|
Физикам удалось обойти принцип неопределенности
|
|
|
|
Квантовая механика накладывает ограничение на то, что мы можем знать о субатомных частицах. Если физики измеряют положение частицы, они не могут измерить ее импульс, так гласит теория. Однако в ходе нового эксперимента, как сообщает ScientificAmerican, удалось это правило обойти — так называемый принцип неопределенности — узнав о положении частицы совсем немного, и тем самым сохранив возможность измерения импульса.
|
|
|
| Принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом
в 1927 году, показывает настоящие чудеса природы на микроскопических масштабах.
Квантовая механика показала, что частицы — не просто крошечные шарики, действующие
подобно обычным объектам, которые мы можем увидеть и потрогать. Элементарные
частицы существуют в тумане вероятностей, вместо того чтобы находиться в
определенном месте в определенное время. Их шансы нахождения в любом определенном
состоянии описывают уравнением квантовой волновой функции. Любое измерение
частицы заставляет волновую функцию «коллапсировать», выбирать определенное
значение. |
 |
| Не так давно физики решили посмотреть, могут ли они преодолеть это ограничение,
используя новую инженерную технику под названием compressive sensing — методику
получения и восстановления сигнала на основе знаний о его предыдущих значениях,
которые разреженны или сжаты, для проведения эксперемента ученым потребовалась
труба
электросварная. Этот инструмент давно применяется для эффективных расчетов
в сфере цифровой фотографии, МРТ-сканирования и других технологий. Как правило,
измерительные приборы проводят подробное чтение, а затем сжимают данные
для удобства использования. К примеру, камеры делают крупные снимки в формате
RAW, а затем преобразуют их в более сжатый формат JPEG. В компрессивном
зондировании, однако, инженеры стремятся сжать сигнал во время измерения,
что позволяет им делать меньше измерений — будто делая фотографии в формате
JPEG, а не RAW. |
|
|
|
Этот же метод получения минимальной информации, необходимой для измерения, был предложен как способ обойти принцип неопределенности. Чтобы проверить работу compressive sensing в квантовом мире, физик Джон Хоуэлл и его команда из Университета Рочестера измерила координаты и импульс фотона — частицы света. Они пустили лазер через коробку, наполненную рядом зеркал, которые могли быть направлены как на детектор, так и от него. Эти зеркала образовали фильтр, позволивший фотонам проникнуть в одни места и остаться заблокированными в других. Если фотон оказывался в детекторе, физики знали, что он был в одном из мест, где зеркала открывали свободный путь. Такой фильтр предоставил ученым возможность измерить положение частицы без фактического знания о нем, не давая волновой функции коллапсировать.
|
|
|
|
«Все, что мы знали, — это смог фотон пройти по этому пути или же нет, — говорит Грегори Хоуланд, автор работы на эту тему, опубликованной в начале лета в журнале Physical Review Letters. — Получается, вследствие этого мы все еще могли измерить импульс фотона. Правда, в ходе такого измерения мы получили немного помех. Но менее точное измерение импульса все же лучше, чем никакое».
|
|
|
|
Физики подчеркивают, что законов физики они не нарушали.
|
|
|
|
«Мы не нарушали принцип неопределенности, — говорит Хоуланд. — Мы просто его разумно использовали».
|
|
|
|
Эта техника может дать мощный толчок развитию таких технологий, как квантовая криптография и квантовые компьютеры, которые стремятся использовать квантовые свойства частиц в качестве полезных применений. Чем больше информации можно получить в ходе квантовых измерений, тем лучше такие технологии будут работать. Эксперимент Хоуланда может привести к появлению более эффективных квантовых измерений, чем было возможно до этого. Говоря простыми словами, физики нашли способ получить больше данных, проводя меньше измерений.
|
|
|
|
http://hi-news.ru/research-development/fizikam-udalos-obojti-princip-neopredelennosti.html
|
