«Кот Шредингера» всплывает в новом эксперименте

«Кот Шредингера» всплывает в новом эксперименте

Два новых исследования выявили, что частицы вселенной могут находиться сразу в двух состояниях. Если исследование подтвердится, тогда оно докажет справедливость мысленного эксперимента, который предполагает, что кот одновременно может быть и живым и мертвым.

Идея, называемая «Кот Шредингера», в честь физика Эрвина Шредингера, который предложил ее в 1935 году, предполагает следующее: кот помещается в коробку с флаконом отравляющего газа. Флакон откроется, когда крошечный кусочек радиоактивного металла при распаде излучит альфа-частицу (ядро атома гелия). Выброс альфа-частицы является квантово-механическим процессом, а это значит, что он производится случайно, не зависимо от места и промежутка времени.

Квантовая механика утверждает, что невозможно знать где произошел радиоактивный распад (и что кот мертв), если только альфа-частица не взаимодействовала каким-то образом с окружающей средой. Пока этого не случилось, альфа-частица одновременно излучается и не излучается. Кот и мертв, и жив одновременно — так называемое состояние суперпозиции. Открывая коробку – кто-то видит мертвого кота, как результат действия альфа-частицы или живого, как результат отсутствия альфа-частицы.

В двух новых исследованиях ученые использовали частицы света или фотоны для испытания пределов этой суперпозиции. Если количество фотонов, помещенных в квантовую систему бесконечно, тогда, действительно,  кот одновременно и мертв и жив. Существует математическая формулировка (так называемая волновая функция), которая описывает этот «коллапс» определенным состоянием.

Еще более странное предположение ученых, называемое «многомировая интерпретация», звучит так: все состояния реальны, и когда волновая функция рухнет, мы окажемся в одной из вселенной, в которой может произойти любой возможный исход. Когда это произойдет, мы будем помнить только то, что кот мертв, но, одновременно, будет и другая вселенная, в которой кот жив.

Смешивание фотонов

В новых двух исследованиях использовались фотоны в достаточном количестве, чтобы быть заметными невооруженным глазом. Это говорит о том, что их квантовые свойства могут быть макроскопическими.

В двух экспериментах, исследователи измеряли квантовые состояния — группа физических свойств, в том числе поляризацию и фазу света или угол вращения фотона. Поляризация  может быть замечена, нося поляризованные солнцезащитные очки и наклоняя голову, глядеть на экран смартфона или компьютера. Экран будет черным, пока голова не будет наклонена под необходимым углом.

Хотя техника проведения двух экспериментов отличается, обе команды усилили состояние одного фотона, смешав его со многими другими, а затем вернули его в исходное состояние. Когда фотон смешан с другими, его состояние зависит от состояния частиц остальных фотонов.

Ученые сейчас пытаются установить, насколько большой может стать квантовая система, прежде чем она потеряет свою квантовую природу. Это один из нескольких больших вопросов современной физики, говорят ученые.

Состояние суперпозиции

Новые эксперименты не являются единственными, которые доказывают состояние суперпозиции.

В 2010 году, ученые сделали резонатор – практически, крошечный камертон,  размером с пиксель, и в эксперименте, он, одновременно и колебался, и не колебался. Но это была не обширная система, как в двух предыдущих работах. Ученые говорят, что этот эксперимент соответствует одному кванту. Представьте себе нано-механический двигатель, который, не проявляя никаких колебаний, находится в 500 состояниях.

В будущем, исследователи будут пытаться расширить свои системы, с помощью которых они смогут увеличить количество фотонов. Но, эксперимент будет сложным, поскольку, в целях сохранения квантовых эффектов, атомов или фотонов, они должны быть полностью изолированы от окружающей среды, иначе, состояние суперпозиции будет испорчена.

Автор

Запись опубликована 23 Июль 2013 в разделе Нано