Физики поставили под сомнение давний постулат квантовой механики: нужны ли вообще мнимые числа? Команда из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) показала неожиданное — квантовую механику можно описать полностью с помощью обычных, вещественных чисел. Работа опубликована в Physical Review Letters и получила статус Highlight от Американского физического общества.
На протяжении десятилетий теория покоилась на комплексных числах, где вещественная часть кодирует амплитуду квантового состояния, а мнимая — его фазу. Считалось, что эти странные числа (произведение которых на себя даёт отрицательное число) незаменимы: без них невозможно описать ключевые квантовые явления — от интерференции до запутанности. В 2021 году международная команда исследователей, возглавляемая Марком-Оливье Ренувом, опубликовала работу в журнале Nature, где доказывала, что любая версия квантовой механики, построенная только на вещественных числах, может быть экспериментально опровергнута. Это казалось окончательным вердиктом.
Однако профессор Дагмар Брусс и её докторант Педро Барриос Хита пересмотрели одно из ключевых предположений. Вместо того чтобы требовать полной математической идентичности при объединении квантовых систем, они применили иной подход, опирающийся не на формальные постулаты, а на физический смысл: если операция действует только на одну из двух независимых подсистем, она не должна оказывать измеримого эффекта на вторую. Это простое и логичное условие оказалось решающим.
Результат поразил команду: возникло целое семейство квантовых теорий, которые формулируются исключительно на вещественных числах и при этом предсказывают ровно то же самое, что и стандартная квантовая механика, — для любого мыслимого эксперимента.
«Обе рамки дают идентичные предсказания для любого мыслимого эксперимента, — объяснила профессор Брусс. — Это означает, что в рамках такого подхода мнимые числа не являются фундаментально необходимыми в квантовой механике и в принципе могут быть заменены альтернативными формулировками с использованием вещественных чисел.»
Что это значит для практики — от квантовых компьютеров до защищённой связи? Это остаётся открытым вопросом, и экспериментаторы только начинают разбираться с последствиями. Но само существование такой эквивалентной формулировки уже перевернёт наше понимание математических основ теории: оказывается, то, что казалось фундаментальной чертой физической реальности, может быть просто удобным инструментом расчётов.
