо при взаємодії з 10-кг дзеркалами одна з цих умов не виконається, значить, об’єкт виявить властивості квантової невизначеності.

З точки зору математики це означатиме, що ви зараз з великою ймовірністю сидите на стільці перед монітором, але також з нескінченно малою (але аж ніяк не нульовою) ймовірністю можете перебувати на Місяці, Марсі або галактиці Андромеда. Головне, що для доказу подібної можливості не доведеться ризикувати життям кішки, хоча сам по собі експеримент із дзеркалами в установці LIGO вимагатиме нетривіального обладнання та умов. Стаття про дослідження опублікована в журналі Physical Review Letters. Також вона доступна на сайті arxiv.org.