Вчені виявили дивовижну квантову поведінку крихітних крапель, що підстрибують

Квантова фізика надзвичайно дивна настільки, що нам потрібні уявні експерименти із захованими котами в коробках і метафорами обертання монет, щоб навіть почати осягнути його закони. Проте навіть у нашому класичному світі, де фізика більш інтуїтивно зрозуміла, тіні квантової поведінки можна представити за допомогою відносно простих сценаріїв.

Дослідники, експериментуючи з крихітними крапельками олії, які стікають по двох сусідніх каналах у ванні з вібруючою рідиною, виявили, що поведінка крапельок збігається з відомим квантовим експериментом.

«Виявилося, що цей експеримент із гідродинамічною пілотною хвилею демонструє багато особливостей квантових систем, які раніше вважалися неможливими для розуміння з класичної точки зору» каже Джон Буш, спеціаліст із динаміки рідини з Массачусетського технологічного інституту (MIT).

Буш і його колега, фізик Массачусетського технологічного інституту Валері Фрумкін, імітували випробувач бомби Елітцура-Вейдмана – добре відомий приклад – можливість отримувати деталі квантового стану одного об’єкта за допомогою ніжного погладжування хвилі іншого об’єкта, не заважаючи жодному з них 39, ніжна натура. вимірювання без взаємодії.

Цей підхід було застосовано до технології зображення низької інтенсивності, хоча, незважаючи на його використання, немає консенсусу щодо того, що & #39;безкоштовна взаємодія’ фізично означає.

В експерименті з випробувачем бомби фотон розбивається на два стани одночасно (суперпозиція). Ці два штати подорожують одним із двох каналів, і половину часу в одному з цих каналів є ‘бомба’ у ньому – аналогія для об’єкта, який може знищити суперпозицію, поглинувши фотон і знищивши власний квантовий стан у процесі

Якщо фотон виходить із системи, швидше за все, він не зіткнувся з жодною бомбою. Тепер магія квантової фізики полягає в тому, що стан розділеного фотона, коли він рекомбінується в єдине ціле, також може сказати нам, була там бомба чи ні – навіть коли фотон взяв інший канал – жодного разу не ‘детонуючи’ бомба.

Це не має сенсу з точки зору класичної фізики, але саме тому ми маємо квантову фізику. Загалом, бомба перешкоджає ймовірностям, які суперпозиція створює для фотона. Цю перешкоду можна виявити, коли в кінці вимірюється хвилеподібна природа фотона. Тому дивно знайти той самий результат у цьому дослідженні в класичній установці.

Краплі зайняли місце фотонів, і рідкі брижі, які вони створювали, діяли як імовірності суперпозиції – якщо ці брижі, що розширювалися, потрапили на бомбу, це впливає на краплю, коли два канали знову зливаються, навіть якщо сама крапля зайняла інший канал.

Технічно цей експеримент має більше спільного з інтерпретацією квантових експериментів під назвою теорія пілотної хвилі, де взаємодіючі хвилі несуть крихітні частинки керувати характеристиками об’єкта.

Статистично класичний експеримент збігся з бомбовим випробувачем Елітцура-Вейдмана. Дослідники кажуть, що це показує міст між фіксованим, твердим світом класичної фізики та більш нечітким, менш певним квантовим царством. Це допомагає нам краще зрозуміти, чому квантова поведінка, як-от хвилі можливостей, «згортається» в дискретні стани.

«Тут ми маємо класичну систему, яка дає ту саму статистику, що й під час випробування квантової бомби, яка вважається одним із чудес квантового світу» каже Буш. «Насправді ми виявили, що це явище не таке вже й чудове. І це ще один приклад квантової поведінки, яку можна зрозуміти з точки зору локального реалізму.»