Ilgu laiku tika uzskatīts, ka kvantu mehānikas likumi attiecas tikai uz sīkiem objektiem, piemēram, fotoniem. Tomēr fiziķi ir pierādījuši, ka ļoti lieli ķermeņi (pēc molekulārās pasaules standartiem) var pakļauties šiem noteikumiem.
Droši vien ne reizi vien esat dzirdējuši par domu eksperimentu, ko savulaik noformulējis austriešu fiziķis Ervins Šrēdingers - tas pats, ar kaķi, kasti un radioaktīvo izotopu. Saskaņā ar eksperimentālajiem apstākļiem kaķis var vienlaikus būt nedzīvs, nedz arī miris, tas ir, tas ir sava veida kvantu nenoteiktības - "superpozīcijas" - stāvoklī. Nu zinātnieki nelika kaķus kastēs, viņi vienkārši veica to pašu eksperimentu ar milzīgu 2000 atomu molekulu.
Kvantu superpozīcija ir neskaitāmas reizes pārbaudīta uz mazām sistēmām, un fiziķi ir veiksmīgi pierādījuši, ka atsevišķas daļiņas var atrasties divās vietās vienlaikus. Bet līdzīgā mērogā šāda veida eksperimenti nekad iepriekš nav veikti.
Šis eksperiments ļauj pētniekiem precizēt kvantu mehānikas hipotēzes un labāk izprast, kā šī noslēpumainā fizikas nozare faktiski darbojas -, kā arī to, kā kvantu mehānikas likumi apvienojas ar tradicionālākiem, lielāka mēroga likumiem, kas saistīti ar klasisko fiziku. "Mūsu rezultāti liecina par lielisku vienošanos ar kvantu teoriju, un tos nevar izskaidrot ar klasisko fiziku," pētnieki apgalvo savā dokumentā.
Proti, jaunajā pētījumā ir iekļauts Šrēdingera vienādojums, kas apraksta, kā pat atsevišķas daļiņas var izturēties kā viļņi un parādīties vairākās vietās vienlaikus. Vienkāršākais veids, kā aprakstīt to mijiedarbību, ir tāds kā ripples dīķī, kurā jūs vienlaikus iemetāt vairākus akmeņus.
Lai pierādītu savu hipotēzi, zinātnieki veica eksperimentu ar divām spraugām - tā bija kvantu fiziķiem labi zināma pieredze. Tas parasti sastāv no atsevišķu gaismas daļiņu (fotonu) projicēšanas caur divām spraugām. Ja fotoni tikai rīkotos kā daļiņas, iegūtā gaismas projekcija uz otru pusi parādītu tikai vienu svītru. Bet patiesībā otrā pusē projicētā gaisma parāda traucējumus - daudzas joslas, kas mijiedarbojas kā viļņi. Kā redzat, pierādījumiem nav nepieciešama pat īpaši jutīga aparatūra.
Eksperimenta shēma.
Mums šķiet, ka fotoni atrodas vienlaikus divās vietās, piemēram, Šrēdingera kaķis. Bet, kā daudzi cilvēki zina, kaķis atrodas divos štatos, kamēr tam nav ārēja novērotāja. Atverot kasti, kaķa stāvoklis kļūst drošs - tas ir vai nu dzīvs, vai miris.
Reklāmas video:
Tas pats ar fotoniem. Tiklīdz cilvēks mēra vai tieši novēro gaismu, superpozīcija pazūd un fotona stāvoklis tiek fiksēts. Šis ir viens no galvenajiem noslēpumiem, kas ir visas kvantu mehānikas pamatā.
Pētnieki atkārtoja eksperimentu ar divām spraugām, bet fotonu vietā viņi izmantoja elektronus, atomus un mazas molekulas. Bet tagad fiziķi ir parādījuši, ka milzīgas molekulas ievēro tos pašus noteikumus! Komanda izmantoja milzīgus atomu komplektus, kas sastāv no 2000 "detaļām", lai izveidotu kvantu traucējumus, it kā tie izturētos kā viļņi un atrastos vairāk nekā vienā vietā vienlaikus.
Šīs kolosālās molekulas ir pazīstamas kā "oligotetrafenilporfyrīni, kas bagātināti ar fluoralkilsulfanil ķēdēm", un dažas no tām 25 000 reizes pārsniedza ūdeņraža atomu masu. Bet, palielinoties molekulām, tās arī kļūst mazāk stabilas, tāpēc zinātnieki ir spējuši tām traucēt tikai septiņas milisekundes vienlaikus, izmantojot nesen izstrādātu aprīkojumu - viļņu vielas interferometru. Bija jāņem vērā pat tādi faktori kā Zemes rotācija un pašu atomu gravitācijas pievilcība. Nu darbs bija tā vērts.
Tagad mēs zinām, ka kvantu mehānikas noteikumi attiecas ne tikai uz sīkiem objektiem, piemēram, fotoniem, bet arī uz daudz lielākiem ķermeņiem. Iepriekšējais ieraksts bija tikai 800 atomu molekula - tika uzskatīts, ka tā ir robeža, pēc kuras kvantu fizikas likumu vietā sāk darboties klasiskās fizikas likumi. Bet tas vēl nav beigas: komanda ir pārliecināta, ka pavisam drīz tā spēs uzstādīt jaunu rekordu.
Vasilijs Makarovs