Может ли кот Шредингера существовать в реальной жизни?

Could Schrödinger's Cat Exist In Real Life?
Shutterstock

Вы когда-нибудь были в нескольких местах одновременно? Если вы намного больше атома, ответ будет отрицательным.

Но атомы и частицы подчиняются правилам квантовой механики, в которой одновременно могут сосуществовать несколько различных возможных ситуаций.

Квантовыми системами управляет так называемая «волновая функция»: математический объект, который описывает вероятности этих различных возможных ситуаций.

И эти различные возможности могут сосуществовать в волновой функции как так называемая «суперпозиция» различных состояний. Например, частица, существующая одновременно в нескольких разных местах, называется «пространственной суперпозицией».

Только при проведении измерения волновая функция «схлопывается», и система оказывается в одном определенном состоянии.

Обычно квантовая механика применяется к крошечному миру атомов и частиц. Что это значит для крупномасштабных объектов, до сих пор нет.

В наших исследованиях, опубликовано сегодня в Optica, мы предлагаем эксперимент, который может раз и навсегда решить этот острый вопрос.


 Получите последние новости от InnerSelf


Кот Эрвина Шредингера

В 1930-х годах австрийский физик Эрвин Шредингер провел свой знаменитый мысленный эксперимент с котом в коробке, который, согласно квантовой механике, мог быть живым и мертвым одновременно.

В нем кот помещается в запечатанный ящик, в котором случайное квантовое событие имеет 50–50 шансов убить его. Пока коробка не открывается и за кошкой не наблюдают, оба кота мертвы. а так же живы в то же время.

Другими словами, кошка существует как волновая функция (с множеством возможностей) до того, как ее заметят. Когда его наблюдают, он становится определенным объектом.


Что такое кошка Шредингера?

После долгих дебатов научное сообщество в то время пришло к консенсусу с «Копенгагенская интерпретация». По сути, это говорит о том, что квантовая механика применима только к атомам и молекулам, но не может описывать гораздо более крупные объекты.

Оказывается, они ошибались.

За последние два десятилетия физики создали квантовые состояния в объекты из триллионов атомов - достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Хотя это еще не включены пространственные суперпозиции.

Как волновая функция становится реальной?

Но как волновая функция становится «реальным» объектом?

Это то, что физики называют «проблемой квантового измерения». Это озадачивает ученых и философов около века.

Если существует механизм, который устраняет возможность квантовой суперпозиции у крупномасштабных объектов, он потребует как-то «нарушить» волновую функцию - и это приведет к возникновению тепла.

Если такое тепло обнаружено, это означает, что крупномасштабная квантовая суперпозиция невозможна. Если такое тепло исключено, то, скорее всего, природа не против «быть квантовым» любого размера.

В последнем случае с развитием технологий мы могли бы размещать большие объекты, возможно даже живые существа, в квантовые состояния.

This is an illustration of a resonator in quantum superposition. The red wave represents the wave function.
Это иллюстрация резонатора в квантовой суперпозиции. Красная волна представляет волновую функцию.
Кристофер Бейкер, Автор условии

Физики не знают, как мог бы выглядеть механизм, предотвращающий крупномасштабные квантовые суперпозиции. По мнению некоторых, это неизвестное космологическое поле. Другие подозреваемая гравитация мог иметь какое-то отношение к этому.

Роджер Пенроуз, лауреат Нобелевской премии по физике этого года, считает, что это могло быть следствием сознание живых существ.

В погоне за мельчайшими движениями

В течение последнего десятилетия физики лихорадочно искали следы тепла, которые указали бы на нарушение волновой функции.

Чтобы выяснить это, нам понадобится метод, который может подавить (насколько это возможно) все другие источники «избыточного» тепла, которые могут помешать точному измерению.

Нам также нужно будет контролировать эффект, называемый квантовым «обратным действием», при котором акт наблюдения создает тепло.

В нашем исследовании мы сформулировали такой эксперимент, который мог бы показать, возможна ли пространственная суперпозиция для крупномасштабных объектов. Лучший эксперименты до сих пор не смогли этого добиться.

Поиск ответа с помощью крошечных вибрирующих лучей

В нашем эксперименте будут использоваться резонаторы на гораздо более высоких частотах, чем раньше. Это устранит проблему перегрева самого холодильника.

Как и в предыдущих экспериментах, нам нужно будет использовать холодильник при температуре 0.01 градуса кельвина выше абсолютного нуля. (Абсолютный ноль - это теоретически возможная самая низкая температура).

При таком сочетании очень низких температур и очень высоких частот колебания в резонаторах претерпевают процесс, называемый «бозе-конденсацией».

Вы можете представить это как замораживание резонатора настолько сильно, что тепло от холодильника не может его пошевелить, даже немного.

Мы также могли бы использовать другую стратегию измерения, которая вообще не учитывает движение резонатора, а скорее количество энергии, которое он имеет. Этот метод также сильно подавляет тепло обратного действия.

Но как нам это сделать?

Одиночные частицы света попадают в резонатор и отскакивают назад и вперед несколько миллионов раз, поглощая любую избыточную энергию. В конечном итоге они покидают резонатор, унося лишнюю энергию.

Измеряя энергию исходящих легких частиц, мы могли определить, есть ли тепло в резонаторе.

Если тепло присутствовало, это означало бы, что неизвестный источник (который мы не контролировали) нарушил волновую функцию. А это означало бы, что суперпозиция невозможна в большом масштабе.

Все квантово?

Предлагаемый нами эксперимент сложен. Это не из тех вещей, которые вы можете случайно создать в воскресенье днем. На это могут потребоваться годы разработки, миллионы долларов и куча опытных физиков-экспериментаторов.

Тем не менее, он может ответить на один из самых интересных вопросов о нашей реальности: все ли квантово? И поэтому мы, безусловно, думаем, что это того стоит.

Что касается помещения человека или кошки в квантовую суперпозицию - у нас действительно нет способа узнать, как это повлияет на это существо.

К счастью, это вопрос, о котором нам пока не нужно думать.The Conversation

Об авторе

Стефан Форстнер, научный сотрудник, научный сотрудник, Университет Квинсленда

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-icontwitter-iconrss-icon

 Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

Прицепить наш мир к звездам?
Америка: на повозке к миру и к звездам
by Мари Т. Рассел и Роберт Дженнингс, InnerSelf.com

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Прицепить наш мир к звездам?
Америка: на повозке к миру и к звездам
by Мари Т. Рассел и Роберт Дженнингс, InnerSelf.com

ОТ РЕДАКТОРОВ

Почему я должен игнорировать COVID-19 и почему я не буду
by Роберт Дженнингс, InnerSelf.com
Моя жена Мари и я смешанная пара. Она канадка, а я американец. Последние 15 лет мы проводили зимы во Флориде, а летом - в Новой Шотландии.
InnerSelf Newsletter: ноябрь 15, 2020
by InnerSelf персонала
На этой неделе мы размышляем над вопросом: «Куда нам идти дальше?» Как и в случае любого обряда посвящения, будь то окончание школы, брак, рождение ребенка, решающие выборы или потеря (или нахождение)…
Америка: на повозке к миру и к звездам
by Мари Т. Рассел и Роберт Дженнингс, InnerSelf.com
Итак, президентские выборы в США остались позади, и пора подвести итоги. Мы должны найти общий язык между молодыми и старыми, демократами и республиканцами, либералами и консерваторами, чтобы действительно сделать ...
InnerSelf Информационный бюллетень: октябрь 25, 2020
by InnerSelf персонала
«Слоган» или подзаголовок веб-сайта InnerSelf - «Новые отношения --- новые возможности», и это как раз тема информационного бюллетеня на этой неделе. Цель наших статей и авторов -…
InnerSelf Информационный бюллетень: октябрь 18, 2020
by InnerSelf персонала
В наши дни мы живем в мини-пузырях ... в наших собственных домах, на работе и в общественных местах, и, возможно, в нашем собственном уме и со своими эмоциями. Однако жить в пузыре или чувствовать себя…