Удивительный эксперимент впервые может проверить квантовую природу макроскопических объектов
Как вы, наверное, знаете, квантовая механика — это теория, которая описывает поведение самых маленьких частиц природы, таких как атомы и электроны. Она показывает, что эти частицы не имеют определенных свойств, пока мы их не измеряем, и могут находиться в нескольких состояниях одновременно, например, в двух местах сразу. Это называется суперпозицией, и она противоречит нашему обычному восприятию реальности. Ведь мы не можем представить, что луна может быть и на небе, и под землей, пока мы на нее не посмотрим.
Квантовая механика дала множество открытий и применений в науке и технологии, таких как компьютеры, смартфоны, GPS и медицинская диагностика. Однако до сих пор остается открытым вопрос, действует ли она только на микроскопическом уровне, или же можно наблюдать квантовые эффекты и в более крупных объектах. Например, можно ли сделать так, чтобы маятник, колеблющийся на нитке, был в двух положениях одновременно? Или же квантовая механика теряет свою силу, когда мы переходим к масштабам, доступным нашему глазу?
Этот вопрос не только фундаментален для понимания природы, но и имеет практическое значение. Ведь если мы сможем создавать и контролировать квантовые состояния в больших объектах, то мы сможем развивать новые технологии, такие как квантовые компьютеры, квантовая связь и квантовая метрология. Эти технологии могут решать задачи, которые невозможно решить с помощью классических компьютеров и систем связи, например, в области шифрования, оптимизации и искусственного интеллекта.
Однако проверить квантовую природу больших объектов очень сложно. Дело в том, что квантовые состояния очень хрупки и легко разрушаются при взаимодействии с окружающей средой. Это явление называется декогеренцией, и оно приводит к тому, что объект ведет себя как классический, то есть приобретает определенные свойства и местоположение. Чтобы избежать декогеренции, нужно охладить объект до очень низкой температуры, близкой к абсолютному нулю, и поместить его в вакуум, где почти нет других атомов, которые могут с ним взаимодействовать. Кроме того, нужно измерять объект очень аккуратно, чтобы не нарушить его квантовое состояние.
В прошлом году группа ученых из Великобритании и Индии предложила новый способ проверить квантовость объекта, который не зависит от его массы или энергии. Они предложили использовать принцип квантовой механики, согласно которому акт измерения сам по себе может изменить природу объекта. Их эксперимент заключается в следующем: они берут объект, похожий на маятник, и светят на него светом в двух разных местах. Первый свет показывает, в какой половине области колебаний находится объект, а второй — где он находится дальше по своей траектории. Если объект квантовый, то первое наблюдение нарушит его траекторию, изменяя вероятность того, где он будет на момент второго наблюдения, тогда как если он классический, то наблюдение не внесет никакой разницы. Таким образом, ученые могут сравнить, как меняется распределение объекта в зависимости от того наблюдали его или нет.
Этот эксперимент может быть реализован с помощью современных технологий, используя нанокристаллы или даже зеркала в LIGO, которые имеют эффективную массу 10 кг. Это означает, что ученые могут проверить квантовую природу объектов, которые в миллионы раз тяжелее, чем те, которые были проверены ранее. Если они обнаружат квантовые эффекты в таких объектах, то это будет означать, что квантовая механика действительно работает на всех масштабах, и что мы можем создавать новые квантовые технологии на основе макроскопических объектов.
Этот эксперимент также имеет философские значения. Он поможет проверить, имеют ли объекты реальные свойства, даже когда мы их не наблюдаем, или же их свойства зависят от нашего наблюдения. Это связано с проблемой согласования квантовой механики с реальностью, как мы ее знаем. Ведь если квантовая механика действует на всех масштабах, то это значит, что и наша реальность скорее всего не такая, какой она кажется, и что мы не можем быть уверены в том, что мы видим и знаем.
Это может быть одним из самых важных экспериментов в истории физики, который может изменить наше представление о природе и реальности.
10 комментариев
Добавить комментарий
Насчет абсолютного нуля вы погорячились. Из-за того же принципа неопределенности движение не остановится и энергия не обратится в ноль. Кстати, поэтому верна и теорема Нернста.
В классической физике это сделали Больцман, Гиббс, Максвелл и другие, а в квантах это сделали Эйнштейн, Бозе, Ферми и Ландау еще на заре квантовой теории.
Вместо того, чтобы обвинять всех подряд в непонимании принципа неопределенности, ссылаясь исключительно на преобразования Фурье, занялись бы настоящим изучением физики.
Поэтому я и считаю описанный в этом обзоре «теоретический» эксперимент как профанацию и распил бабла. А первую фразу обзора как не совсем верную, ибо квантовые эффекты имеются и на макроуровне (лазеры и сверхпроводимость соврать не дадут). И не надо заниматься ерундой, в очередной раз доказывая давно доказанное.
У каждой задачи есть свои ограничения. И не надо пытаться использовать методы задачи с одной областью применимости для решения задач с другой областью применимости. Для того, чтобы понять, где можно применять одни методы и нельзя и почему нельзя применять другие — надо опять иметь основательный запас знаний. Потому и тыкаю все время в статфизику (это не только термодинамика, но еще и сверхпроводимость, сверхтекучесть и тому подобные кванты).
Рекомендую почитать первые несколько глав статфизики ландавшица, там математика совсем простая, зато даются комментарии от ученых высшего класса. Надо, правда, знать теормех и гамильтонов формализм. Там сразу на пальцах и формулах объясняется о «средних» и почему такой подход имеет все права на существование. И что он действительно описывает природные явления. В этом курсе есть и квантовая статистика и чем она отличается от обычной квантовой механики (гл.5). Но детали уже сопровождаются математической заумью высшего порядка, в политехах такому точно не учат.
P.S. Эйнштейн отлично знал и физику, и математику. «Учиться в школе средне» и потом сделать открытия — это разные вещи. Можете на досуге посчитать, сколько нобелевских премий по нынешним критериям он мог бы получить — за две теории относительности, за фотоэффект (получил-таки), за квантовую статистику вместе с Бозе, индуцированное излучение (потом за его реализацию нобелевку получат Прохоров, Басов и Таунс), за основы теории флуктуаций.
Добавить комментарий