Znanstvenici su pomoću umjetnog atoma pokazali mogućnost održavanja Schrödingerove mačke na neodređeno vrijeme, kao i ubrzali početak njezine smrti. Za ovo i ono, ne morate čak ni gledati u okvir u kojem ta vrlo mačka obično sjedi (ili ne sjedi). Korištenje klasičnih analogija poput ove može se činiti previše pojednostavljeno ili neobično, ali za znanost je to vrlo važno. Oni pokazuju kako se stvarnost nalazi na temeljnoj razini i može dovesti do boljih alata koje fizičari koriste u kvantnom inženjeringu.
Znanstvenici sa Sveučilišta u Washingtonu u St. Louisu odlučili su sa sigurnošću otkriti je li uopće potrebno prikupiti podatke iz kvantnog sustava - ili, jednostavnije rečeno, pogledati čestice - kako bi utjecali na njegovo ponašanje. Možda će "kočenje" biti dovoljno?
Upozorenje spojlera: Shvatili su da nema potrebe gledati.
Malo povijesti: mačka, kutija i Zenonovi učinci
Ako netko ne zna kakva je Schrödingerova mačka, prisjećamo se legende. Prema kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike, fizički objekt (poput atoma) nema specifična svojstva dok ga ne izmjerimo. Kao odgovor, fizičar Erwin Schrödinger predložio je misaoni eksperiment. Predložio je da ako je ta interpretacija tačna, možemo staviti radioaktivnu tvar u mali spremnik pored Geiger-ovog brojača, vezati pult čekićem i staviti čekić preko kapsule s kiselinom tako da ga drobi dok se atom raspada.
Ako sve to stavimo u okvir s mačkom, nećemo moći izmjeriti svojstva atoma, jer, koliko znamo, atom istodobno propada i ne propada (zato ima poluživot). Kao posljedica toga, mačka će istovremeno biti i živa i mrtva, dok ne pogledamo unutra.
Ovo je legenda. Ali ona ima dvostruko dno.
Promotivni video:
1974. znanstvenici su postavili pitanje: Da li vijek nestabilnog sustava ovisi o mjernom uređaju?
Ovaj paradoks postao je poznat kao kvantni Zenov efekt: Što se događa ako neprekidno promatramo nestabilan atom? Hoće li se raspasti?
Prema efektu Zenona, pod stalnim promatranjem, nikada neće emitirati niti jednu česticu zračenja. 1989. to je prvi pokazao eksperiment američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju, a neobična je hipoteza postala neobična stvarnost.
Deset godina kasnije predložen je suprotan Zenov efekt - Antisenonov efekt. Učestalo mjerenje radioaktivnog atomskog jezgra može ubrzati njegovo propadanje, ovisno o procesu.
Ostaje nam samo razumjeti što je "dimenzija".
Da biste izmjerili nešto poput radioaktivnog atoma, promatrali nad njim i čitali njegove parametre i svojstva, trebate nekako komunicirati s njim tako da informacije izađu u nekom obliku. U tom se procesu mnoge mogućnosti atoma urušavaju u jedan ishod, što vidimo. No, je li ovaj kolaps uzrok Zenovog efekta? Ili je moguće ubrzati ili usporiti raspadanje atoma, a da to ne dovede do apsolutnog stanja?
Zeno protiv Antisenona
Sve to vraća nas eksperimentu koje je provelo Sveučilište u Washingtonu.
Da bi odredili hoće li prijenos informacija prisiliti Zenov ili Antisenov efekt, znanstvenici su koristili uređaj koji se na mnogo načina ponaša kao atom s mnogim energetskim stanjima.
Ovaj "umjetni atom" bio je u stanju testirati hipotezu o tome kako energetska stanja - elektromagnetski modusi - mogu utjecati na ove učinke.
"Brzina raspada atoma ovisi o gustoći mogućih energetskih stanja ili elektromagnetskih modusa za datu energiju", kaže istraživač Keiter Merch. "Da bi atom propadao, on mora emitirati foton u jednom od ovih načina. Više modova znači više načina propadanja, pa brže propadanje”.
Isto tako, manje modova znači manje mogućnosti raspadanja, što objašnjava zašto atomska posuda pod stalnim nadzorom nikada neće zavarivati. Merch i njegov tim uspjeli su manipulirati brojem modova u svom umjetnom atomu prije korištenja standardnih mjerenja, provjeravajući njegovo stanje svake mikrosekunde i ubrzavajući ili usporavajući njegov "raspad".
"Ova mjerenja predstavljaju prvo promatranje dva Zenova efekta u ujedinjenom kvantnom sustavu", kaže Merch.
Kako bi bili sigurni da su promatranje ili ometanje pokazali ključnim, znanstvenici su napravili takozvano kvazi-mjerenje, koje stvara interferenciju bez da dovede do urušavanja atomskog stanja. Nitko nije znao kakav će biti rezultat.
"Ali prikupljeni podaci tijekom cijelog dana trajno su pokazali da kvazi-mjerenja proizvode Zenove efekte na isti način kao i konvencionalna mjerenja", kaže Merch.
Posljedično, pojava efekta Zeno i Antiseno uzrokuje kršenje u postupku mjerenja, a ne izravno izravno mjerenje.
Znajući to, možemo primijeniti nove metode upravljanja kvantnim sustavima koristeći Zeno dinamiku.
Što sve to znači za siromašnu Schrödingerovu mačku?
"Zeno efekt kaže da ćemo, ako testiramo mačku, resetirati sat raspadanja i spasiti život mačke", kaže znanstvenik Patrick Harrington. „Ali trik je u tome što Zenonovi efekti odnose na kršenje, a ne na informacije, tako da čak ni ne morate gledati u okvir kako biste ih aktivirali. Isti će se efekti dogoditi ako samo protresete kutiju."
ILYA KHEL