U najmanjim razmerama, naš intuitivni pogled na stvarnost više ne važi. Gotovo kao da je fizika suštinski neodlučna, istina koju je sve teže ignorisati dok zumiramo čestice koje pikseliziraju naš Univerzum. Da bi ga bolje razumeli, fizičari su morali da osmisle potpuno novi okvir u koji bi ga postavili, zasnovan na verovatnoći nad sigurnošću. Ovo je kvantna teorija i opisuje sve vrste fenomena, od uplitanja do superpozicije.
Ipak, uprkos veku eksperimenata koji pokazuju koliko je kvantna teorija korisna u objašnjavanju onoga što vidimo, teško je uzdrmati naše ‘klasično’ viđenje građevinskih blokova Univerzuma kao pouzdanih fiksatora u vremenu i prostoru. Čak je i Ajnštajn bio primoran da pita svog kolegu fizičara: „Da li zaista verujete da Mesec nema kada ga ne gledate?“
Brojni fizičari su se decenijama pitali da li postoji način na koji se fizika koju koristimo da opišemo makroskopska iskustva takođe može koristiti za objašnjenje celokupne kvantne fizike. Sada je nova studija takođe utvrdila da je odgovor veliki debeli ne.
Konkretno, neutroni ispaljeni u snopu u neutronskom interferometru mogu postojati na dva mesta u isto vreme, nešto što je nemoguće u klasičnoj fizici. Test je zasnovan na matematičkoj tvrdnji zvanoj Legget-Gargova nejednakost, koja kaže da je sistem uvek determinisano u jednom ili drugom od dostupnih stanja. U suštini, Šredingerova mačka je ili živa ili mrtva, i mi smo u mogućnosti da odredimo u kom se od tih stanja nalazi a da naša merenja ne utiču na ishod.
Makro sistemi – oni koje možemo pouzdano razumeti koristeći samo klasičnu fiziku – poštuju Leggett-Gargovu nejednakost. Ali sistemi u kvantnom carstvu to krše. Mačka je živa i mrtva istovremeno, analogija za kvantnu superpoziciju.
Neutronski interferometar uključuje ispaljivanje snopa neutrona na metu. Kako snop putuje kroz aparat, on se deli na dva dela, pri čemu svaki od zupčanika snopa putuje odvojenim putanjama dok se kasnije ne kombinuju. Legetova i Gargova teorema kaže da merenje na jednostavnom binarnom sistemu može efikasno dati dva rezultata. Izmerite to ponovo u budućnosti, ti rezultati će biti povezani, ali samo do određene tačke.
Za kvantne sisteme, Legetova i Gargova teorema više ne važi, dozvoljavajući korelacije iznad ovog praga. U stvari, ovo bi dalo istraživačima način da razlikuju da li je sistemu potrebna kvantna teorema da bi se razumeo.
„Međutim, nije tako lako eksperimentalno istražiti ovo pitanje“, kaže fizičar Rihard Vagner sa Tehnološkog univerziteta u Beču. „Ako želimo da testiramo makroskopski realizam, onda nam je potreban objekat koji je u određenom smislu makroskopski, odnosno koji ima veličinu uporedivu sa veličinom naših uobičajenih svakodnevnih predmeta.
Da bi se ovo postiglo, prostor između dva dela neutronskog snopa u interferometru je na skali koja je više makro nego kvantna. „Kvantna teorija kaže da svaki pojedinačni neutron putuje na obe putanje u isto vreme“, kaže fizičar Niels Geerits sa Tehnološkog univerziteta u Beču. „Međutim, dva delimična snopa su udaljena nekoliko centimetara. U izvesnom smislu, imamo posla sa kvantnim objektom koji je ogroman po kvantnim standardima.“
Koristeći nekoliko različitih metoda merenja, istraživači su ispitivali neutronske zrake u različito vreme. I, sasvim sigurno, merenja su bila previše usko povezana da bi se mogla primeniti klasična pravila makro stvarnosti. Neutroni su, prema njihovim merenjima, zapravo putovali istovremeno na dva odvojena puta, razdvojeni rastojanjem od nekoliko centimetara.
To je samo najnoviji u dugom nizu Leget-Gargovih eksperimenata koji pokazuju da nam je kvantna teorija zaista potrebna da bismo opisali Univerzum u kojem živimo. „Naš eksperiment pokazuje: priroda je zaista čudna kao što kvantna teorija tvrdi“, kaže fizičar Stefan Sponar sa Tehnološkog univerziteta u Beču. „Bez obzira na koju klasičnu, makroskopski realističnu teoriju da smislite: ona nikada neće moći da objasni stvarnost. Ne funkcioniše bez kvantne fizike.“
Istraživanje je objavljeno u Physical Review Letters.
