Физика

Квантовую механику связали со специальной теорией относительности

Aryan Roy/UCLA

Физики-теоретики из Варшавского и Оксфордского университетов смогли найти точки соприкосновения специальной теории относительности с квантовой механикой. В своей статье, опубликованной в New Journal of Physics, они доказывают, что особенности квантовой механики, определяющие ее уникальность и «экзотичность», можно объяснить с помощью СТО.

Альберт Эйнштейн основал специальную теорию относительности на двух постулатах. Первый известен как принцип относительности Галилея. Согласно ему, все механические явления протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета, то есть описывающие их законы динамики одинаковы. Второй постулат, сформулированный в результате знаменитого эксперимента Майкельсона-Морли, заключается в неизменности значения скорости света при переходе между системами отсчета. Эйнштейн считал, что второй постулат имеет решающее значение. В действительности же решающее значение имеет принцип относительности. Уже в 1910 году Владимир Игнатовский показал, что только на основе этого принципа можно реконструировать все релятивистские явления специальной теории относительности.

СТО допускает три математически корректных типа частиц: движущиеся с субсветовыми скоростями, со скоростью света, и со сверхсветовыми скоростями. Третий вариант, допустимый теорией, всегда отвергался учеными как «нереальный». «Мы задались вопросом: что произойдет, если, не вдаваясь в физичность или нефизичность решений, мы всерьез примем не часть специальной теории относительности, а всю ее вместе со сверхсветовой системой? Мы ожидали причинно-следственных парадоксов. Между тем, мы видели именно те эффекты, которые формируют глубочайшее ядро квантовой механики», — рассказал один из авторов работы, сотрудник физического факультета Варшавского университета Анджей Драган.

Первоначально оба теоретика рассматривали упрощенный случай: пространство-время со всеми тремя семействами решений, но состоящее только из одного пространственного и одного временного измерения (1+1). Частица, находящаяся в состоянии покоя в одной системе решений, по-видимому, движется быстрее света в другой. В пространственно-временном континууме, построенном таким образом, недетерминированные события происходят естественным образом. Если в одной системе в точке А происходит создание сверхсветовой частицы, даже если этот процесс был полностью предсказан заранее, и движение ее в сторону точки В, в которой у принимающего объекта нет информации о причинах эмиссии, то с точки зрения наблюдателя во второй системе частица идет из точки B в точку А. Все из-за того, что они начинаются с совершенно непредсказуемого события. Оказывается, что аналогичные эффекты проявляются и в случае субсветовых выбросов частиц.

Оба теоретика также показали, что после учета сверхсветовых решений движение частицы одновременно по нескольким траекториям возникает естественным образом, а описание хода событий требует введения суммы объединенных амплитуд вероятностей, указывающих на существование суперпозиции состояний — явления, до сих пор связанного только с квантовой механикой.

В случае пространства-времени с тремя пространственными измерениями и одним временным (3+1), то есть соответствующим нашей физической реальности, ситуация сложнее. Принцип относительности в его первоначальном виде не сохраняется — можно различить субсветовые и сверхсветовые системы. Однако исследователи обратили внимание на то, что при применении принципа относительности в таком пространстве он модифицируется до такой формы: «возможность описания события локальным и детерминированным образом не должна зависеть от выбора инерциальной системы отсчета». Это ограничивает решения теми, для которых верны все выводы, сделанные из рассмотрения пространства (1+1).

«Вся странность, которая возникает при рассмотрении решений, относящихся к сверхсветовой системе, оказывается не более странной, чем то, что уже давно говорит общепринятая и экспериментально проверенная квантовая теория. Напротив, принимая во внимание сверхсветовую систему, можно — по крайней мере, теоретически — вывести некоторые постулаты квантовой механики из специальной теории относительности, которые обычно принимались как аксиомы», — говорит Драган.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.