Физики обнаружили у мелких капелек жидкости удивительное поведение, похожее на квантовое

Квантовая физика фундаментально странна, настолько, что нам нужны мысленные эксперименты с кошками, спрятанными в коробках, и метафоры вращающихся монет, чтобы хотя бы начать постичь его законы. Однако даже в нашем классическом мире, где физика более интуитивна, оттенки квантового поведения можно представить с помощью относительно простых сценариев.

Исследователи, экспериментировавшие с крошечными каплями масла, стекающими по двум соседним каналам в ванне с вибрирующей жидкостью, обнаружили, что поведение капель соответствует знаменитому квантовому мысленному эксперименту. Исследование было опубликовано в Physical Review A.

«Оказывается, этот гидродинамический эксперимент с пилот-волной демонстрирует многие особенности квантовых систем, которые ранее считались невозможными для понимания с классической точки зрения», — сказал Джон Буш, специалист по гидродинамике из Массачусетского технологического института (MIT).

Буш и его коллега, физик Массачусетского технологического института Валерий Фрумкин, подражали испытателю бомбы Элицура-Вайдмана – хорошо известному примеру измерения состояния частицы без воздействия на неё.

Этот подход был применен к технологии визуализации низкой интенсивности, хотя, несмотря на его использование, нет единого мнения о том, что взаимодействие физически означает.

В эксперименте с испытанием бомбы фотон разделяется одновременно на два состояния (суперпозиция). Эти два состояния перемещаются по одному из двух каналов, и в половине случаев в одном из этих каналов возникает «бомба». в нем – аналогия объекта, который может разрушить суперпозицию, поглотив фотон и при этом разрушив собственное квантовое состояние

Если фотон вылетает из системы, то, скорее всего, он не столкнулся ни с одной бомбой. Магия квантовой физики заключается в том, что состояние разделенного фотона при его воссоединении в единое целое также может сказать нам, была бомба там или нет – даже когда фотон взял другой канал – ни разу не «взорвавшись».

Это не имеет смысла с точки зрения классической физики, но именно поэтому у нас есть квантовая физика. Проще говоря, бомба вмешивается в вероятности, которые суперпозиция создает для фотона. Эту интерференцию можно обнаружить, если в конце измерить волновую природу фотона.

Поэтому удивительно обнаружить тот же результат в этом исследовании в классической установке.

Капли заняли место фотонов, и созданная ими жидкая рябь действовала как вероятность суперпозиции – если эта расширяющаяся рябь ударит по бомбе, это влияет на каплю, поскольку два канала снова сливаются, даже если сама капля заняла другой канал.

Технически этот эксперимент имеет больше общего с интерпретацией квантовых экспериментов, называемой теорией пилот-волны, где взаимодействующие волны несут крошечные плавающие частицы. определять характеристики объекта.

Статистически классический эксперимент совпал с испытанием бомбы Элицура-Вайдмана. Исследователи говорят, что это мост между фиксированным, твердым миром классической физики и более нечетким и менее определенным квантовым миром.

Это помогает нам лучше понять, почему квантовое поведение, такое как волны возможностей, «коллапсирует»в дискретные состояния.

«Здесь мы имеем классическую систему, которая дает ту же статистику, что и при испытании квантовой бомбы, которая считается одним из чудес квантового мира», - говорит Буш. «На самом деле мы обнаруживаем, что это явление не такое уж и чудесное. И это еще один пример квантового поведения, который можно понять с точки зрения локального реализма».