|
Атомы могут быть в двух местах одновременно
|
|
|
|
Можно ли одновременно забить гол и не попасть по воротам? В мире самых маленьких объектов — да: в соответствии с предсказаниями квантовой механики, микроскопические объекты могут выбирать разные пути одновременно. Мир же макроскопических объектов подчиняется другим правилам: футбольный мяч, например, всегда движется в определенном направлении. Но могут быть и лазейки. Физики из Университета Бонна создали эксперимент, который должен по возможности проверить это. Первый эксперимент покажет, могут ли атомы цезия выбирать два пути одновременно.
|
|
|
|
Почти 100 лет назад физики Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Эрвин Шредингер создали новую область физики: квантовую механику. Объекты квантового мира — согласно квантовой теории — не двигаются по одной хорошо определенной траектории. Скорее они могут одновременно принимать различные пути и в конечном итоге оказываться в разных местах. Физики называют это квантовой суперпозицией.
|
 |
|
На уровне атомов все выглядит так, будто объекты строго подчиняются квантово-механическим законам. На протяжении многих лет многие эксперименты подтвердили предсказания квантовой механики. Но в нашем макроскопическом опыте мы наблюдаем, как футбольный мяч выбирает исключительно один путь. Он никогда не попадет в сетку ворот и отскочит от штанги одновременно. Почему так?
|
|
|
|
«Есть две разные интерпретации, — говорит доктор Андреа Альберти из Института прикладной физики Университета Бонна. — Квантовая механика допускает суперпозицию крупных макроскопических объектов. Но их состояние суперпозиции очень хрупкое: даже тот факт, что мы наблюдаем за мячом, может разрушить суперпозицию и заставить мяч выбирать конкретную траекторию».
|
|
|
|
Могут ли большие объекты играть по другим правилам?
|
|
|
|
Предположим, что перед нами два купола; под одним из них сидит кот (a). Мы не знаем, под каким именно. Мы поднимаем правый купол (b) и обнаруживаем, что он пустой. Таким образом, мы делаем вывод, что кот должен быть под левым куполом, и не трогаем его. Если бы мы подняли левый купол, мы бы побеспокоили кота, а измерение сбилось. В мире макрореалистов эта схема измерения никак не повлияла бы на состояние кота, он оставался бы спокойным все время. В квантовом же мире отрицательное измерение, выявляющее положение кота (b), уничтожает состояние квантовой суперпозиции и влияет на результат эксперимента.
|
|
|
|
Может быть и так, что футбольные мячи подчиняются совершенно другим правилам, отличным от тех, что применимы к одиночным атомам. «Давайте поговорим о макрореалистичном представлении мира, — говории Альберти. — В соответствии с этой интерпретацией, мяч всегда движется по определенной траектории, независимой от нашего наблюдения, и отличается от атома».
|
|
|
|
В сотрудничестве с Клайвом Эмари из Университета Халла в Великобритании, команда Бонна придумала экспериментальную схему, которая поможет выявить правильную интерпретацию. «Задача в том, чтобы разработать схему измерения позиций атомов, которая позволит фальсифицировать макрореалистичную теорию», — добавляет Альберти.
|
|
|
|
Описание эксперимента появилось в журнале Physical Review X: физики захватили единичный атом цезия с помощью двух оптических пинцетов и перенесли его в двух разных направлениях. В мире макрореалиста атом в итоге окажется в одном из двух конечных пунктов. С точки зрения квантовой механики, атом окажется в суперпозиции двух положений.
|
|
|
|
«Затем мы использовали косвенные измерения, которые могут определить конечное положение атома самым нежным из возможных способов», — говорит аспирант Карстен Робенс. Даже такое косвенное и мягкое измерение значительно меняет результаты эксперимента. Это наблюдение исключает — фальсифицирует, как сказал бы Карл Поппер — возможность того, что атомы цезия подчиняются макрореалистичной теории. Вместо этого экспериментальные выводы команды из Бонна отлично вписываются в интерпретацию на основе состояний суперпозиции, которые разрушаются при проведении косвенных измерений. Все, что нам остается, это признать, что атом действительно может выбирать разные пути одновременно.
|
|
|
|
«Это еще не доказывает, что квантовая механика работает с крупными объектами, — предупреждает Альберти. — Следующим шагом будет разделение двух позиций атома цезия на несколько миллиметров. Если мы все еще обнаружим суперпозицию в ходе этого эксперимента, макрореалистическая теория серьезно пошатнется».
|
|
|
|
http://hi-news.ru/science/mogut-li-atomy-byt-v-dvux-mestax-odnovremenno.html
|
