Zinātnieki izmantoja mākslīgo atomu, lai parādītu iespēju saglabāt Šrēdingera kaķi dzīvu nenoteiktu laiku, kā arī paātrināt tā nāves sākumu. Par šo un to, jums pat nav jāmeklē lodziņā, kurā šis ļoti kaķis parasti sēž (vai nesēž). Šādu klasisko analoģiju izmantošana var šķist pārāk vienkāršota vai nepāra, taču zinātnei tā ir ļoti svarīga. Viņi parāda, kā realitāte tiek atrasta pamatlīmenī, un var radīt labākus instrumentus, kurus fiziķi izmanto kvantu inženierijā.
Vašingtonas Universitātes Sentluisā zinātnieki nolēma droši noskaidrot, vai vispār ir jāapkopo informācija no kvantu sistēmas - vai, vienkāršāk sakot, jāskatās uz daļiņu, lai ietekmētu tās uzvedību. Varbūt pietiks ar "bremzēšanu"?
Brīdinājums par spoileri: viņi ir secinājuši, ka nav nepieciešams skatīties.
Nedaudz vēstures: kaķa, kastes un Zeno efekti
Ja kāds nezina, kāds ir Šrēdingera kaķis, mēs atgādinām leģendu. Saskaņā ar Kopenhāgenas interpretāciju par kvantu mehāniku, fiziskam objektam (piemēram, atomam) nav specifisku īpašību, kamēr mēs to neizmērām. Atbildot uz to, fiziķis Ervīns Šrēdingers ierosināja domu eksperimentu. Viņš ierosināja, ka, ja šī interpretācija ir pareiza, mēs varētu radioaktīvās vielas ievietot nelielā traukā blakus Geigera skaitītājam, sasiet leti ar āmuru un novietot āmuru virs skābes kapsulas tā, lai tas to sasmalcinātu, kad atoms sabrūk.
Ja mēs to visu ieliksim kastē ar kaķi, mēs nevarēsim izmērīt atoma īpašības, jo, cik mēs zinām, atoms vienlaikus sabojājās un nesadalījās (tāpēc tam ir pussabrukšanas periods). Rezultātā kaķis vienlaikus būs dzīvs un miris, līdz mēs ielūkosimies iekšā.
Šī ir leģenda. Bet viņai ir dubultā dibena.
Reklāmas video:
1974. gadā zinātnieki uzdeva jautājumu: vai nestabilas sistēmas kalpošanas laiks ir atkarīgs no mērīšanas ierīces?
Šis paradokss ir kļuvis pazīstams kā kvantu Zeno efekts: Kas notiek, ja mēs nepārtraukti novērojam nestabilu atomu? Vai tas sadalīsies?
Saskaņā ar Zeno efektu, pastāvīgā novērošanā, tas nekad neizstaros vienu radiācijas daļiņu. 1989. gadā to pirmo reizi demonstrēja ASV Nacionālā standartu un tehnoloģijas institūta eksperimentā, un dīvaina hipotēze kļuva par dīvainu realitāti.
Pēc desmit gadiem tika ierosināts pretējs Zeno efekts - Antisenona efekts. Bieža radioaktīvā atoma kodola mērīšana var paātrināt tā sadalīšanos atkarībā no procesa.
Atliek tikai saprast, kas ir "dimensija".
Lai izmērītu kaut ko līdzīgu radioaktīvajam atomam, novērotu to un lasītu tā parametrus un īpašības, jums kaut kā ar to jāsadarbojas, lai informācija kaut kādā veidā iznāktu. Šajā procesā daudzas atoma iespējas sabrūk vienā iznākumā, ko mēs redzam. Bet vai šis sabrukums ir Zeno efekta cēlonis? Vai arī ir iespējams paātrināt vai palēnināt atoma sadalīšanos, nenovedot pie tā sabrukšanas absolūtā stāvoklī?
Zeno pret Antisenonu
Tas viss mūs ved atpakaļ uz eksperimentu, ko veica Vašingtonas universitāte.
Lai noteiktu, vai informācijas pārsūtīšana piespiedīs Zeno vai Antisenona efektu, zinātnieki izmantoja ierīci, kas daudzējādā ziņā uzvedas kā atoms ar vairākiem enerģijas stāvokļiem.
Šis "mākslīgais atoms" spēja pārbaudīt hipotēzi, kā enerģijas stāvokļi - elektromagnētiskie režīmi - varētu ietekmēt šos efektus.
"Atomu sabrukšanas ātrums ir atkarīgs no iespējamās enerģijas stāvokļu blīvuma vai elektromagnētiskajiem režīmiem attiecīgajai enerģijai," saka pētnieks Keiters Merčs. “Lai atoms sabruktu, tam ir jāizstaro fotons vienā no šiem režīmiem. Vairāk modi nozīmē vairāk veidu sabrukšanas, tāpēc ātrāka sabrukšana”.
Tāpat mazāk modi nozīmē mazāk sabrukšanas iespēju, kas izskaidro, kāpēc pastāvīgā uzraudzībā esošs atomu katls nekad nemetīs. Merčs un viņa komanda pirms standarta mērījumu izmantošanas varēja manipulēt ar mākslīgā atoma režīmu skaitu, pārbaudot tā stāvokli katru mikrosekundi un paātrinot vai palēninot tā “sabrukšanu”.
"Šie mērījumi ir divu Zeno efektu pirmais novērojums vienotā kvantu sistēmā," saka Merčs.
Lai pārliecinātos, ka būtisks izrādījās novērojums vai traucējumi, zinātnieki veica tā saucamo kvazimērīšanu, kas traucē, neradot atoma stāvokļa sabrukumu. Neviens nezināja, kāds būs rezultāts.
"Bet dati, kas savākti visas dienas garumā, konsekventi parādīja, ka kvazimērījumi rada Zeno efektus tāpat kā parastie mērījumi," saka Merčs.
Līdz ar to Zeno un Antiseno efektu parādīšanās ir pārkāpums mērīšanas procesā, nevis pats tiešais mērījums.
Zinot to, mēs varam izmantot jaunas metodes kvantu sistēmu kontrolei, izmantojot Zeno dinamiku.
Ko tas viss nozīmē nabaga Šrēdingera kaķim?
“Zeno efekts saka, ka, pārbaudot kaķi, mēs atiestatīsim sabrukšanas pulksteni un izglābsim kaķa dzīvību,” saka zinātnieks Patriks Harringtons. “Bet triks ir tāds, ka Zeno sekas ir saistītas ar pārkāpumiem, nevis informāciju, tāpēc jums pat nav jāskatās lodziņā, lai tos iedarbinātu. Tie paši efekti notiks, ja jūs vienkārši pakratīsit lodziņu."
ILYA KHEL