Znanstveniki so z umetnim atomom pokazali možnost, da se mačka Schrödinger ohrani za nedoločen čas, pa tudi pospešijo začetek njene smrti. Za to in to vam sploh ni treba pogledati v polje, v katerem ta zelo mačka običajno sedi (ali ne sedi). Uporaba klasičnih analogij, kot je ta, se morda zdi preveč poenostavljena ali nenavadna, vendar je za znanost zelo pomembna. Pokažejo, kako resničnost najdemo na temeljni ravni in lahko privede do boljših orodij, ki jih fiziki uporabljajo v kvantnem inženiringu.
Znanstveniki z univerze v Washingtonu v St. Louisu so se odločili, da zagotovo ugotovijo, ali je za zbiranje informacij sploh potrebno zbirati podatke iz kvantnega sistema - ali preprosteje - videti delček. Mogoče bo "zaviranje" dovolj?
Opozorilo o spojlerju: Ugotovili so, da ni treba gledati.
Malo zgodovine: mačka, škatla in Zenonovi učinki
Če kdo ne ve, kakšna Schrödingerjeva mačka, se spomnimo legende. Po kopenhaški razlagi kvantne mehanike fizični objekt (kot atom) nima posebnih lastnosti, dokler ga ne izmerimo. Fizik Erwin Schrödinger je v odgovor predlagal miselni eksperiment. Predlagal je, da lahko, če je ta razlaga pravilna, radioaktivno snov damo v majhno posodo poleg Geigerjevega pulta, pripnemo pult na kladivo in kladivo položimo čez kislinsko kapsulo, tako da jo zdrobi, ko atom razpade.
Če vse to damo v škatlo z mačko, ne bomo mogli izmeriti lastnosti atoma, ker, kolikor vemo, je atom istočasno razpadel in ni razpadel (zato ima razpolovno dobo). Posledično bo mačka hkrati živa in mrtva, dokler ne pogledamo noter.
To je legenda. Ima pa dvojno dno.
Promocijski video:
Leta 1974 so znanstveniki postavili vprašanje: Ali je življenjska doba nestabilnega sistema odvisna od merilne naprave?
Ta paradoks je postal znan kot kvantni Zenov učinek: Kaj se zgodi, če nenehno opazujemo nestabilen atom? Se bo razpadlo?
Po Zenovem učinku pod stalnim opazovanjem ne bo nikoli oddajal niti enega delca sevanja. Leta 1989 je to prvič pokazal eksperiment ameriškega Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo in čudna hipoteza je postala čudna resničnost.
Deset let pozneje je bil predlagan nasproten Zenov učinek - učinek Antisenona. Pogosto merjenje radioaktivnega atomskega jedra lahko pospeši njegovo razpadanje, odvisno od postopka.
Ostaja le razumevanje, kaj je "dimenzija".
Če želite izmeriti nekaj, kot je radioaktivni atom, opazovati nad njim in prebrati njegove parametre in lastnosti, morate nekako posegati z njim, tako da informacije pridejo v neki obliki. V tem procesu se številne možnosti atoma zrušijo v en sam rezultat, kar vidimo. Toda, ali je ta kolaps vzrok za učinek Zeno? Ali pa je mogoče pospešiti ali upočasniti razpad atoma, ne da bi prišlo do njegovega propada v absolutno stanje?
Zeno proti Antisenonu
Vse to nas vrača k poskusu, ki ga je izvedla univerza v Washingtonu.
Znanstveniki so uporabili napravo, ki se v mnogih pogledih obnaša kot atom z več energijskimi stanji, da bi določili, ali bi prenos informacij prisilil učinek Zenona ali Antisenona.
Ta "umetni atom" je lahko preizkusil hipotezo, kako lahko energijska stanja - elektromagnetni modusi - vplivajo na te učinke.
"Hitrost razpada atoma je odvisna od gostote možnih energijskih stanj ali elektromagnetnih modusov za določeno energijo," pravi raziskovalec Keiter Merch. "Da bi atom razpadel, mora v enem od teh načinov oddajati foton. Več modov pomeni več načinov propadanja, torej hitrejše razpadanje."
Prav tako manj modov pomeni manj možnosti za razpad, kar pojasnjuje, zakaj atomskega lonca pod stalnim nadzorom nikoli ne bomo varili. Merch in njegova ekipa so lahko pred uporabo standardnih meritev manipulirali s številom načinov v svojem umetnem atomu in preverili njegovo stanje vsako mikrosekundo ter pospešili ali upočasnili njen "razpad".
"Te meritve predstavljajo prvo opazovanje dveh Zenovih učinkov v poenotenem kvantnem sistemu," pravi Merch.
Da bi se prepričali, da sta bila ključna opazovanja ali motnje, so znanstveniki naredili tako imenovano kvazi-meritev, ki se vmešava, ne da bi atomsko stanje propadlo. Nihče ni vedel, kakšen bo rezultat.
"Toda podatki, zbrani ves dan, dosledno kažejo, da kvazi-meritve ustvarjajo učinke Zenoja enako kot običajne meritve," pravi Merch.
Posledično se pojavijo učinki Zeno in Antiseno zaradi kršitve v postopku merjenja in ne pri samem merjenju.
Če to vemo, lahko uporabimo nove metode krmiljenja kvantnih sistemov z uporabo dinamike Zeno.
Kaj vse to pomeni za ubogo mačko Schrödinger?
"Učinek Zeno pravi, da če testiramo mačko, bomo ponastavili uro razpada in mački rešili življenje," pravi znanstvenik Patrick Harrington. "Toda trik je v tem, da Zenovi učinki vplivajo na kršitve in ne na informacije, zato vam ni treba pogledati v polje, da jih sprožite. Enaki učinki se bodo zgodili, če samo stresete škatlico."
ILYA KHEL