Dugo se vjerovalo da se zakoni kvantne mehanike primjenjuju samo na sićušne predmete poput fotona. Međutim, fizičari su dokazali da se vrlo velika tijela (prema standardima molekularnog svijeta) mogu pokoravati tim pravilima.
Vjerojatno ste više puta čuli za misaoni eksperiment koji je svojedobno formulirao austrijski fizičar Erwin Schrödinger - isti onaj s mačkom, kutijom i radioaktivnim izotopom. Prema eksperimentalnim uvjetima, mačka može biti i mrtva, a nije mrtva, odnosno nalazi se u stanju svojevrsne kvantne nesigurnosti - "superpozicije" Pa, znanstvenici nisu stavljali mačke u kutije, već su izveli isti eksperiment s ogromnom molekulom od 2000 atoma.
Kvantna superpozicija nebrojeno je puta testirana na malim sustavima, a fizičari su uspješno pokazali da pojedine čestice mogu biti na dva mjesta istovremeno. Ali u sličnom obimu, ovakav eksperiment nikada prije nije izveden.
Ovaj eksperiment omogućava istraživačima da preciziraju hipoteze kvantne mehanike i bolje razumiju kako ta tajanstvena grana fizike zapravo djeluje - kao i kako se zakoni kvantne mehanike kombiniraju s tradicionalnijim, većim zakonima klasične fizike. "Naši rezultati pokazuju izvrsno podudaranje s kvantnom teorijom i ne mogu se objasniti u pogledu klasične fizike", tvrde istraživači u svom radu.
Novo istraživanje uključuje Schrödingerovu jednadžbu koja opisuje kako se čak i pojedine čestice mogu ponašati poput valova i pojaviti se na više mjesta istovremeno. Najlakši je način njihove interakcije opisati poput pukotina u lokvi u koje ste bacili nekoliko kamenja odjednom.
Kako bi dokazali svoju hipotezu, znanstvenici su postavili eksperiment s dvije proreze - iskustvo dobro poznato kvantnim fizičarima. Obično se sastoji od projiciranja pojedinih čestica svjetlosti (fotona) kroz dvije proreze. Kad bi fotoni samo djelovali poput čestica, rezultirajuća projekcija svjetlosti na drugu stranu pokazala bi samo jednu traku. Ali u stvarnosti svjetlost projicirana na drugu stranu pokazuje interferencijski uzorak - mnogi pojasevi koji djeluju poput valova. Kao što vidite, dokaz ne zahtijeva čak i super osjetljiv hardver.
Shema eksperimenta.
Čini nam se da su fotoni istovremeno na dva mjesta, poput Schrödingerove mačke. Ali, kao što mnogi znaju, mačka je u dvije države sve dok nema vanjskog promatrača. Kad se otvori kutija, stanje mačke postaje izvjesno - ili je živa ili mrtva.
Promotivni video:
Isto je i s fotonima. Čim svjetlost mjeri ili promatra svjetlost osoba, superpozicija nestaje i popravlja se stanje fotona. Ovo je jedna od glavnih misterija u srcu svih kvantnih mehanika.
Istraživači su eksperiment ponovili s dva proreza, ali umjesto fotona koristili su elektrone, atome i male molekule. Ali sada su fizičari pokazali da ogromne molekule poštuju ista pravila! Tim je koristio ogromne sklopove atoma sastavljenih od 2.000 "dijelova" kako bi stvorili kvantne uzorke smetnji kao da se ponašaju poput valova i nalaze se na više mjesta u isto vrijeme.
Te kolosalne molekule poznate su kao "oligotetrafenilporfirini obogaćeni fluoroalkilsulfanilnim lancima", a neki od njih bili su 25.000 puta masi vodikovih atoma. No kako molekule postaju sve veće, one postaju i manje stabilne, tako da su ih znanstvenici mogli miješati samo sedam milisekundi odjednom koristeći novorazvijeni dio opreme - interferometar valovne materije. Čak su i faktori poput rotacije Zemlje i gravitacijskog privlačenja samih atoma morali uzeti u obzir. Pa, rad je bio vrijedan toga.
Sada znamo da se pravila kvantne mehanike primjenjuju ne samo na sitne objekte poput fotona, već i na mnogo veća tijela. Prethodni zapis bio je molekula od samo 800 atoma - vjerovalo se da je to granica nakon koje, umjesto zakona kvantne fizike, počinju djelovati zakoni klasične fizike. No, tu nije kraj: tim je uvjeren da će vrlo brzo moći postaviti novi rekord.
Vasily Makarov