Ученые обнаружили нелогичное свойство квантовых частиц, называемое «обратным потоком».
Квантовая механика продолжает совершать головокружительные открытия, поскольку математики обнаруживают, что квантово-механические частицы могут двигаться в направлении, противоположном тому, где они находятся толкают. Это как толкать мяч вперед, а он вместо этого катится к вам.
Ученые из университетов Йорка, Мюнхена и Кардиффа показали, что на микроскопическом уровне квантовые частицы могут двигаться против их импульса, проявляя особое свойство, называемое «обратным потоком».
Исследователи знали о таком движении и раньше, но в «свободных» квантовых частицах, на которые не действует никакая сила. Используя анализ и численные методы, они обнаружили, что обратный поток есть всегда, но как небольшой трудноизмеримый эффект.
Что отвечает за это удивительное свойство? Дуальность волна-частица, согласно которой каждая частица может вести себя как частица или волна, и «вероятностный характер» квантовой механики, когда свойства частиц не фиксируются до тех пор, пока они не будут обнаружены.
Dr. Хеннинг Бостельманн с факультета математики Йоркского университета подробно остановился на открытии:
«Этот новый теоретический анализ квантово-механических частиц показывает, что эффект «обратного потока» широко распространен в квантовой физике», - сказал Бостельманн в пресс-релизе. «Мы показали, что обратный поток может возникнуть всегда, даже если на квантовую частицу действует сила во время ее движения. Эффект обратного потока является результатом корпускулярно-волнового дуализма и вероятностной природы квантовой механики, и он уже хорошо изучен в идеализированном случае бессилового движения».
Dr. Даниэла Кадамуро из Технического университета Мюнхена объяснила, что, хотя ученые знали об эффекте обратного потока, он всегда наблюдался, когда на частицу не действовали внешние силы, и исследователи показали, что обратный поток продолжает действовать. происходят даже при наличии внешних сил, а это означает, что такие силы «не разрушают эффект обратного потока, что является захватывающим новым открытием».
Практические последствия этого открытия могут привести к более сильному компьютерному шифрованию. Эффект еще не проверен в лаборатории, но ученые работают над постановкой соответствующих экспериментов, возможно, с конденсатом Бозе-Эйнштейна. Ранее в этом году их использовали для создания сверхтекучей жидкости с «отрицательной массой», в которой частицы вели себя так же нелогично.
Примечательно, что Альберт Эйнштейн заметил странность, с которой сталкиваешься при столкновении с квантовой механикой:
“Кажется, что мы должны использовать иногда одну теорию, иногда другую, а иногда мы можем использовать любую из них. Мы сталкиваемся с новым видом трудности. У нас есть две противоречивые картины реальности; по отдельности ни один из них полностью не объясняет явления света, но вместе они объясняют», - писал Эйнштейн в книге 1938 года вместе с Леопольдом Инфельдом.
Вы можете прочитать новое исследование здесь, в журнале Physical Review A.
Хотите узнать больше о дуальности волновых частиц?