Физик «приговорил» кота Шрёдингера

Арт Хобсон предложил решение в рамках стандартной квантовой физики, которое должно поставить точку в длительной дискуссии о природе квантового измерения. В своей статье от 8 августа в Physical Review A физик утверждает, что ключом к пониманию проблемы измерения, иллюстрированной как «кот Шрёдингера», является такое явление, как «нелокальность».

В 1935 году нобелевский лауреат Эрвин Шрёдингер использовал пример кота, запертого в коробке, чтобы проиллюстрировать центральный парадокс квантовой физики: микроскопические частицы, такие как электроны, фотоны или атомы, могут существовать в двух квантовых состояниях одновременно. Это состояние суперпозиции.

«Измерение в квантовой физике означает использование какого-либо крупномасштабного макроскопического устройства, вроде счетчика Гейгера, для того, чтобы узнать что-то о квантовом состоянии микроскопической системы, типа атома или фотона», — пишет Хобсон. — «Квантовая теория, кажется, говорит о том, что при подключении к микроскопической системе крупномасштабного измерительного прибора, способного различать два разных состояния микроскопической системы, счетчик Гейгера тоже «запутается» в суперпозиции. Но этого мы никогда не наблюдали и не принимаем».

Используя иллюстрацию Шрёдингера, Хобсон отмечает, что кот играл роль счетчика Гейгера, подключенного к радиоактивному ядру, чтобы определить, в каком состоянии оно находится, распалось или нет. «Живой кот» должен быть макроскопическим сигналом того, что ядро не распалось; «мертвый кот» означал бы, что ситуация прямо противоположна. Из квантовой теории вытекает, что кот должен быть запутан в суперпозицию живого и мертвого состояния. Это в реальном мире женщина не может быть немножко беременной, в мире квантовой физики она будет представлять собой единицу, равную всем возможным состояниям.

В своей статье Хобсон пишет, что квантовое состояние кота «запутано» с атомным состоянием, подразумевая этим то, что имеет место важное «нелокальное отношение», или мгновенное действие на расстояние между двумя объектами. Согласно нелокальности, если два запутанных объекта развести в разных направлениях и изменить состояние одного из них, второй мгновенно сменит свое состояние в ответ, вне зависимости от того, как далеко они будут находиться друг от друга. Хобсон приводит в пример эксперименты, подтверждающие его анализ; пары фотонов запутывали с 1990 года (и даже больше).

«Странно то, что действие происходит мгновенно, не имея времени на то, чтобы направить световой, электромагнитный или радиосигнал», — говорит Хобсон. — «Это один объект, который ведет себя как один объект, но в двух разных местах. И не имеет значения, какова дистанция между ними».

Это явление нужно принять во внимание, чтобы разрешить проблему измерения, считает ученый. Из этого выходит, что в случае с мысленным экспериментом Шрёдингера кот больше не будет живым и мертвым одновременно. Он будет мертв, если ядро распадется, и жив, если не распадется, как и ожидается.

По словам Хобсона, с 1978 года появилось три опубликованных анализа, которые предлагали похожее решение в проблеме измерения, но их никто не заметил, и дебаты продолжились, что привело к путанице и «псевдонаучным заявлениям о последствиях квантовой физики».

По мнению Хобсона, нам важно разобраться в основах квантовой физики. Теории уже более ста лет, и всякие идеи вытекали из нее, но их либо не замечали, либо не принимали всерьез. Он надеется, что это решение проблемы измерения будет принято сообществом квантовых физиков.