Что, если частица света может находиться в двух точках пространства одновременно? Новый эксперимент японских физиков не только подтвердил этот квантовый парадокс, но и бросил вызов одной из самых смелых концепций современной науки — идее мультивселенной. Результаты исследования уже разделили научное сообщество на два лагеря, а его авторы настаивают, что пришло время пересмотреть фундаментальные представления о реальности.
Споры о природе квантовой механики длятся больше века. Все началось с классического эксперимента Томаса Юнга, проведенного в 1801 году. Ученый пропускал свет через две узкие щели и наблюдал на экране за ними интерференционную картину — чередование светлых и темных полос. Это доказывало волновую природу света.
Парадокс возник, когда физики стали отправлять через щели не пучки света, а отдельные фотоны. Даже в этом случае на экране постепенно проявлялась та же интерференционная картина. Казалось, каждый фотон проходил через обе щели одновременно, словно волна. Но при попытке измерить, через какую именно щель пролетает частица, интерференция исчезала — фотон вел себя как классический объект.
Этот феномен лег в основу концепции волновой функции — математического описания всех возможных состояний частицы. Согласно копенгагенской интерпретации, волновая функция «схлопывается» при измерении, заставляя частицу выбрать конкретное положение. Но в 1957 году Хью Эверетт предложил альтернативу — теорию множества миров. Согласно ей, при каждом квантовом событии вселенная расщепляется на параллельные ветви. В одной фотон проходит через левую щель, в другой — через правую, а интерференция возникает из-за взаимодействия между этими мирами.
Группа физиков под руководством Хольгера Хофмана из Хиросимского университета провела усложненную версию эксперимента с двойной щелью. Ученые использовали интерферометр — устройство, разделяющее свет на два луча с помощью полупрозрачного зеркала. Оба луча затем соединялись, создавая интерференционную картину.
Ключевое отличие метода — добавление в каждую из ветвей интерферометра стеклянных пластин, слегка меняющих поляризацию фотонов. Если частица проходила по обоим путям одновременно, эффекты от пластин должны были взаимно компенсироваться. Для проверки гипотезы физики применили технику слабых измерений. В отличие от традиционных методов, которые разрушают волновую функцию, этот подход позволяет собрать статистику по множеству частиц, не нарушая их квантовое состояние.
После 10 тысяч повторений эксперимента ученые обнаружили: частота изменений поляризации точно соответствовала сценарию, где фотон одновременно проходит по обоим путям. «Скорость, с которой фотон меняет поляризацию, напрямую зависит от степени его делокализации, — объясняет Хофман. — Если бы частица выбирала один путь, мы видели бы иные показатели».
Авторы работы утверждают: результаты ставят под сомнение необходимость концепции мультивселенной. «Суперпозиция — это не параллельные реальности, а физическое свойство одной частицы, — заявляет Хофман. — Наши данные показывают: фотон действительно распределен в пространстве, а не „размазан“ математически».
Однако не все ученые согласны с выводами. Лев Вайдман из Тель-Авивского университета считает: эксперимент совместим с теорией множества миров. «В другой ветви реальности фотон мог выбрать противоположный путь, — говорит он. — Мы просто наблюдаем одну из возможных версий событий».
Критики также указывают на спорность метода слабых измерений. Эндрю Джордан из Университета Чепмена подчеркивает: статистические данные нельзя экстраполировать на отдельные частицы. «Это все равно что изучать свойства одной капли воды, наблюдая за океаном», — отмечает он.
Научная работа опубликована на сайте arXiv.org.
Post Scriptum
Работа Хофмана всколыхнула научное сообщество, поставив под вопрос устоявшиеся интерпретации квантовой механики. Если выводы подтвердятся, физикам придется пересмотреть не только теорию множества миров, но и саму природу волновой функции. Однако большинство экспертов сходятся в одном: окончательные выводы делать рано. Для проверки результатов потребуются независимые эксперименты, а дискуссии о природе реальности войдут в новые фазы. Как шутят сами авторы: «Мы нарушили перемирие между сторонниками разных интерпретаций. Теперь война идей неизбежна».
-----
Если понравился материал и вы считаете его познавательным и стоящим вашего внимания, вы можете поддержать автора «трудовым рублем» по ссылке ниже 👇👇👇 либо нажать на кнопку «Поддержать» чуть ниже этого сообщения (с правой стороны). Ссылка