Как квантовая физика может сломать простую арифметику
В 2014 году команда физиков решила провести параллель между квантовой физикой и простой арифметикой. Используя базовые принципы квантовой механики, команда Якира Ааронова вскоре обнаружила, что квантовые частицы не поддаются законам математики.
В 1834 году немецкий математик Питер Густав Лежен Дирихле сформулировал закон, который он назвал принципом ящика. Теперь это известно как принцип “голубиного отверстия”. Он гласит, что если голубей больше, чем лунок, и мы поместим каждого из них в отдельное отверстие, как минимум одна лунка насчитает две или более птицы. Этот закон лежит в основе счета и простой арифметики. А, как известно, простая арифметика и счет держат на себе физику, биологию и все нас окружающее.
В 2014 году физик Якир Ааронов собрал команду для того, чтобы проверить последнее. По итогу их экспериментов выяснилось, что принципу голубиного отверстия поддается все, кроме наименьших квантовых частиц. В доказательство этому Ааронов привел упрощенное объяснение. Он описал случай, при котором основные законы квантовой механики противоречат теории счета.
Квантовые частицы поддаются двум базовым принципам — квантовой запутанности и суперпозиции. Квантовая запутанность гласит о том, что две частицы могут быть взаимосвязаны, и изменение состояния одной незамедлительно приведет к изменению второй. Суперпозиция же обозначает, что одна частица может находиться в нескольких состояниях одновременно.
Аарон предположил, что если взять три квантовые частицы и две закрытые коробки, то квантовая механика позволит нарушить принцип голубиного отверстия. Возьмем связанные между собой частицы А, Б и В, которые заведомо переплетены таким образом, что не могут находиться в одной коробке. Положим частицу А в коробку под номером 1, а частицу Б — под номером 2. Согласно нашему условию, Б и В тоже не могут находиться в одном месте, значит частица В будет помещена в коробку номер 1. Однако по условиям эксперимента А и В также находятся в разных контейнерах. Суперпозиция гласит, что А одновременно в разных коробках относительно В и Б. По итогу мы имеем три частицы, помещенные в две коробки и ни одна из коробок не содержит в себе больше одной частицы.