В най-малките мащаби интуитивният ни възглед за реалността вече не е приложим. Сякаш физиката е фундаментално нерешителна - истина, която става все по-трудна за пренебрегване, когато се съсредоточим върху частиците, които населяват нашата Вселена.

За да разберат по-добре този миниатюрен свят, физиците изработват изцяло нова рамка, в която да го поставят - рамка, основана на вероятността, а не на сигурността. Това е квантовата теория, която описва най-различни явления - от заплитане до суперпозиция.

И все пак, въпреки стогодишните експерименти, които показват колко полезна е квантовата теория за обяснение на това, което виждаме, е трудно да се отърсим от "класическото" си виждане за градивните елементи на Вселената като надеждно фиксирани във времето и пространството. Дори Айнщайн е бил принуден да попита своя колега физик: "Наистина ли вярваш, че Луната не е там, когато не я гледаш?"

През десетилетията множество физици са се питали дали има някакъв начин физиката, която използваме за описание на макроскопичните преживявания, да бъде използвана и за обяснение на цялата квантова физика.

Сега ново проучване установи, че отговорът е "не".

По-конкретно, неутроните, изстреляни в сноп в неутронен интерферометър, могат да съществуват на две места едновременно - нещо, което е невъзможно в класическата физика.

Тестът се основава на математическо твърдение, наречено неравенство на Легет-Гарг, което гласи, че една система винаги се намира в едно от двете налични за нея състояния. По принцип Котката на Шрьодингер е или жива, или мъртва и ние сме в състояние да определим в кое от тези състояния се намира, без нашите измервания да оказват влияние върху резултата.

Макросистемите - тези, които можем надеждно да разберем само с помощта на класическата физика - се подчиняват на неравенството на Легет-Гарг. Но системите в квантовата сфера го нарушават. Котката е жива и мъртва едновременно - аналогия на квантовата суперпозиция.

"Идеята е подобна на по-известното неравенство на Бел, за което през 2022 г. беше присъдена Нобелова награда за физика", казва физикът Елизабет Кройцгрубер от Виенския технологичен университет.

"Неравенството на Бел обаче се отнася до въпроса колко силно е свързано поведението на една частица с друга квантово заплетена частица. Неравенството на Легет-Гарг се отнася само за един отделен обект и задава въпроса: как е свързано неговото състояние в определени моменти от времето със състоянието на същия обект в други определени моменти от времето?"

Неутронният интерферометър включва изстрелване на сноп неутрони към цел. Докато лъчът преминава през апарата, той се разделя на две, като всяко разклонение преминава по отделни пътища, докато по-късно не се комбинират отново.

Теоремата на Легет и Гарг гласи, че измерването на проста двоична система може ефективно да даде два резултата. Ако я измерите отново в бъдеще, тези резултати ще бъдат корелирани, но само до определен момент.

За квантовите системи теоремата на Легет и Гарг вече не се прилага, като се допускат корелации над този праг. Всъщност това би дало на изследователите начин да разграничат дали дадена система се нуждае от квантова теорема, за да бъде разбрана.

"Въпреки това не е толкова лесно да се изследва този въпрос експериментално", казва физикът Рихард Вагнер от Виенския технологичен университет. "Ако искаме да проверим макроскопичния реализъм, тогава се нуждаем от обект, който е макроскопичен в определен смисъл, т.е. който има размер, сравним с размера на обичайните ни ежедневни обекти."

За да се постигне това, пространството между двете части на неутронния сноп в интерферометъра е в мащаб, който е по-скоро макроскопичен, отколкото квантов.

"Квантовата теория казва, че всеки отделен неутрон преминава едновременно и по двата пътя", казва физикът Нилс Гееритс от Виенския технологичен университет . "Двата частични лъча обаче са на разстояние няколко сантиметра един от друг. В известен смисъл си имаме работа с квантов обект, който е огромен по квантовите стандарти".

Използвайки няколко различни метода за измерване, изследователите изследват неутронните лъчи в различни периоди от време. Оказва се, че измерванията са твърде тясно свързани, за да действат класическите правила на макрореалността. Те показват, че неутроните всъщност се движат едновременно по два отделни пътя, разделени от разстояние няколко сантиметра.

Това е само последният от дългата поредица експерименти на Легет-Гарг, които демонстрират, че наистина се нуждаем от квантова теория, за да опишем Вселената, в която живеем.

"Нашият експеримент показва: Природата наистина е толкова странна, колкото твърди квантовата теория", казва физикът Стефан Спонар от Виенския технологичен университет. "Без значение коя класическа, макроскопично реалистична теория вземете: тя никога няма да може да обясни реалността. Без квантовата физика просто не работи."

Изследването е публикувано в списание Physical Review Letters.

Източник: Science Alert