Странный «Кот Шредингера» Оживает В Новых Экспериментах

{h1}

Новое исследование поддерживает идею шредингеровского кота, мысленного эксперимента по квантовой физике, где кошка одновременно жива и мертва.

Как показали два новых исследования, странность мира очень маленьких, позволяющих частице находиться в двух состояниях одновременно, может распространиться на более крупные масштабы. Если исследование окажется правдой, это укрепит обоснованность мысленного эксперимента, предполагающего, что кошка может быть одновременно и живой, и мертвой.

Идея под названием «Кот Шредингера» по имени физика Эрвина Шредингера, предложившего ее в 1935 году, выглядит следующим образом: положите кошку в коробку с пузырьком ядовитого газа. Флакон открывается, когда крошечный кусочек радиоактивного металла испускает альфа-частицу (ядро атома гелия) в процессе распада. Излучение альфа-частицы - это квантово-механический процесс, который означает, что то, происходит ли это в любой данный промежуток времени, является в основном случайным.

Квантовая механика говорит, что невозможно узнать, произошел ли радиоактивный распад (и кошка мертва), если не измерить его, то есть, если альфа-частица каким-то образом не взаимодействует с окружающей средой, которую может видеть наблюдатель. Пока это не произойдет, альфа-частица испускается и не испускается одновременно. Кошка мертва и жива, это состояние называется суперпозицией. Раскрытие прямоугольника - это измерение - каждый видит эффект альфа-частицы как мертвого кота или отсутствие альфа-частицы как живого. [9 самых больших неразгаданных тайн в физике]

В двух новых исследованиях, подробно описанных в выпуске журнала Nature Physics от 21 июля, исследователи использовали частицы света или фотоны для проверки пределов такой суперпозиции. Если нет предела тому, сколько частиц или фотонов вы можете поместить в квантовую систему, это означает, что кошка действительно и мертва, и жива одновременно, и акт измерения ее состояния делает математическую формулировку, которая описывает ее (так называемая волна функция) "коллапс" в определенное состояние, живое или мертвое.

Другая возможность, называемая интерпретацией многих миров, была бы еще более странной: все возможные состояния реальны, и когда волновая функция падает до одного состояния, мы просто испытываем одну из множества вселенных, которые существуют одновременно, в которой каждый возможный результат случается. Когда волновая функция рушится, мы (и кошка) вспоминаем одну историю - мертвую кошку - но есть другая вселенная, где кошка жива.

Запутывание фотонов

Оба эксперимента, один из которых проводился в канадском Университете Калгари, а другой в Женевском университете в Швейцарии, включали достаточно фотонов, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, что показывает, что их квантовые свойства можно сделать макроскопическими, говорят исследователи.

В двух экспериментах исследователи измеряли квантовые состояния - группу физических свойств, включая поляризацию и фазу - света, используя поляризацию, или угол, на который вращается фотон. Можно увидеть поляризацию, надев поляризованные очки и наклонив голову, глядя на экран смартфона или компьютера. Экран будет выглядеть черным, пока голова не будет наклонена под определенным углом.

Хотя точная техника немного отличалась в двух экспериментах, обе команды усилили состояния одного фотона, перепутав его со многими другими фотонами, а затем вернули его в исходное состояние. Когда фотон запутывается с другими фотонами, на состояние фотона влияют состояния частиц, с которыми он запутался.

Измерения поляризации после восстановления показали исследователям, что произошло квантовое запутывание с другими фотонами. [Как работает квантовая запутанность (инфографика)]

Сейчас ученые пытаются понять, насколько велика квантовая система, прежде чем она потеряет свою квантовую природу. «Это один из немногих больших вопросов без ответов в современной физике», - сказал Александр Львовский, профессор физики и ведущий автор статьи из Университета Калгари.

Суперпозиция состояний

Новые эксперименты не единственные, чтобы показать состояния суперпозиции.

В 2010 году ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили резонатор - в основном крошечный камертон - размером с пиксель на экране компьютера и поместили его в наложенное состояние, в котором он одновременно колебался и не колебался на то же время. Но это была не такая обширная система, как в двух последних статьях.

«Этот эксперимент соответствует одному кванту», - сказал Николас Гизин, профессор Женевского университета, который возглавлял швейцарскую исследовательскую группу. «Представьте себе нано-механический двигатель без колебаний и 500 состояний. Это будет наше».

В будущем обе группы будут пытаться расширяться до более крупных систем, где вместо того, чтобы переводить квантовое состояние из одного фотона в большой набор фотонов, они будут пытаться переводить состояния одной большой группы в другую. Но этот эксперимент будет сложным, потому что для сохранения квантовых эффектов группы атомов или фотонов должны быть полностью изолированы от окружающей среды, иначе состояния суперпозиции будут испорчены. «У нас гораздо больше углов атаки», - сказал Львовский.

Следуйте за нами @wordssidekick, Facebook и Google+. Оригинальная статья о WordsSideKick.com.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com