Heinricho Heine universiteto Diuseldorfe (Heinrich-Heine University Duesseldorf, HHU) fizikai bendradarbiaudami su Vokietijos aviacijos ir kosmoso centru (German Aerospace Center, DLR) ištyrė pagrindinę kvantinės mechanikos savybę. Žurnale „Physical Review Letters“ paskelbtame straipsnyje jie rodo, kad ši teorija nebūtinai turi būti suformuluota kompleksiniais skaičiais – iš tikrųjų galima naudoti ir tik realiuosius skaičius.
Ar kvantinė mechanika įmanoma tik su realiaisiais skaičiais? – tyrimo rezultatų diagrama. Šaltinis: Pedro Barrios Hita, HHU
Fizinė kvantinės mechanikos teorija apibūdina atominių ir subatominių dalelių pasaulį. Jos kūrimas prasidėjo XX a., kai dirbo tokie fizikai kaip Maxas Planckas, Nielsas Bohras, Werneris Heisenbergas ir Erwinas Schrödingeris.
Kvantinė mechanika gali efektyviai apibūdinti reiškinius mikroskopiniu mastu, įskaitant, pavyzdžiui, dalelių difrakciją dvigubame plyšyje, kuri rodo, kad dalelės taip pat pasižymi bangomis panašiu elgesiu, ir kvantinio tuneliavimo efektą, kai egzistuoja tam tikra tikimybė, kad dalelės gali prasiskverbti pro barjerą, net jei jos tam neturi pakankamai energijos. Ypač svarbūs reiškiniai šiandien yra susietumas ir koherencija, kurie yra labai svarbūs tokiose srityse kaip kvantiniai kompiuteriai ir komunikacija.
Vadinamieji kompleksiniai skaičiai yra svarbi kvantinės mechanikos priemonė. Skaičius žymimas dviem koordinatėmis – realiąja ir menamąja dalimis; kvantinė būsena turi amplitudę, kurią žymi realioji dalis, ir fazę, kurią žymi menamoji dalis. Be šios konstrukcijos daugelis procesų anksčiau negalėjo būti aprašyti naudojant kvantinę mechaniką.
Tačiau vis dar ginčijamasi, ar kompleksiniai skaičiai yra iš esmės būtini kvantinėje mechanikoje, ar šie skaičiai yra tiesiog praktinis skaičiavimo įrankis. Todėl kyla klausimas: ar kvantinė mechanika įmanoma tik su realiaisiais skaičiais?
2021 m. paskelbtame tyrime autoriai padarė išvadą, kad kompleksiniai skaičiai yra būtini kvantinei mechanikai pagal standartinius postulatus. Tai buvo patvirtinta ir eksperimentiškai.
Dabar fizikų komanda iš HHU ir DLR, vadovaujama profesorės dr. Dagmar Bruß ir jos doktoranto tyrėjo Pedro Barrios Hita, išnagrinėjo ankstesniame tyrime naudotus postulatus. Straipsnyje, kuris dabar paskelbtas žurnale „Physical Review Letters“, jie rodo, kad vienas iš šių postulatų yra pernelyg ribojantis. Vietoj to, autoriai nustatė fiziškai motyvuotą alternatyvą sistemos sudėties formalizavimui, kuri sukuria teorijų klasę, kurią galima suformuluoti vien tik realiaisiais skaičiais ir kuri eksperimentiškai nesiskiria nuo standartinės kvantinės mechanikos.
Profesorius Bruß sakė: „Tai reiškia, kad abi sistemos pateikia identiškas prognozes bet kokiam įsivaizduojamam eksperimentui. Taigi šioje sistemoje kompleksiniai skaičiai kvantinėje mechanikoje iš esmės nėra būtini ir iš principo gali būti pakeisti alternatyviomis formuluotėmis, naudojant realiuosius skaičius.“
Pedro Barrios Hita et al, Quantum Mechanics Based on Real Numbers: A Consistent Description, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/4k13-sdjh
Journal information:Physical Review Letters
Vilniaus universiteto mokslininkai – apie kvantines technologijas
Fizikų tyrimai rodo, kad stygų teorija unikaliai kyla iš pagrindinių prielaidų apie Visatą
Įkvėpti kvantinių technologijų, VU mokslininkai sukūrė itin jautrų spektroskopinį įrankį