Немецкие физики доказали, что для описания квантовой механики можно обойтись без комплексных чисел. Исследователям удалось сформулировать теорию, которая оперирует только действительными числами, но при этом даёт те же предсказания для любых экспериментов. Это ставит под сомнение фундаментальную роль мнимых чисел в законах природы, сводя её к удобному математическому инструменту.
Квантовая механика, описывающая поведение материи на атомном и субатомном уровнях, с момента своего создания в начале XX века опиралась на математический аппарат с комплексными числами. Они состоят из действительной и мнимой частей и долгое время считались неотъемлемым элементом теории. В 2021 году исследование, опубликованное в журнале Nature, казалось, окончательно подтвердило их незаменимость.
Однако группа учёных из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне и Германского аэрокосмического центра (DLR) решила перепроверить исходные допущения той работы. Они выяснили, что один из ключевых постулатов был сформулирован излишне строго. Заменив его другим, физически обоснованным подходом к описанию взаимодействия квантовых систем, учёные вывели целое семейство теорий, которые полностью обходятся действительными числами, но экспериментально неотличимы от стандартной формулировки.
«Это означает, что оба подхода дают идентичные предсказания для любого мыслимого эксперимента», – пояснила руководитель работы профессор Дагмар Брюс. По её словам, мнимые числа не являются фундаментально необходимыми в квантовой механике и в принципе могут быть заменены. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
