Fizycy znaleźli sposób na pokonanie ograniczeń podstawowego prawa natury

Fizycy z Uniwersytetu w Sydney i brytyjskiego RMIT opracowali rewolucyjną metodę pomiarów kwantowych, która omija ograniczenia zasady nieoznaczoności Heisenberga – fundamentalnego prawa fizyki obowiązującego od niemal wieku. Nowe podejście, opisane w prestiżowym czasopiśmie “Science Advances”, nie łamie praw fizyki, ale inteligentnie je wykorzystuje, otwierając drogę do stworzenia nowej generacji ultraprecyzyjnych czujników kwantowych.

Zasada nieoznaczoności Heisenberga, wprowadzona w 1927 roku, stanowi, że niemożliwe jest jednoczesne precyzyjne zmierzenie położenia i pędu cząstki. Im dokładniej znamy jedną z tych wartości, tym mniej precyzyjnie możemy określić drugą. Ta fundamentalna niepewność kwantowa stanowiła dotąd nieprzekraczalną granicę dla dokładności pomiarów.

“Nie złamaliśmy zasady Heisenberga. Nasz protokół działa całkowicie w ramach mechaniki kwantowej,” wyjaśnia dr Ben Baragiola, współautor badania z RMIT. “Zamiast tego przeprojektowaliśmy niepewność kwantową tak, by służyła naszym celom.”

Zespół pod kierownictwem dr Tingrei Tana porównuje swoją metodę do przenoszenia powietrza w balonie. Powietrza (niepewności) nie da się usunąć, ale można je przemieścić w inny obszar. W tym przypadku naukowcy przesuwają niepewność w zakres, który jest mniej istotny dla prowadzonych pomiarów, co pozwala na jednoczesne mierzenie drobnych zmian położenia i pędu cząstki z niespotykaną dotąd precyzją.

Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, badacze proponują analogię zegara z tylko jedną wskazówką. Jeśli jest to wskazówka godzinowa, znamy dokładnie godzinę, ale mamy tylko przybliżone pojęcie o minutach. Jeśli mamy wskazówkę minutową, wiemy dokładnie, która jest minuta, ale tracimy informację o godzinie. Nowe podejście rezygnuje z “globalnych informacji” na rzecz ekstremalnej czułości na drobne zmiany.

W swoim eksperymencie naukowcy wykorzystali technologię znaną z komputerów kwantowych do manipulowania stanem jonów uwięzionych w pułapkach, które zachowują się jak maleńkie wahadła. Stosując tzw. “modularne pomiary”, badacze mogli skoncentrować się na drobnych zmianach obu zmiennych jednocześnie, nawet jeśli tracili informację o ich bezwzględnych wartościach.

Wyniki są imponujące. Naukowcy osiągnęli dokładność pomiarów odpowiadającą połowie nanometra – mniej więcej wielkości pojedynczego atomu. Udało im się również zarejestrować niezwykle delikatne siły mierzone w joktonjutonach – tryliardowej części trylionowej części niutona. To jak pomiar wagi zaledwie 30 cząsteczek tlenu.

“Zdolność wykrywania niezwykle małych zmian ma kluczowe znaczenie w nauce i technologii,” podkreśla Christophe Valahu, główny autor badania. “Ultraprecyzyjne czujniki kwantowe mogą udoskonalić nawigację w środowiskach, gdzie GPS nie działa, na przykład w łodziach podwodnych, pod ziemią czy w przestrzeni kosmicznej. Mogą również wzmocnić obrazowanie biologiczne i medyczne, monitorować materiały i systemy grawitacyjne lub badać podstawową fizykę.”

Chociaż technologia ta znajduje się wciąż na etapie laboratoryjnym, demonstruje nowe ramy dla przyszłych technologii sensorycznych ukierunkowanych na pomiar najmniejszych sygnałów. Zamiast zastępować istniejące podejścia, dodaje komplementarne narzędzie do arsenału czujników kwantowych.

“Tak jak zegary atomowe zrewolucjonizowały nawigację i telekomunikację, czujniki kwantowe o ekstremalnej czułości mogą umożliwić powstanie całkowicie nowych gałęzi przemysłu,” podsumowuje Valahu.

Ta przełomowa metoda, inspirowana badaniami nad komputerami kwantowymi, łączy dwa pozornie odrębne obszary badań – obliczenia kwantowe i czujniki kwantowe. Pokazuje, jak podstawowe badania nad fizyką kwantową mogą prowadzić do praktycznych zastosowań, które mogą zmienić nasz świat w sposób, jaki trudno sobie dziś wyobrazić.

Źródła:

https://phys.org/news/2025-09-scientists-sidestep-heisenberg-uncertaint…
https://theconversation.com/a-new-twist-on-heisenbergs-uncertainty-prin…
https://gizmodo.com/heisenbergs-uncertainty-principle-is-unbreakable-th…
https://scitechdaily.com/physicists-find-a-new-way-around-quantum-limit…
https://phys.org/news/2025-09-heisenberg-uncertainty-principle-sharpen-…