кот шредингера что с ним стало
Чем именно прославился Шрёдингер и его кот
12 августа 2017 года исполняется 130 лет со дня рождения замечательного австрийского физика Эрвина Рудольфа Йозефа Александра Шрёдингера. Жив ли кот Шрёдингера – вопрос, на который никто и никогда не даст точного ответа. Впрочем, в историю науки наш герой вошел отнюдь не благодаря издевательствам над четвероногими.
Полемист и критик
Характерной особенностью Шрёдингера как ученого была своеобразная «вторичность». Он редко сам начинал заниматься какой-либо проблемой, его любимый жанр – отклик на чье-либо исследование, его развитие или критика. Абсолютный индивидуалист, он все же не мог творить один – ему нужно было сопротивление, чужая мысль как точка опоры. Несмотря на такой оригинальный подход, спорщик-австриец стал автором многих десятков открытий – как правило, его публикации были и глубже, и точнее, чем у «первопроходцев». В 1933 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие новых плодотворных форм атомной теории. А после смерти ученого благодарные австрийцы выпустили тысячешиллинговую купюру с портретом Шрёдингера и назвали его именем одну из площадей в Вене.
Достаточно сложно говорить о вкладе этого физика, химика, биолога, философа, поэта простым языком – его главной заслугой являются формулы. Ему удалось изрядно продвинуть атомную теорию, теорию спектров, теорию относительности, он считается создателем современной волновой механики. Шрёдингер дружил и полемизировал с Нильсом Бором, Альбертом Эйнштейном, Вернером Гейзенбергом – тремя столпами физики XX века. На основании своих познаний и открытий он пытался делать философские обобщения. Одна из его книг называется очень просто и предельно амбициозно – «Что такое жизнь?»
Гедонист и сторонник свободной любви
Физические формулы и глубокие размышления не мешали Шрёдингеру заниматься самым интересным – личной жизнью. Его привычки постоянно были поводом для обсуждения и даже осуждения. В 1936 году физику даже пришлось покинуть Оксфорд, так как коллеги и руководство не одобряли поведения Эрвина и его жены Аннемари. Супруги состояли в свободных отношениях, открыто изменяя друг другу. Аннемари переспала чуть ли не со всеми друзьями Эрвина, сам он предпочитал молоденьких девушек, несколько из них даже родили ученому детей.
А где же кот?
Кот Шрёдингера неважно себя чувствует. Рисунок: Dhatfield / Wikimediz.org
Согласно принципу неопределенности, в этот час, пока мы не наблюдаем за происходящим, кот находится в суперпозиции – он одновременно и жив, и мертв. Но как только мы вмешиваемся в процесс, то есть смотрим на кота или на датчик радиоактивности, животное переходит в одно из двух конкретных состояний: оно или живо, или нет.
Позже американец Юджин Вигнер усилил степень абсурда. Позвольте, сказал он, а если за стенами лаборатории находится друг испытателя, который не знает о том, какую картину увидел ученый, открыв коробку? Кот вышел из суперпозиции для своего мучителя, но не для его друга. Только когда последний узнает результат эксперимента, несчастный кот станет живым или мертвым. Более того, в мире есть миллиарды людей. И окончательно сказать, жив кот Шрёдингера или мертв, можно будет только когда все существа во Вселенной узнают об исходе эксперимента, а это весьма долгий процесс.
Надо сказать, что воображаемый кот страдал напрасно: остроумная аргументация Шрёдингера и его сторонников так и не смогла поколебать принципов квантового дуализма. Так что все мы все в каком-то смысле ни живы, ни мертвы – пока может найтись хоть одно живое существо, которое не наблюдает за нами в данный момент.
Кот Шредингера: жив он или все-таки нет? Суть эксперимента
Все мы слышали про знаменитого кота Шредингера, но знаем ли мы, что это за кот такой на самом деле? Давайте разберемся и попытаемся рассказать о знаменитом коте Шредингера простыми словами.
Кот Шредингера – это эксперимент, проведенный Эрвином Шредингером, одним из отцов-основателей квантовой механики. Причем это не обычный физический эксперимент, а мысленный.
Надо признать, что Эрвин Шредингер был человеком с очень богатым воображением.
Итак, что у нас есть в качестве воображаемой основы для проведения эксперимента? Есть кот, помещенный в коробку. В коробке также находится счетчик Гейгера с некоторым очень маленьким количеством радиоактивного вещества. Количество вещества таково, что вероятность распада и нераспада одного атома в течение часа – одинакова. Если атом распадется, запустится специальный механизм, который разобьёт колбу с синильной кислотой, и бедный кот умрет. Если же распада не произойдет, то кот продолжит тихонько сидеть себе в коробке и мечтать о сосисках.
Кот Шредингера одновременно жив и мертв
В чем же суть кота Шредингера? Зачем вообще было придумывать такой сюрреалистический опыт?
Согласно результатам эксперимента мы узнаем, жив кот или нет, только когда открываем коробку. С точки зрения квантовой механики кот одновременно (как и атом вещества) находится сразу в двух состояниях – и жив, и мертв одновременно. Это и есть знаменитый парадокс кота Шредингера.
Естественно, такого быть не может. Эрвин Шредингер поставил этот мысленный эксперимент, чтобы показать несовершенство квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.
Приведем формулировку самого Шредингера:
Определенно положительным моментом в данном эксперименте является тот факт, что не одно животное в его ходе не пострадало.
Кот Шредингера. Юмор
Напоследок, для закрепления материала предлагаем Вам посмотреть видео из старого доброго сериала «Теория Большого Взрыва».
А если у Вас вдруг остались вопросы или преподаватель задал задачку по квантовой механике, обращайтесь к нашим авторам. Вместе мы решим все вопросы гораздо быстрее!
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Много кто слышал это выражение, но возможно не все понимают даже упрощенный его смысл. Давайте попробуем разобраться без сложных теорий и формул.
«Кот Шредингера» – так называется знаменитый мысленный эксперимент знаменитого австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, который также является лауреатом Нобелевской премии. С помощью этого вымышленного опыта ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим системам.
Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет 1935 году. Вот цитата:
Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».
Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся (Википедия).
Еще одной наиболее свежей интерпретацией мысленного эксперимента Шредингера является рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он произнес для менее образованной соседки Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что концепция кота Шредингера может быть применена в отношениях между людьми. Для того чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие отношения между ними: хорошие или плохие, – нужно просто открыть ящик. А до этого отношения являются одновременно и хорошими, и плохими.
Ниже приведен видеофрагмент этого диалога «Теории большого взрыва» между Шелдоном и Пении.
Иллюстрация Шрёдингера является наилучшим примером для описания главного парадокса квантовой физики: согласно её законам, частицы, такие как электроны, фотоны и даже атомы существуют в двух состояниях одновременно («живых» и «мёртвых», если вспоминать многострадального кота). Эти состояния называются суперпозициями.
Американский физик Арт Хобсон (Art Hobson) из университета Арканзаса (Arkansas State University) предложил своё решение данного парадокса.
«Измерения в квантовой физике базируются на работе неких макроскопических устройств, таких как счётчик Гейгера, при помощи которых определяется квантовое состояние микроскопических систем — атомов, фотонов и электронов. Квантовая теория подразумевает, что если вы подсоедините микроскопическую систему (частицу) к некому макроскопическому устройству, различающему два разных состояния системы, то прибор (счётчик Гейгера, например) перейдёт в состояние квантовой запутанности и тоже окажется одновременно в двух суперпозициях. Однако невозможно наблюдать это явление непосредственно, что делает его неприемлемым», — рассказывает физик.
Хобсон говорит, что в парадоксе Шрёдингера кот играет роль макроскопического прибора, счётчика Гейгера, подсоединённого к радиоактивному ядру, для определения состояния распада или «нераспада» этого ядра. В таком случае, живой кот будет индикатором «нераспада», а мёртвый кот — показателем распада. Но согласно квантовой теории, кот, так же как и ядро, должен пребывать в двух суперпозициях жизни и смерти.
Вместо этого, по словам физика, квантовое состояние кота должно быть запутанным с состоянием атома, что означает что они пребывают в «нелокальной связи» друг с другом. То есть, если состояние одного из запутанных объектов внезапно сменится на противоположное, то состояние его пары точно также поменяется, на каком бы расстоянии друг от друга они ни находились. При этом Хобсон ссылается на экспериментальные подтверждения этой квантовой теории.
«Самое интересное в теории квантовой запутанности — это то, что смена состояния обеих частиц происходит мгновенно: никакой свет или электромагнитный сигнал не успел бы передать информацию от одной системы к другой. Таким образом, можно сказать, что это один объект, разделённый на две части пространством, и неважно, как велико расстояние между ними», — поясняет Хобсон.
Кот Шрёдингера больше не живой и мёртвый одновременно. Он мёртв, если произойдёт распад, и жив, если распад так и не случится.
Добавим, что похожие варианты решения этого парадокса были предложены ещё тремя группами учёных за последние тридцать лет, однако они не были восприняты всерьёз и так и остались незамеченными в широких научных кругах. Хобсонотмечает, что решение парадоксов квантовой механики, хотя бы теоретические, совершенно необходимы для её глубинного понимания.
Подробнее о работе физика можно почитать в его статье, которая была опубликована в журнале Physical Review A.
А вот совсем недавно ТЕОРЕТИКИ ОБЪЯСНИЛИ, КАК ГРАВИТАЦИЯ УБИВАЕТ КОТА ШРЁДИНГЕРА, но это уже сложнее …
Как правило, физики объясняют феномен того, что суперпозиция возможна в мире частиц, но невозможна с котами или другими макрообъектами, помехами от окружающей среды. Когда квантовый объект проходит сквозь поле или взаимодействует со случайными частицами, он тут же принимает всего одно состояние — как если бы его измерили. Именно так и разрушается суперпозиция, как полагали учёные.
Но даже если каким-либо образом стало возможным изолировать макрообъект, находящийся в состоянии суперпозиции, от взаимодействий с другими частицами и полями, то он всё равно рано или поздно принял бы одно-единственное состояние. По крайней мере, это верно для процессов, протекающих на поверхности Земли.
«Где-то в межзвёздном пространстве, может быть, кот и имел бы шанс сохранить квантовую когерентность, но на Земле или вблизи любой планеты это крайне маловероятно. И причина тому — гравитация», — поясняет ведущий автор нового исследования Игорь Пиковский (Igor Pikovski) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
Пиковский и его коллеги из Венского университета утверждают, что гравитация оказывает разрушительное воздействие на квантовые суперпозиции макрообъектов, и потому мы не наблюдаем подобных явлений в макромире. Базовая концепция новой гипотезы, к слову, кратко изложена в художественном фильме «Интерстеллар».
Эйнштейновская общая теория относительности гласит, что чрезвычайно массивный объект будет искривлять вблизи себя пространство-время. Рассматривая ситуацию на более мелком уровне, можно сказать, что для молекулы, помещённой у поверхности Земли, время будет идти несколько медленнее, чем для той, что находится на орбите нашей планеты.
Из-за влияния гравитации на пространство-время молекула, попавшая под это влияние, испытает отклонение в своём положении. А это, в свою очередь, должно повлиять и на её внутреннюю энергию — колебания частиц в молекуле, которые изменяются с течением времени. Если молекулу ввести в состояние квантовой суперпозиции двух локаций, то соотношение между положением и внутренней энергией вскоре заставило бы молекулу «выбрать» только одну из двух позиций в пространстве.
«В большинстве случаев явление декогеренции связано с внешним влиянием, но в данном случае внутреннее колебание частиц взаимодействует с движением самой молекулы», — поясняет Пиковский.
Этот эффект пока что никто не наблюдал, поскольку другие источники декогеренции, такие как магнитные поля, тепловое излучение и вибрации, как правило, гораздо сильнее, и вызывают разрушение квантовых систем задолго до того, как это сделает гравитация. Но экспериментаторы стремятся проверить высказанную гипотезу.
Маркус Арндт (Markus Arndt), физик-экспериментатор из Венского университета, проводит опыты по наблюдению квантовой суперпозиции у макроскопических объектов. Он посылает небольшие молекулы в интерферометр, фактически предоставляя частице «выбор», какой дорогой пойти. С точки зрения классической механики молекула может пройти только одним путём, но квантовая молекула может пройти сразу двумя путями, интерферируя сама с собой и создавая характерный волнообразный рисунок.
Подобная установка также может быть использована для проверки способности гравитации разрушать квантовые системы. Для этого необходимо будет сравнить вертикальный и горизонтальный интерферометры: в первом суперпозиция должна будет вскоре исчезнуть из-за растяжения времени на разных «высотах» пути, тогда как во втором квантовая суперпозиция может и сохраниться.
masterok
Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
Много кто слышал это выражение, но возможно не все понимают даже упрощенный его смысл. Давайте попробуем разобраться без сложных теорий и формул.
«Кот Шредингера» – так называется знаменитый мысленный эксперимент знаменитого австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, который также является лауреатом Нобелевской премии. С помощью этого вымышленного опыта ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим системам.
Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет 1935 году. Вот цитата:
Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».
Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся (Википедия).
Еще одной наиболее свежей интерпретацией мысленного эксперимента Шредингера является рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он произнес для менее образованной соседки Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что концепция кота Шредингера может быть применена в отношениях между людьми. Для того чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие отношения между ними: хорошие или плохие, – нужно просто открыть ящик. А до этого отношения являются одновременно и хорошими, и плохими.
Ниже приведен видеофрагмент этого диалога «Теории большого взрыва» между Шелдоном и Пении.
Иллюстрация Шрёдингера является наилучшим примером для описания главного парадокса квантовой физики: согласно её законам, частицы, такие как электроны, фотоны и даже атомы существуют в двух состояниях одновременно («живых» и «мёртвых», если вспоминать многострадального кота). Эти состояния называются суперпозициями.
Американский физик Арт Хобсон (Art Hobson) из университета Арканзаса (Arkansas State University) предложил своё решение данного парадокса.
«Измерения в квантовой физике базируются на работе неких макроскопических устройств, таких как счётчик Гейгера, при помощи которых определяется квантовое состояние микроскопических систем — атомов, фотонов и электронов. Квантовая теория подразумевает, что если вы подсоедините микроскопическую систему (частицу) к некому макроскопическому устройству, различающему два разных состояния системы, то прибор (счётчик Гейгера, например) перейдёт в состояние квантовой запутанности и тоже окажется одновременно в двух суперпозициях. Однако невозможно наблюдать это явление непосредственно, что делает его неприемлемым», — рассказывает физик.
Хобсон говорит, что в парадоксе Шрёдингера кот играет роль макроскопического прибора, счётчика Гейгера, подсоединённого к радиоактивному ядру, для определения состояния распада или «нераспада» этого ядра. В таком случае, живой кот будет индикатором «нераспада», а мёртвый кот — показателем распада. Но согласно квантовой теории, кот, так же как и ядро, должен пребывать в двух суперпозициях жизни и смерти.
Вместо этого, по словам физика, квантовое состояние кота должно быть запутанным с состоянием атома, что означает что они пребывают в «нелокальной связи» друг с другом. То есть, если состояние одного из запутанных объектов внезапно сменится на противоположное, то состояние его пары точно также поменяется, на каком бы расстоянии друг от друга они ни находились. При этом Хобсон ссылается на экспериментальные подтверждения этой квантовой теории.
«Самое интересное в теории квантовой запутанности — это то, что смена состояния обеих частиц происходит мгновенно: никакой свет или электромагнитный сигнал не успел бы передать информацию от одной системы к другой. Таким образом, можно сказать, что это один объект, разделённый на две части пространством, и неважно, как велико расстояние между ними», — поясняет Хобсон.
Кот Шрёдингера больше не живой и мёртвый одновременно. Он мёртв, если произойдёт распад, и жив, если распад так и не случится.
Добавим, что похожие варианты решения этого парадокса были предложены ещё тремя группами учёных за последние тридцать лет, однако они не были восприняты всерьёз и так и остались незамеченными в широких научных кругах. Хобсонотмечает, что решение парадоксов квантовой механики, хотя бы теоретические, совершенно необходимы для её глубинного понимания.
Подробнее о работе физика можно почитать в его статье, которая была опубликована в журнале Physical Review A.
А вот совсем недавно ТЕОРЕТИКИ ОБЪЯСНИЛИ, КАК ГРАВИТАЦИЯ УБИВАЕТ КОТА ШРЁДИНГЕРА, но это уже сложнее …
Как правило, физики объясняют феномен того, что суперпозиция возможна в мире частиц, но невозможна с котами или другими макрообъектами, помехами от окружающей среды. Когда квантовый объект проходит сквозь поле или взаимодействует со случайными частицами, он тут же принимает всего одно состояние — как если бы его измерили. Именно так и разрушается суперпозиция, как полагали учёные.
Но даже если каким-либо образом стало возможным изолировать макрообъект, находящийся в состоянии суперпозиции, от взаимодействий с другими частицами и полями, то он всё равно рано или поздно принял бы одно-единственное состояние. По крайней мере, это верно для процессов, протекающих на поверхности Земли.
«Где-то в межзвёздном пространстве, может быть, кот и имел бы шанс сохранить квантовую когерентность, но на Земле или вблизи любой планеты это крайне маловероятно. И причина тому — гравитация», — поясняет ведущий автор нового исследования Игорь Пиковский (Igor Pikovski) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
Пиковский и его коллеги из Венского университета утверждают, что гравитация оказывает разрушительное воздействие на квантовые суперпозиции макрообъектов, и потому мы не наблюдаем подобных явлений в макромире. Базовая концепция новой гипотезы, к слову, кратко изложена в художественном фильме «Интерстеллар».
Эйнштейновская общая теория относительности гласит, что чрезвычайно массивный объект будет искривлять вблизи себя пространство-время. Рассматривая ситуацию на более мелком уровне, можно сказать, что для молекулы, помещённой у поверхности Земли, время будет идти несколько медленнее, чем для той, что находится на орбите нашей планеты.
Из-за влияния гравитации на пространство-время молекула, попавшая под это влияние, испытает отклонение в своём положении. А это, в свою очередь, должно повлиять и на её внутреннюю энергию — колебания частиц в молекуле, которые изменяются с течением времени. Если молекулу ввести в состояние квантовой суперпозиции двух локаций, то соотношение между положением и внутренней энергией вскоре заставило бы молекулу «выбрать» только одну из двух позиций в пространстве.
«В большинстве случаев явление декогеренции связано с внешним влиянием, но в данном случае внутреннее колебание частиц взаимодействует с движением самой молекулы», — поясняет Пиковский.
Этот эффект пока что никто не наблюдал, поскольку другие источники декогеренции, такие как магнитные поля, тепловое излучение и вибрации, как правило, гораздо сильнее, и вызывают разрушение квантовых систем задолго до того, как это сделает гравитация. Но экспериментаторы стремятся проверить высказанную гипотезу.
Маркус Арндт (Markus Arndt), физик-экспериментатор из Венского университета, проводит опыты по наблюдению квантовой суперпозиции у макроскопических объектов. Он посылает небольшие молекулы в интерферометр, фактически предоставляя частице «выбор», какой дорогой пойти. С точки зрения классической механики молекула может пройти только одним путём, но квантовая молекула может пройти сразу двумя путями, интерферируя сама с собой и создавая характерный волнообразный рисунок.
Подобная установка также может быть использована для проверки способности гравитации разрушать квантовые системы. Для этого необходимо будет сравнить вертикальный и горизонтальный интерферометры: в первом суперпозиция должна будет вскоре исчезнуть из-за растяжения времени на разных «высотах» пути, тогда как во втором квантовая суперпозиция может и сохраниться.
Кота Шредингера можно спасти, даже не заглядывая в ящик
Ученые использовали искусственный атом, чтобы показать возможность сохранения кота Шредингера в живом состоянии в течение неопределенного срока, а также ускорения наступления его кончины. Для того и этого даже не нужно заглядывать в ящик, в котором этот самый кот обычно сидит (или не сидит). Использование классических аналогий вроде этой может показаться упрощением или странностью, но для науки это очень важно. Они показывают, как реальность обретается на фундаментальном уровне, и могут привести к появлению лучших инструментов, которые физики используют в квантовой инженерии.
Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решили выяснить наверняка, нужно ли вообще собирать информацию из квантовой системы — или, проще говоря, смотреть на частицу — чтобы повлиять на ее поведение. Может «тормошения» будет достаточно?
Внимание, спойлер: они выяснили, что смотреть не обязательно.
Немного истории: кот, ящик и эффекты Зенона
Если кто не знает, что это за кот Шредингера, напомним легенду. Согласно Копенгагенской интерпретации квантовой механики, физический объект (вроде атома) не имеет определенных свойств, пока мы не проводим его измерения. В ответ на это физик Эрвин Шредингер предложил мысленный эксперимент. Он предположил, что если такая интерпретация верна, мы могли бы поместить радиоактивное вещество в небольшой контейнер рядом со счетчиком Гейгера, связать счетчик с молотком и поместить молоток над капсулой с кислотой, чтобы тот раздавил ее в момент распада атома.
Если все это засунуть в ящик с котом, мы не сможем измерить свойства атома, потому что, насколько мы знаем, атом одновременно распался и не распался (на то он и полураспад). Как следствие, кот будет и жив и мертв одновременно, пока мы не заглянем внутрь.
Такова легенда. Но у нее двойное дно.
В 1974 году ученые задались вопросом: зависит ли время жизни нестабильной системы от измерительного устройства?
Этот парадокс стал известен как квантовый эффект Зенона: что произойдет, если мы будем непрерывно наблюдать за нестабильным атомом? Распадется ли он?
Согласно эффекту Зенона, при постоянном наблюдении он никогда не испустит ни единой частицы излучения. В 1989 году это было впервые продемонстрировано в эксперименте, проведенном Национальным институтом стандартов и технологий США, и странная гипотеза стала странной реальностью.
Уже через десять лет был предложен противоположный эффект Зенона — эффект Антизенона. Частое измерение радиоактивного атомного ядра может ускорить его распад, в зависимости от процесса.
Осталось только понять, что такое «измерение».
Чтобы измерить нечто вроде радиоактивного атома, провести наблюдение над ним и считать его параметры и свойства, с ним нужно как-то взаимодействовать, чтобы информация вышла наружу в каком-нибудь виде. В процессе этого множество возможностей атома схлопываются в единый исход, который мы и видим. Но является ли это схлопывание причиной эффекта Зенона? Или можно ли ускорить или замедлить распад атома, не приводя к его схлопыванию в абсолютное состояние?
Зенон против Антизенона
Все это возвращает нас к эксперименту, проведенному Вашингтонским университетом.
Чтобы определить, будет ли передача информации форсировать эффект Зенона или Антизенона, ученые использовали устройство, которое во многом ведет себя как атом со множеством энергетических состояний.
Этот «искусственный атом» смог испытать гипотезу, как энергетические состояния — электромагнитные моды — могут влиять на эти эффекты.
«Скорость атомного распада зависит от плотности возможных энергетических состояний, или электромагнитных мод, при заданной энергии», говорит исследователь Кейтер Мерч. «Чтобы атом распался, он должен испустить фотон в одной из этих мод. Больше мод — значит больше способов распада, значит быстрее распад».
Точно так же меньше мод означает меньше опций для распада, чем объясняется, почему атомный горшок под постоянным наблюдением никогда не сварит. Мерч и его команда сумели манипулировать числом мод в своем искусственном атоме, прежде чем использовать стандартные измерения, проверяя его состояние каждую микросекунду и ускоряя или замедляя его «распад».
«Эти измерения представляют собой первое наблюдение двух эффектов Зенона в единой квантовой системе», говорит Мерч.
Чтобы убедиться, что именно наблюдение или вмешательство оказалось ключевым, ученые сделали так называемое квазиизмерение, которое создает помехи, не приводя к коллапсу атомного состояния. Каким будет результат, не знал никто.
«Но собираемые целыми днями данные последовательно показывали, что квазиизмерения приводили к эффектам Зенона так же, как и обычные измерения», говорит Мерч.
Следовательно, именно нарушение в процессе измерения, а не само непосредственное измерение приводит к появлению эффектов Зенона и Антизенона.
Зная это, мы можем применять новые методы управления квантовыми системами с использованием динамики Зенона.
Что же все это означает для бедного кота Шредингера?
«Эффект Зенона говорит, что если мы проверим кота, мы обнулим часы распада атома и сохраним жизнь коту», говорит ученый Патрик Харрингтон. «Но трюк заключается в том, что эффекты Зенона связаны с нарушением, а не с информацией, а значит даже нет необходимости заглядывать в ящик, чтобы их вызвать. Те же эффекты будут иметь место, если вы просто встряхнете коробку».