Эйнштейн против Бора — финальный раунд. Физики воссоздали столетний эксперимент и окончательно разгромили теорию великого гения
Атом рубидия при температуре абсолютного нуля рассказывает, кто же на самом деле был прав.
Квантовая физика пережила редкий символический момент: спустя столетие после острых дискуссий между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором учёным удалось в реальном эксперименте воспроизвести одну из самых известных мыслительных задач, с помощью которой Эйнштейн пытался поставить под сомнение основы квантовой теории. И — как ни удивительно — сама природа снова подтверждает выводы Бора.
Команда Университета науки и технологии Китая под руководством Пань Цзяньвэя применила исключительно чувствительный интерферометр на одиночном атоме, чтобы перенести аргументы 1927 года из плоскости теоретических рассуждений в лабораторную практику. В основе эксперимента лежит знаменитая схема двойной щели, где одиночные фотоны проявляют волновые свойства и формируют интерференционную картину. Эйнштейн предложил модификацию: ввести в одну из щелей сверхлёгкий подвижный элемент, который смог бы ощутить микроскопический импульс пролетающего фотона. Если такой толчок удастся зафиксировать, утверждал он, можно будет узнать путь фотона, не разрушив при этом интерференцию.
В XX веке реализовать идею было невозможно: приборов с нужной чувствительностью просто не существовало. Китайские исследователи нашли иной путь. Они поместили одиночный атом рубидия в лазерную ловушку и охладили его до температур, близких к абсолютному нулю. В таком состоянии атом действительно становился тем самым подвижным элементом — эквивалентом колеблющейся щели из эйнштейновского мысленного эксперимента.
Дальнейшая динамика полностью зависела от того, насколько свободно атом мог смещаться. Когда удерживающее поле ослабляли, атом слегка колебался и регистрировал импульс от фотона: путь становился известен, а интерференция исчезала. При более жёсткой фиксации смещение пропадало, траектория оставалась неизвестной — и интерференционная картина восстанавливалась. Именно на эту взаимную исключаемость указывал Бор: некоторые свойства квантового объекта невозможно измерить одновременно, как бы точно ни была настроена аппаратура.
Как отмечает Американское физическое общество, учёные могли управлять размытостью интерференционных полос, изменяя неопределённость импульса фотонов — и в каждом случае получали поведение, строго совпадающее с теорией. Итак, теперь мы точно знаем: попытка получить лишнюю информацию о системе неизбежно меняет её состояние. Стремление одновременно увидеть и частицу, и волну приводит к исчезновению одной из сторон этого дуализма.
И, похоже, спустя сто лет наблюдаемая картина остаётся прежней: Эйнштейн умел задавать вопросы, но в этом конкретном споре природа следует логике Бора.