В квантовом мире частицы вроде фотонов ведут себя то как частицы (точечные объекты), то как волны (распределенные в пространстве, создающие интерференцию). Классический эксперимент с двумя щелями это наглядно показывает: если фотоны проходят через щели без наблюдения, они ведут себя как волны и дают интерференционную картину на экране.

Но стоит поставить детекторы, фиксирующие, через какую щель пролетел фотон, как он тут же «становится» частицей, а интерференция исчезает. Наблюдение будто разрушает волновое поведение.

В 1978 году физик Джон Уилер задался вопросом: а что, если отложить решение — наблюдать за фотоном или нет — до того момента, когда он уже пройдет щели? Он усложнил эксперимент, добавив вторую пару щелей (или светоделитель). Теперь можно было выбирать: либо фиксировать траекторию фотона (измерять его как частицу), либо позволить ему интерферировать (проявить волновую природу) уже после того, как он пройдет первую преграду. Это назвали «экспериментом Уилера с отложенным выбором».

Позднее его воспроизвели в разных вариациях, и оказалось: результат все равно зависит от нашего решения, принятого уже после пролета фотона. Это пошатнуло привычные представления о причинности и реальности.

Недавно ученые из Нинбоского университета и Китайского университета науки и технологий предложили новую версию этого эксперимента. Раньше меняли только второй светоделитель, а теперь можно управлять и первым. Причем сделали это хитро: первый светоделитель «включали» или „выключали“ с помощью дополнительного фотона, запутанного с основным. В зависимости от того, как измеряли этот вспомогательный фотон, первый светоделитель либо работал, либо нет. Второй же светоделитель по-прежнему добавляли или убирали случайным образом, но уже после пролета фотона.

Результаты показали, что волно-частичный дуализм проявляется еще более причудливо. Это дает новое понимание квантовых измерений и того, как выбор экспериментатора влияет на реальность.

Исследование опубликовано в издании Science China Physics Mechanics and Astronomy.

Это не просто игра ума. Такие эксперименты:

• Ломают интуицию — заставляют пересмотреть, что значит «наблюдать» и „существовать“.
• Тестируют границы квантовой механики — если результат зависит от выбора, сделанного позже, значит, наша реальность куда менее определена, чем кажется.
• Прокладывают путь к новым технологиям — например, в квантовой криптографии, где «отложенный выбор» может стать основой для защиты данных.

Эксперимент по-прежнему не отвечает на главный вопрос: почему сознательное наблюдение (или его отсутствие) так радикально меняет поведение системы? Это пока лишь констатация странности, а не объяснение.

Ранее ученые измерили квантовую дуальность.