Китайские физики поставили эксперимент Эйнштейна и подтвердили правоту Бора

Китайские учёные из Университета науки и технологий Китая под руководством Цзянь-Вэя Паня провели реальный эксперимент, который почти век назад предложил Альберт Эйнштейн в рамках знаменитого спора с Нильсом Бором о принципах квантовой механики. Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, подтверждают правоту Бора и принцип дополнительности.

Нильс Бор (слева) и Альберт Эйнштейн на конференции Сольвея в 1925 году. Фото: Wikimedia, общественное достояние

В 1927 году Эйнштейн, скептически относившийся к стандартной копенгагенской интерпретации квантовой механики, предложил мысленный эксперимент с двумя щелями, чтобы опровергнуть принцип дополнительности Бора. Этот принцип утверждает, что такие пары свойств частиц, как положение и импульс, невозможно измерить одновременно.

Эйнштейн полагал, что его установка — где частица сначала проходит через одну щель, закреплённую на чувствительных к импульсу пружинах, а затем через двойную щель — позволит одновременно наблюдать и корпускулярные, и волновые свойства, тем самым выявив противоречие. Бор же утверждал, что точное измерение импульса частицы у первой щели, согласно принципу неопределённости Гейзенберга, приведёт к размытию интерференционной картины от двойной щели.

В современном эксперименте роль частицы играл фотон, а роль первой щели — одиночный атом рубидия, удерживаемый оптическим пинцетом. Изменяя глубину ловушки, физики динамически настраивали неопределённость импульса атома. Как и предсказывал Бор, это приводило к увеличению или уменьшению чёткости интерференционных полос: чем точнее измерялся импульс, тем более размытой становилась картина.

«Видимость интерференции Эйнштейна-Бора определяется степенью квантовой запутанности по степени свободы импульса между фотоном и щелью», — пишут авторы исследования.

Хотя принцип дополнительности уже давно подтверждён многочисленными опытами, практическая реализация этого исторического мысленного эксперимента является важным достижением. Учёные планируют использовать квантовую томографию состояния для прямого исследования запутанности, а также изучать переход от квантового поведения к классическому, постепенно увеличивая массу «щели».