Физики предложили новый подход к описанию мира с точки зрения квантовых систем отсчета

Исследователи из Свободного университета Брюсселя и Института квантовой оптики и квантовой информации в Вене представили новую теоретическую основу для описания физики с позиции квантовых систем отсчета. Их работа, опубликованная в журнале Communications Physics, раскрывает важность ранее не учитывавшихся «дополнительных частиц».

Любое физическое измерение требует системы отсчета. Например, время события имеет смысл только относительно часов, а положение частицы определяется относительно других частиц. Обычно системы отсчета считаются классическими объектами с четко определенными значениями. Однако все системы в основе своей квантовые и могут находиться в суперпозиции состояний. Как выглядит мир с точки зрения такой квантовой системы отсчета?

Эстебан Кастро-Руиз и Огнян Орешков предложили решение этой проблемы. Они разработали математически последовательный способ преобразования между перспективами разных квантовых систем отсчета, используя только стандартный аппарат квантовой теории.

Ключевое открытие заключается в том, что перспектива системы отсчета должна включать все подсистемы, доступные «изнутри», без опоры на внешнюю систему отсчета. Оказалось, что помимо основной системы, описываемой относительно системы отсчета, существует дополнительная подсистема, несущая информацию о реляционных свойствах самой системы отсчета.

«В случае, когда система отсчета находится в классическом состоянии, дополнительная частица не несет информации и может игнорироваться, что объясняет, почему ее упускают в стандартных учебниках по квантовой механике», — поясняет Кастро-Руиз.

«Что удивительно, так это то, что находится ли наша система отсчета в классическом состоянии или в квантовой суперпозиции, можно определить внутренне, измерив дополнительную частицу. Это свойство не зависит от внешней системы отсчета, вопреки прежним представлениям».

Орешков подчеркивает простоту решения: «Наша рамка не делает гипотез — она выводится из перспективы фоновой системы отсчета с использованием стандартных квантово-механических инструментов, но результаты не зависят от внешнего системы отсчета и применимы даже когда его нет».

Новый подход закладывает основу для более глубокого, реляционного понимания роли систем отсчета в квантовой теории с потенциальным применением в калибровочных теориях и гравитации.