Teadlased kasutasid kunstlikku aatomit, et näidata võimalust hoida Schrödingeri kassi tähtajatult elus, samuti kiirendada tema surma algust. Selle ja selle jaoks ei pea te isegi uurima kasti, kus see väga kass tavaliselt istub (või ei istu). Niisuguste klassikaliste analoogiate kasutamine võib tunduda liiga lihtsustatud või veider, kuid teaduse jaoks on see väga oluline. Need näitavad, kuidas reaalsus leitakse põhitasemel ja võib viia paremate tööriistadeni, mida füüsikud kvanttehnikas kasutavad.
St Louis'is asuva Washingtoni ülikooli teadlased otsustasid kindlalt välja selgitada, kas selle käitumise mõjutamiseks on üldse vaja koguda teavet kvantisüsteemist - või, lihtsamalt öeldes, vaadata osakese -. Ehk piisab "pidurdamisest"?
Spoileri hoiatus: nad on aru saanud, et pole vaja vaadata.
Natuke ajalugu: kassi, kasti ja Zeno mõjusid
Kui keegi ei tea, milline on Schrödingeri kass, tuletame meelde legendi. Kvantmehaanika Kopenhaageni tõlgenduse kohaselt pole füüsikalisel objektil (nagu aatom) spetsiifilisi omadusi, kuni me seda mõõdame. Füüsik Erwin Schrödinger pakkus vastuseks mõttekatse. Ta tegi ettepaneku, et kui see tõlgendus on õige, võiksime radioaktiivse aine panna Geigeri loenduri kõrval olevasse väikesesse konteinerisse, siduda loenduri haamriga ja asetada haamer happekapsli kohale nii, et see purustaks selle aatomi lagunedes.
Kui me kõik selle kassiga kasti paneme, ei saa me aatomi omadusi mõõta, sest nii palju kui me teame, aatom lagunes samaaegselt ja ei lagune (sellepärast on selle poolestusaeg). Selle tagajärjel on kass korraga elus ja surnud, kuni vaatame enda sisse.
See on legend. Kuid tal on topeltpõhi.
Reklaamvideo:
1974. aastal esitasid teadlased küsimuse: kas ebastabiilse süsteemi eluiga sõltub mõõteseadmest?
Seda paradoksi on hakatud nimetama kvant Zeno efektiks: Mis juhtub, kui jälgime pidevalt ebastabiilset aatomit? Kas see laguneb?
Zeno efekti järgi ei eralda see pideva vaatluse korral kunagi ühtki osa radiatsiooni. 1989. aastal demonstreeriti seda esmakordselt USA riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi eksperimendis ja kummaliseks hüpoteesiks sai kummaline reaalsus.
Kümme aastat hiljem pakuti välja vastupidine Zeno efekt - Antisenoni efekt. Radioaktiivse aatomituuma sagedane mõõtmine võib sõltuvalt protsessist selle lagunemist kiirendada.
Jääb vaid mõista, mis on "mõõde".
Radioaktiivse aatomi taoliseks mõõtmiseks, selle üle vaatlemiseks ning selle parameetrite ja omaduste lugemiseks peate sellega kuidagi suhtlema, et teave mingil kujul välja tuleks. Selle protsessi käigus varisevad aatomi paljud võimalused üheks tulemuseks, mida me näeme. Kuid kas see kokkuvarisemine on Zeno efekti põhjus? Või on võimalik aatomi lagunemist kiirendada või aeglustada, viimata selle kokkuvarisemiseni absoluutsesse olekusse?
Zeno vs Antisenon
Kõik see viib meid tagasi Washingtoni ülikooli läbiviidud katsetusse.
Et teha kindlaks, kas teabe edastamine sunnib Zeno või Antiseno efekti, kasutasid teadlased seadet, mis käitub paljuski nagu paljude energiaseisunditega aatom.
See "tehisaatom" suutis testida hüpoteesi, kuidas energiaseisundid - elektromagnetilised režiimid - võivad neid mõjusid mõjutada.
"Aatomi lagunemise kiirus sõltub antud energia võimalike energiaseisundite tihedusest või elektromagnetilistest režiimidest," ütleb teadlane Keiter Merch. „Aatomi lagunemiseks peab see kiirgama footoni ühes neist režiimidest. Rohkem mooduseid tähendab rohkem lagunemisviise, nii et kiirem lagunemine”.
Samuti tähendab vähem mooduseid vähem kõdunemisvõimalusi, mis seletab, miks pideva järelevalve all olev aatomipott kunagi keevitama ei hakka. Merch ja tema meeskond suutsid enne standardmõõtmiste kasutamist manipuleerida oma tehisaatomis olevate režiimide arvuga, kontrollides selle olekut igal mikrosekundil ja kiirendades või aeglustades selle "kõdunemist".
"Need mõõtmised tähistavad kahe Zeno-efekti esimest vaatlust ühtses kvant-süsteemis," ütleb Merch.
Veendumaks, et määravaks osutus vaatlus või segamine, tegid teadlased nn kvaasimõõtmise, mis tekitab häireid, ilma et see viiks aatomi oleku kokkuvarisemiseni. Keegi ei teadnud, mis selle tulemuseks saab.
"Kuid kogu päeva jooksul kogutud andmed näitasid järjekindlalt, et kvaasimõõtmised tekitasid Zeno efekte samamoodi nagu tavalised mõõtmised," ütleb Merch.
Järelikult põhjustab Zeno ja Antiseno efektide ilmnemine rikkumist mõõtmisprotsessis, mitte otsest mõõtmist ise.
Seda teades saame rakendada uusi meetodeid kvant-süsteemide juhtimiseks, kasutades Zeno dünaamikat.
Mida see kõik vaese Schrödingeri kassi jaoks tähendab?
"Zeno efekt ütleb, et kui testime kassi, lähtestame kõdunemiskella ja päästame kassi elu," ütleb teadlane Patrick Harrington. “Kuid trikk on selles, et Zeno tagajärjed on seotud rikkumisega, mitte teabega, nii et te ei pea nende käivitamiseks isegi kasti uurima. Samad efektid toimuvad, kui lihtsalt kasti raputada."
ILYA KHEL
