저자 : Geoff Brumfiel of Nature magazine

많은 학생들이 가르치는 것과는 달리, 양자 불확실성이 항상 보는 사람의 눈에있는 것은 아닙니다. 새로운 실험에 따르면 양자 시스템을 측정한다고해서 반드시 불확실성이 도입되는 것은 아닙니다. 양자 세계가 왜 그렇게 모호하게 보이는지에 대한 교실 설명은 가장 작은 규모에서 알 수있는 것에 대한 근본적인 한계는 변하지 않습니다.

양자 역학의 기초에는 하이젠 베르크 불확실성 원리가 있습니다. 간단히 말해서 원리입니다. 예를 들어, 입자의 위치를 더 정확하게 알수록 그 운동량에 대해 더 적게 알 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 한계는 수학적으로 증명하기 쉬운 간단한 방정식으로 표현됩니다.

Heisenberg는 때로 불확실성 원리를 측정 문제로 설명했습니다. 그의 가장 잘 알려진 사고 실험은 전자 사진 촬영이었습니다. 사진을 찍기 위해 과학자는 전자 표면에서 가벼운 입자를 반사시킬 수 있습니다. 그러면 그 위치가 드러나지 만 전자에 에너지를 전달하여 이동하게됩니다. 전자의 위치에 대해 배우면 불확실성이 생성됩니다. 그 속도로; 그리고 측정 행위는 원리를 충족시키는 데 필요한 불확실성을 생성 할 것입니다.

물리학 학생들은 입문 수업에서 불확실성 원리의 측정-방해 버전을 여전히 배웁니다. 그러나 이것이 항상 그런 것은 아닙니다. 캐나다 토론토 대학의 Aephraim Steinberg와 그의 팀은 광자 (빛의 입자)에 대한 측정을 수행했으며 측정 작업이 하이젠 베르크의 원리에서 요구하는 것보다 덜 불확실성을 가져올 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 광자의 특성에 대한 정보는 하이젠 베르크의 한계를 초과합니다.

섬세한 측정
Steinberg의 그룹은 위치와 운동량을 측정하는 것이 아니라 광자의 두 가지 상호 관련 특성을 측정합니다. : 편광 상태. 이 경우 한 평면을 따른 편광은 본질적으로 다른 평면을 따라 편광과 연결되어 있으며 Heisenberg의 원칙에 따라 두 상태를 모두 알 수있는 확실성에 한계가 있습니다.

연구자들은 한 평면에서 광자의 편광을 ‘약한’측정으로 방해하기에는 충분하지 않지만 대략적인 방향 감각을 생성하기에 충분합니다. 다음으로 그들은 두 번째 평면에서 편광을 측정했습니다. 그런 다음 두 번째 측정에 의해 방해를 받았는지 확인하기 위해 첫 번째 편광을 정확하거나 “강하게”측정했습니다.

연구자들이 실험을 여러 번 수행했을 때 그들은 하나의 측정 값을 발견했습니다. 양극화는 불확실성 원리가 예측 한만큼 다른 상태를 항상 방해하지는 않았습니다. 가장 강력한 경우에 유도 된 흐릿함은 불확실성 원리에 의해 예측되는 것의 절반에 불과했습니다.

너무 흥분하지 마십시오. 불확실성 원리는 여전히 유효합니다. “결국에는 , “동시에 정확하게 알 수있는 방법은 없습니다.” 그러나 실험은 측정 행위가 항상 불확실성을 일으키는 것은 아니라는 것을 보여줍니다. “시스템에 이미 많은 불확실성이있는 경우 측정에서 발생하는 노이즈가 전혀 발생하지 않아도됩니다.”라고 그는 말합니다.

최신 실험은 두 번째 실험입니다. 올해 초 오스트리아 비엔나 공과 대학의 물리학자인 Yuji Hasegawa는 중성자 스핀 그룹을 측정하고 측정이 모든 불확실성을 시스템에 삽입 할 경우 예상되는 것보다 훨씬 낮은 결과를 도출했습니다.

그러나 최신 결과는 Heisenberg의 설명이 잘못된 이유에 대한 가장 명확한 예입니다. “이것은 Heisenberg 측정-방해 불확도 원리에 대한 가장 직접적인 실험 테스트”라고 Griffith의 이론 물리학자인 Howard Wiseman은 말합니다. University in Brisbane, Australia “교과서 작가를 교육하여 순진한 측정-방해 관계가 잘못되었음을 알 수 있기를 바랍니다.”

오래된 측정-불확실성 설명을 흔드는 것은 어려울 수 있습니다. 그러나 t. 실험을 한 후에도 Steinberg는 측정 값이 학생들을 위해 최근 숙제를 어떻게 불확실하게 만드는지에 대한 질문을 포함했습니다. “채점을 할 때야 숙제가 잘못되었음을 깨달았습니다.”라고 그는 말합니다. “이제 더 조심해야합니다.”

이 기사는 Nature 지의 허가를 받아 복제되었습니다. 이 기사는 2012 년 9 월 11 일에 처음 게시되었습니다.