Группа исследователей Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне и Немецкого центра авиации и космонавтики предположила, что квантовую механику можно описать только действительными числами.
Хотя ранее в таких вычислениях также применялись мнимые числа, что соответствовало стандартным постулатам теории. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, может стать первым шагом к изменению подхода к вычислительным моделям в рамках квантовой теории.
Что такое мнимые числа
Квантовая механика — это фундаментальная теория в физике, которая описывает законы движения и взаимодействия объектов на уровне атомов, молекул и субатомов. Она объясняет природу явлений, которые невозможно описать с помощью законов классической механики, и лежит в основе многих современных технологий. Теория квантовой механики зародилась в начале XX века благодаря Нильсу Бору, Максу Планку, Эрвину Шредингеру, Вернеру Гейзенбергу, Альберту Эйнштейну и другим ученым-физикам.
Для расчетов в рамках этой теории традиционно применяются комплексные числа. Они состоят из действительной и мнимой части. Действительные числа представляют амплитуду квантового состояния, а мнимые — его фазу. Без комплексных чисел долгое время было невозможно описать многие процессы.
Традиционный подход и новый взгляд
Много лет ученые спорили, так ли необходимы комплексные числа в квантовой механике или это просто удобный математический прием для упрощения вычислений? Однако эксперимент исследователей из Института фотонных наук в Барселоне (Испания) 2021 года показал, что для вычислений в рамках стандартных постулатов квантовой механики такие числа необходимы.
Теперь немецкие физики пересмотрели эти постулаты и выявили, что одно из их основных ограничений было излишне строгим и существенно сужало возможности математических описаний. Ученые предложили ослабить данное правило и, таким образом, показали принципиально иную модель. В ней вычисления в квантовой механике основываются только на действительных числах, без применения мнимых, и не отличаются от результатов расчетов, полученных с помощью традиционных для этой теории моделей.
По словам авторов нового исследования, традиционная и новая модели дают одни и те же предсказания для любых экспериментов, но это не отменяет квантовую механику, а лишь показывает, что мнимая компонента — не обязательная ее часть.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые показали совершенно новое семейство квантовых суперпозиций.
