Нов парадокс в квантовата механика - три гълъба в два гълъбарника

Концепцията за нов квантов парадокс, наречен "принцип на квантовия гълъб", е въведена от двама американски учени. Според нея, в две клетки можем да сложим произволен брой квантови частици, без да има повече от една частица във всяка от тях.

Изследването е публикувано този месец в Бюлетина на Националната академия на науките (PNAS).

В нашият макросвят, ако се опитаме да поставим три гълъба в два гълъбарника, най-малко два гълъба ще бъдат в един гълъбарник. Но резултатите от изследване, проведено от учени от Института за квантови изследвания (Institute for Quantum Studies, IQS) на Университет Чапман (Chapman University), показват, че този принцип може да бъде нарушен, обяснява статия в сайта Phys.org. 

^{На английски съществува понятието "Pigeonhole principle" (принцип на гълъбарника), за който на български е употребява като "Принцип на Дирихле". Най-общо той е формулиран така: "Да предположим, че m предмета са разположени в n клетки (чекмеджета). Ако m > n, то поне една от клетките съдържа не по-малко от m:n предмета, а също така в поне една друга клетка има не повече от m:n предмета". Или: "Да предположим, че няколко предмета са разположени в чекмеджета. Ако предметите са повече от чекмеджетата, то тогава в поне едно чекмедже има повече от един предмет".}

Според новия квантов парадокс може да се сложат произволно голям брой квантови частици в два "гълъбарника" като в същото време в никой от тях да няма две или повече частици.

"Тази констатация сочи към една много интересна особеност на квантовата механика, която доскоро бе останала незабелязана от учените" - отбелязва Якир Ахаронов (Yakir Aharonov), съръководител на IQS. - "Във връзка с това откритие ще трябва да преразгледаме някои от основните понятия както в квантовата, така и в обикновената физика".

В публикацията, наречена "Квантово нарушение на принципа на картотекиране и естеството на квантови корелации" (Quantum violation of the pigeonhole principle and the nature of quantum correlations) се използват няколко мисловни експерименти, подобни на известната котка на Шрьодингер. В тези експерименти се изследват някои особености на взаимодействията на квантовите частици.

Законите на квантовата механика определят, че квантовите обекти могат да бъдат едновременно на няколко места. И това е вярно, докато не ги "погледнем". Когато започнем да наблюдаваме квантов обект, то ние го принуждаваме да бъде само на едно от възможните места. "Ако единственият инструмент, който може да използвате е чук, то тогава ще сте склонни да разглеждате с негова помощ всичко наоколо като пирони" - разказва Джеф Толескен (Jeff Tollasken), член на изследователската група. - "Нашите съществуващи научни инструменти може да се сравнят с тази хипотетичен чук, който не е много подходящ за изследване на тънкия и крехък квантов свят".

Якир Ахаронов и неговият екип от доста време работят по технологията за "нежни измервания". "Тези измервания са подобни на лекото докосване с върха на пръста, вместо удар с чук" - казва Джеф Толескен.  - "И тези измервания ще ни позволят да извършваме наблюдения на квантовия свят, без да го изкривяваме, без да пречим на състоянието на суперпозиция и без да разрушаваме квантовото вплитане".

Следва да се отбележи, че резултатите от тези изследвания могат да бъдат буквално от революционно значение за разбирането на екзотичните аспекти на квантовата механика, включително принципа за нелокалност, който се проявява под формата на квантово вплитане. При ефекта на квантовото вплитане, ако се въздейства върху една от вплетените частици, се оказва моментално въздействие на другата вплетена частица, въпреки, че разстоянието между тях може да бъде произволно голямо.

"Квантовото вплитане отдавна се смята за едно от най-големите научни открития, то е ресурс, върху чиято основа ще се изградят множество технологии на бъдещето" - разказва Джеф Толескен.

Някои от теоретичните въображаеми експерименти, описани от учените, са изпълнени на практика като резултатите в повечето случаи съвпадат с теоретичните прогнози. "Ние предполагаме, че последствията ще бъдат много важни, защото те засягат някои от фундаменталните концепции на квантовата механика."- заяви Толескен.

Още по темата

29/12/2015

Физика

Пробивите във физиката през 2015: Нови частици и квантова телепортация

10/01/2016

Физика

"Какво всъщност е реалността?" - отговаря квантовата физика

26/10/2015

Физика

Как се преминава през стени в квантовия свят

28/05/2015

Физика

Котката на Шрьодингер. Различни интерпретации на квантовата неопределеност