Опровергателя квантовой механики Рафаэля Чавеса, «опровергли»

В мае 2018 года Рафаэль Чавес с коллегами из Международного института физики  показали, что мысленный эксперимент Уилера измышленный в «Копенгагенской интерпретации» идей квантовой механики при определённых предположениях можно объяснить при помощи классической модели, приписывающей фотону внутренние свойства.


Рафаэль Чавес

Уилер верил в нереальность объектом мира до их наблюдения. Эта философия известна как антиреализм. Как бы эксперимент Уиллера стал аргументом в пользу антиреализма на квантовом уровне.

Но Чавес, как бы найдя уязвимость в эксперименте Уилера, не отказался от волновых представлений о фотоне, ведь тогда бы пришлось вообще отказаться от квантовой механики и тут же получил отповедь от адептов квантовой механики.

Идея эксперимента Уилера и его опровержения Чавесом строится на использовании прибора с двумя щелями под названием интерферометр Маха — Цендера.

В эксперименте один фотон запускают в сторону полупрозрачного зеркала, или светоделителя. Фотон с равной вероятностью либо отражается, либо проходит сквозь него – в результате чего в итоге идёт по одному из двух путей. В данном случае он пойдёт либо по пути 1, либо по пути 2, и попадёт либо в детектор Д1, либо в Д2, с равной вероятностью. Фотон ведёт себя как невидимое целое, демонстрируя свою корпускулярную натуру.

В точке пересечения путей 1 и 2 можно добавить ещё один светоделитель, что как бы «всё меняет». В таком случае квантовая механика говорит, что фотон как бы проходит по двум путям одновременно как волна. Две этих волны сходятся вместе на втором светоделителе. Эксперимент можно поставить так, что волны комбинируются конструктивно – пик к пику, провал к провалу – только если они идут по направлению к детектору Д1. А путь к счётчику Д2 обозначает деструктивную интерференцию. При таком раскладе фотон всегда можно будет найти в Д1, и никогда – в Д2. В таком случае фотон демонстрирует свою волновую природу.


Сверху: фотон как частица. Каждый из детекторов регистрируют фотон в 50% случаев.
В середине: фотон как волна. Фотон регистрирует только Д1.
Внизу: отложенный выбор. Начинаем без второго светоделителя, и добавляем его в последний момент. Фотон, который сначала вёл себя как частица, внезапно начинает вести себя как волна.
Вывод: либо внедрение второго светоделителя отправляет фотону сигнал в прошлое, либо у фотона нет никаких внутренних свойств.

Уилера  придумал вопрос: что, если мы задержим выбор того, добавлять ли второй светоделитель? Предположим, фотон входит в интерферометр, когда там нет второго светоделителя. Он должен вести себя как частица. Но можно добавить второй светоделитель в самую последнюю наносекунду. Теория и эксперимент демонстрируют, что фотон, который до этого должен был вести себя как частица, и попасть либо в детектор Д1, либо к Д2, начинает вести себя как волна, и попадает только в Д1. Для этого ему, кажется, надо идти по двум путям одновременно, а не по одному из них. В понимании адептов квантовой механики, верящих в дуализм частиц, всё происходит так, будто фотон «вернулся назад во времени и изменил свою сущность с частицы на волну». (В реальности фотон только частица и в приборах может проявлять те или иные свои свойства.)

Для «объяснения» своей выдумки о «возврате фотона назад во времени и измении им своей сущностьъи с частицы на волну», адепты квантовой механики столетие назад и лишили фотона внутренней реальности, и утверждают, что фотон становится реальным только при измерении.
Команда Чавеса решила объяснить это же неким новым набором идей, причинно-следственного моделирования.
Чавес и его коллеги, Габриэла Лемос и Жак Пьенар предположили, что фотон, сразу после прохождения первого светоделителя, имеет внутреннее состояние, определяемое, отрицаемой квантовой механикой, «скрытой переменной».   После прохождения первого светоделителя они решали, добавить или убрать второй светоделитель считая, что выбор экспериментатора не влияет на прошлое внутреннее состояние фотона.
Учитывая скрытую переменную, поддерживающую реализм, команда показала, что возможно записать правила, использующие значение переменной и наличие или отсутствие второго светоделителя, чтобы провести фотон к Д1 или Д2 способом, повторяющим предсказания квантовой механики. У них получилось классическое, каузальное, реалистичное объяснение.

«Это был нулевой шаг», — сказал Чавес. Следующий шаг – выяснить, как изменить эксперимент Уилера, чтобы можно было провести различие между классической теорией скрытой переменной и квантовой механикой.

В изменённом эксперименте интерферометр Маха — Цендера остался без изменений; второй светоделитель присутствует всегда. Вместо этого роль экспериментальных подстроек, которые исследователь может изменять по желанию, играют два сдвига по фазе – один в начале эксперимента, другой в конце.

Суммарный эффект двух сдвигов фазы изменяет относительную длину путей. Это меняет картину интерференции, а с ней и предполагаемое волновое или корпускулярное поведение фотона. К примеру, значение первого сдвига фазы может быть таким, что фотон ведёт себя как частица внутри интерферометра, а второй сдвиг может заставлять его вести себя как волна. Исследователям было нужно, чтобы второй сдвиг настраивался после первого.

С такой постановкой эксперимента команда Чавеса придумала способ различать классическую каузальную модель и квантовую механику. Допустим, первый фазовый переход может принять одну из трёх переменных, а второй – одну из двух. Получается шесть возможных постановок эксперимента. И здесь предсказания классической модели скрытых переменных и стандартной квантовой механики отличаются. Потом учёные составили формулу. Формула получает на вход вероятности, подсчитанные на основе количества раз, которые фотон приходит в определённый детектор (на основе постановки с двумя фазовыми переходами). Если формула равняется нулю, то классическая каузальная модель способна объяснить статистику. Но если уравнение выдаст число больше нуля, тогда, из-за определённых ограничений, накладываемых на скрытые переменные, не существует классического объяснения результатов эксперимента.

Чавес объединился с Фабио Сциарино, специалистом по квантовой физике из Сапиенца — Римского университета, и его коллегами, чтобы проверить неравенство.

На этих формулах и споткнулись. Как известно есть просто ложь, чудовищная ложь, и высочайшая форма лжи — статистика. Дело, прежде всего, в том, что на схемах и в описании экспериментаторы описывают прохождение своих лабиринтов единичными фотонами, чего не бывает никогда. А далее ложь добавляют сами формулы.

В общем против идей Чавеса и за идеи копенгагенцеы выступили две китайских команды – одна под руководством Жана-Вей Пана, физика-экспериментатора из Китайского научно-технического университета в Хэфэе, а вторая – под руководством Гуан-Кана Гуо, из того же университета, проводили свои эксперименты.

Каждая команда реализовала схему немного по-своему. Группа Гуо придерживалась простого варианта, использовав реальный интерферометр Маха-Цендера. «Этот эксперимент, по-моему, наиболее близок к оригинальному предложению Уилера», — сказал Говард Вайзман, теоретик из Гриффитского университета, не принимавший участия в экспериментах.

Все три команды показали, что результат вычисления формулы превышает ноль со статистической значимостью. Они исключили те классические каузальные модели, которые могли объяснить эксперимент Уилера с отложенным выбором. Лазейка закрылась. «Наш эксперимент спас знаменитый мысленный эксперимент Уилера», — сказал Пан.

Похожие статьи

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *