가장 작은 규모에서는 현실에 대한 우리의 직관적인 관점이 더 이상 적용되지 않습니다. 물리학은 근본적으로 결론이 나지 않는 것과 같습니다. 우주를 픽셀로 나누는 입자에 가까워질수록 무시하기가 더 어려워지는 사실입니다.

그것을 더 잘 이해하기 위해 물리학자들은 창의력을 발휘해야 했습니다. 완전히 새로운 프레임워크 양자이론은 확실성이 아닌 확률에 기초한 이론이다. 이것이 양자론으로, 얽힘부터 중첩까지 모든 종류의 현상을 설명합니다.

그러나 우리가 보는 것을 설명하는 데 양자 이론이 얼마나 유용한지를 보여준 한 세기의 실험에도 불구하고, 우주의 구성 요소가 시간과 공간의 신뢰할 수 있는 구성 요소라는 우리의 “고전적인” 견해를 떨쳐버리는 것은 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 우리는 우리가 보는 것을 설명하는 데 양자 이론이 유용하다고 상상할 수 없습니다. 아인슈타인은 강제로 동료 물리학자에게 “당신이 보지 않는 달은 정말 존재하지 않는다고 생각하시나요?”라고 묻자.

많은 물리학자들은 우리가 거시적 실험을 설명하기 위해 사용하는 물리학이 모든 양자 물리학을 설명하는 데 사용될 수 있는지 수십 년 동안 궁금해했습니다.

새로운 연구에 따르면 대답은 ‘아니오’입니다.

구체적으로, 중성자는 빔으로 발사됩니다. 중성자 간섭계 동시에 두 장소에 존재할 수 있는데, 이는 고전 물리학에서는 불가능합니다.

이 테스트는 다음과 같은 수학적 주장을 기반으로 합니다. Leggett-Garg 정리의 부등식, 이는 시스템이 항상 사용 가능한 두 가지 상태 중 하나에 있음을 나타냅니다. 본질적으로 슈뢰딩거의 고양이는 살아 있거나 죽어 있으며 측정 결과가 결과에 영향을 주지 않고도 어떤 상태에 있는지 확인할 수 있습니다.

고전 물리학만을 사용하여 안정적으로 이해할 수 있는 대규모 시스템은 Leggett-Garg 부등식을 따릅니다. 그러나 양자 세계의 시스템은 이를 위반합니다. 고양이는 살아 있으면서도 동시에 죽어 있는데, 이는 양자 중첩에 비유됩니다.

“이 아이디어는 더 유명한 아이디어와 비슷합니다. 벨의 부등식“, 이 공로로 2022년 노벨 물리학상이 수상되었습니다.” 물리학자 엘리자베스 크로이츠그루버(Elizabeth Kreuzgruber)는 이렇게 말합니다. 비엔나 공과대학교 출신.

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“그러나 벨의 불평등은 입자의 행동이 다른 양자 얽힌 입자와 얼마나 강력하게 관련되어 있는지에 대한 질문과 관련이 있습니다. Leggett-Garg 불평등은 단 하나의 객체에만 관련되며 다음과 같은 질문을 던집니다. 특정 시점의 상태가 어떻게 관련되어 있습니까? 다른 특정 시점에 동일한 객체의 상태가 어떻게 되나요?” “

중성자 간섭법은 목표물에 중성자 빔을 발사하는 것을 포함합니다. 패킷이 장치를 통과하면서 패킷은 두 부분으로 나뉘며, 패킷의 각 끝은 나중에 재조립될 별도의 경로를 취합니다.

Leggett와 Garg의 정리에 따르면 단순 이진 시스템에 대한 측정은 실제로 두 가지 결과를 제공할 수 있습니다. 나중에 다시 측정하면 이러한 결과는 상관 관계가 있지만 특정 지점에만 해당됩니다.

재결합되기 전에 중성자 빔이 반으로 분할되는 것을 보여주는 실험 다이어그램. (비엔나 공과대학교)

양자 시스템의 경우 Leggett 및 Garg의 정리가 더 이상 적용되지 않으므로 이 임계값 이상의 상관 관계가 허용됩니다. 실제로 이는 연구자들이 시스템을 이해하기 위해 양자 이론이 필요한지 여부를 구별할 수 있는 방법을 제공합니다.

“그러나 이 문제를 실험적으로 조사하는 것은 쉽지 않습니다.” 물리학자 리차드 바그너(Richard Wagner)는 말한다. 비엔나 공과대학교 출신. “거시적 사실성을 테스트하려면 어떤 의미에서 거시적인 물체, 즉 그 크기가 일상적인 물체의 크기와 비슷해야 합니다.”

이를 달성하기 위해 간섭계에서 중성자 빔의 두 부분 사이의 거리는 양자 규모보다 더 큰 규모입니다.

“양자 이론은 모든 중성자가 동시에 두 경로로 이동한다고 말합니다.” 물리학자 Niels Gerrits는 이렇게 말합니다. 비엔나 공과대학교 출신. “그러나 두 개의 부분 빔은 수 센티미터 떨어져 있습니다. 어떤 의미에서 우리는 양자 표준에 따라 거대한 양자 물체를 다루고 있습니다.”

연구원들은 여러 가지 측정 방법을 사용하여 서로 다른 시간에 중성자 빔을 검사했습니다. 실제로 측정값은 너무 밀접하게 상호 연결되어 있어 고전적인 규칙을 전체 현실에 적용할 수 없었습니다. 그들의 측정은 중성자가 실제로 몇 센티미터 떨어진 두 개의 별도 경로에서 동시에 이동하고 있음을 나타냅니다.

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그것은 단지 최신 버전입니다 일련의 Liggett-Garg 실험 이는 우리가 살고 있는 우주를 설명하기 위해서는 실제로 양자 이론이 필요하다는 것을 보여줍니다.

“우리의 실험은 양자 이론이 주장하는 것처럼 자연이 참으로 이상하다는 것을 보여줍니다.” 물리학자 스테판 스포나(Stefan Sponar)는 이렇게 말합니다. 비엔나 공과대학교 출신. “당신이 어떤 현실적인 고전 이론을 생각해내더라도 그것은 결코 현실을 설명할 수 없습니다. 양자 물리학 없이는 작동하지 않습니다.”

이 연구는 자료 검토 편지.

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