Ученые открывают новый взгляд на квантовую физику, связанный с понятием квантовых систем отсчета. Идея систем отсчета долгое время использовалась в классической физике, начиная с Галилея и Ньютона и вплоть до теорий относительности Эйнштейна, где пространство и время были показаны как изменчивые и подверженные деформации сущности. Однако в квантовой механике эта концепция оставалась в значительной степени игнорируемой – до недавнего времени.
Классический пример иллюстрирует важность систем отсчета: представьте платформу, с которой наблюдается движение тележки. Если девочка на тележке уронит мяч, он упадет для нее вертикально вниз. Однако с точки зрения наблюдателя на платформе, мяч описывает дугу. Это различие объясняется разными системами отсчета: одной, привязанной к тележке, и другой – к платформе.
В квантовой механике наблюдатели часто предполагались находящимися в одной общей системе отсчета, что теперь подвергается пересмотру. Новые исследования показывают, что системы отсчета сами могут находиться в суперпозиции – состоянии, когда объект одновременно присутствует в нескольких местах. Например, если система отсчета А связана с квантовым объектом, имеющим вероятность находиться в разных точках, то для системы отсчета B эта система А кажется “размытой” по пространству. В свою очередь, для системы А размытой будет система B. Таким образом, относительные свойства, такие как суперпозиция и запутанность, зависят от выбора системы отсчета.
Исследования , проведенные Чаславом Брукнером и его коллегами, открыли новые аспекты квантовых явлений. В частности, было продемонстрировано, что выбор системы отсчета влияет на то, какие системы кажутся запутанными или находящимися в суперпозиции. Например, две системы отсчета могут быть взаимосвязаны так, что одна из них оказывается в суперпозиции только относительно другой, а не в абсолютном смысле.
Эти открытия могут пролить свет на фундаментальные проблемы квантовой физики. Одним из ключевых вопросов является проблема взаимодействия квантовой механики и гравитации. Общая теория относительности Эйнштейна рассматривает гравитацию как искривление пространства-времени массивными объектами. Но что происходит, если сам массивный объект находится в квантовой суперпозиции? Ответ на этот вопрос может стать возможным с использованием квантовых систем отсчета, впервые введенных в 1984 году, где объект занимает определенное положение относительно одной из них, что позволяет рассчитать его гравитационное поле.
Применение квантовых систем отсчета может упростить задачи, которые ранее считались нерешаемыми. Например, эксперименты с помещением небольших масс в состояние суперпозиции могут стать более понятными благодаря новым подходам к описанию этих систем.
Однако квантовые системы отсчета остаются сложной областью. В отличие от классических систем отсчета, где трансформации между ними обратимы, для квантовых систем это свойство не всегда выполняется. Более того, пока нет единого подхода к определению и переводу между различными квантовыми системами отсчета. Разные группы исследователей предлагают свои методы, которые на первый взгляд кажутся разумными, но часто несовместимы друг с другом.
Тем не менее, это направление исследований может оказаться ключевым для понимания квантового мира. Исследования уже начались, но предстоит еще долгий путь, чтобы разрешить парадоксы, стоящие на пересечении классической и квантовой физики.