Η κβαντομηχανική είναι ένας κλάδος της φυσικής που εξηγεί πώς συμπεριφέρονται η ύλη και η ενέργεια στην ατομική και υποατομική κλίμακα. Αναπτύχθηκε στις αρχές του 1900 από πρωτοπόρους, όπως οι Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg και Erwin Schrödinger, και έγινε μια από τις πιο επιτυχημένες επιστημονικές θεωρίες που αναπτύχθηκαν ποτέ.
Η θεωρία περιγράφει με ακρίβεια ένα ευρύ φάσμα μικροσκοπικών φαινομένων. Αυτά περιλαμβάνουν το περίφημο πείραμα διπλής σχισμής, όπου τα σωματίδια παρουσιάζουν επίσης κυματική συμπεριφορά, και την κβαντική σήραγγα, όπου τα σωματίδια έχουν τη δυνατότητα να περάσουν ένα φράγμα ακόμη και όταν δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να το διασχίσουν με την κλασική έννοια. Άλλα βασικά κβαντικά αποτελέσματα, όπως η εμπλοκή και η συνοχή, αποτελούν πλέον τη βάση των αναδυόμενων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των κβαντικών υπολογιστών και της κβαντικής επικοινωνίας.
Είναι πραγματικά σημαντικοί οι μιγαδικοί αριθμοί;
Για δεκαετίες, η κβαντομηχανική βασιζόταν σε μιγαδικούς αριθμούς, οι οποίοι συνδυάζουν ένα πραγματικό στοιχείο με ένα φανταστικό στοιχείο. Στη μαθηματική περιγραφή μιας κβαντικής κατάστασης, το πραγματικό μέρος αντιπροσωπεύει το πλάτος, ενώ το φανταστικό μέρος αντιπροσωπεύει τη φάση. Αυτό το πλαίσιο θεωρείται από καιρό απαραίτητο για την περιγραφή πολλών κβαντικών διεργασιών.
Παρόλα αυτά, οι φυσικοί συνεχίζουν να συζητούν εάν οι μιγαδικοί αριθμοί είναι πραγματικά θεμελιώδες μέρος της φύσης ή απλώς ένα βολικό μαθηματικό εργαλείο. Αυτό το ερώτημα οδηγεί φυσικά σε ένα άλλο: Μπορεί η κβαντική μηχανική να διατυπωθεί χρησιμοποιώντας μόνο πραγματικούς αριθμούς;
Επανεξέταση μιας βασικής κβαντικής υπόθεσης
Μια μελέτη του 2021 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι μιγαδικοί αριθμοί είναι απαραίτητοι σύμφωνα με τα Πρότυπα Αξιώματα της Κβαντικής Μηχανικής (Renu et al., Nature 600, 625 (2021)) πειραματικά αποτελέσματα υποστήριξαν επίσης αυτό το συμπέρασμα.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ (HHU) και το Γερμανικό Κέντρο Αεροδιαστημικής (DLR), με επικεφαλής τον καθηγητή Dagmar Brus και τον διδακτορικό ερευνητή Pedro Barrios Hita, αποφάσισαν να ρίξουν μια άλλη ματιά στις υποθέσεις πίσω από αυτή την προηγούμενη εργασία.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Επιστολή φυσικής αναθεώρησηςΔιαπίστωσαν ότι ένα αξίωμα που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση του 2021 ήταν πιο περιοριστικό από όσο ήταν απαραίτητο. Αντικαθιστώντας το με μια διαφορετική, φυσικά εμπνευσμένη προσέγγιση για την περιγραφή του πώς συνδυάζονται τα κβαντικά συστήματα, εντόπισαν μια οικογένεια θεωριών που μπορούν να εκφραστούν πλήρως με πραγματικούς αριθμούς, αλλά πειραματικά δεν διακρίνονται από τη συμβατική κβαντική μηχανική.
Ο καθηγητής Bruce είπε: “Αυτό σημαίνει ότι και τα δύο πλαίσια δίνουν πανομοιότυπες προβλέψεις για οποιοδήποτε πιθανό πείραμα. Σε αυτό το πλαίσιο, οι φανταστικοί αριθμοί δεν είναι θεμελιωδώς απαραίτητοι στην κβαντομηχανική και μπορούν να αντικατασταθούν από εναλλακτικούς τύπους που χρησιμοποιούν πραγματικούς αριθμούς.”
