Voisiko Schrödingerin kissa olla olemassa tosielämässä?

Voisiko Schrödingerin kissa olla olemassa tosielämässä?
Shutterstock

Oletko koskaan käynyt useammassa kuin yhdessä paikassa samaan aikaan? Jos olet paljon suurempi kuin atomi, vastaus on ei.

Mutta atomeja ja hiukkasia ohjaavat kvanttimekaniikan säännöt, joissa useita mahdollisia tilanteita voi esiintyä samanaikaisesti.

Kvanttijärjestelmiä hallitsee ns. Aaltofunktio: matemaattinen esine, joka kuvaa näiden mahdollisten tilanteiden todennäköisyyksiä.

Ja nämä erilaiset mahdollisuudet voivat esiintyä rinnakkain aaltofunktiossa, jota kutsutaan eri tilojen "superpositioksi". Esimerkiksi hiukkasia, jotka ovat olemassa useissa eri paikoissa kerralla, kutsumme "spatiaaliseksi superpositioksi".

Vasta kun mittaus suoritetaan, aaltofunktio "romahtaa" ja järjestelmä pääsee yhteen määritettyyn tilaan.

Yleensä kvanttimekaniikka pätee pieneen atomien ja hiukkasten maailmaan. Tuomaristo on edelleen selvillä siitä, mitä se tarkoittaa suurille esineille.

Tutkimuksessamme julkaistu tänään Opticassa, ehdotamme kokeilua, joka voi ratkaista tämän hankalan kysymyksen lopullisesti.


 Hanki viimeisin InnerSelfistä


Erwin Schrödingerin kissa

1930-luvulla itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger keksi kuuluisan ajatuskokeensa kissasta laatikossa, joka kvanttimekaniikan mukaan voisi olla elossa ja kuollut samanaikaisesti.

Siinä kissa sijoitetaan sinetöityyn laatikkoon, jossa satunnaisella kvanttitapahtumalla on 50-50 mahdollisuus tappaa se. Kissa on kuollut, kunnes laatikko avataan ja kissa havaitaan että elossa samaan aikaan.

Toisin sanoen kissa on olemassa aaltofunktiona (monilla mahdollisuuksilla) ennen sen havaitsemista. Kun se havaitaan, siitä tulee selvä esine.


Mikä on Schrödingerin kissa?

Pitkän keskustelun jälkeen tiedeyhteisö saavutti tuolloin yksimielisyydenKööpenhaminan tulkinta”. Pohjimmiltaan sanotaan, että kvanttimekaniikka voi koskea vain atomeja ja molekyylejä, mutta ei voi kuvata paljon suurempia esineitä.

Kävi ilmi, että he olivat väärässä.

Viimeisen kahden vuosikymmenen aikana fyysikot ovat luoneet kvanttitilat vuonna biljoonasta atomista valmistetut esineet - riittävän suuri paljaalla silmällä. Vaikka tämä onkin ei vielä sisälsi alueellisen päällekkäisyyden.

Kuinka aaltofunktio tulee todelliseksi?

Mutta miten aaltotoiminnosta tulee "todellinen" esine?

Tätä fyysikot kutsuvat "kvanttimittausongelmaksi". Se on hämmentänyt tutkijoita ja filosofeja noin vuosisadan ajan.

Jos on mekanismi, joka poistaa kvanttisupposition potentiaalin suurista kohteista, se vaatii jotenkin "häiritsemään" aaltofunktiota - ja tämä loisi lämpöä.

Jos tällaista lämpöä löydetään, se tarkoittaa, että laajamittainen kvanttisäätö on mahdotonta. Jos tällainen lämpö on poissuljettu, luultavasti ei ole haittaa olla "kvantti" missä tahansa koossa.

Jos jälkimmäinen on kyse, voimme tekniikan kehittyessä laittaa suuria esineitä, ehkä jopa tuntevia olentoja, kvanttitiloihin.

Tämä on esimerkki resonaattorista kvanttisuppositiossa. Punainen aalto edustaa aaltofunktiota.
Tämä on esimerkki resonaattorista kvanttisuppositiossa. Punainen aalto edustaa aaltofunktiota.
Christopher Baker, Tekijä toimitti

Fyysikot eivät tiedä miltä mekanismi, joka estäisi laajamittaiset kvanttisuppositiot, näyttäisi. Joidenkin mukaan se on tuntematon kosmologinen kenttä. toiset epäillään painovoimaa voisi olla jotain tekemistä sen kanssa.

Tämän vuoden fysiikan Nobel-palkinnon voittaja Roger Penrose uskoo, että se voi olla seurausta elävien olentojen tietoisuus.

Pienien liikkeiden jahtaaminen

Noin viimeisen vuosikymmenen aikana fyysikot ovat kuumeisesti etsineet pieniä määriä lämpöä, mikä osoittaisi häiriötä aaltotoiminnossa.

Tämän selvittämiseksi tarvitsemme menetelmän, joka pystyy tukahduttamaan (niin täydellisesti kuin mahdollista) kaikki muut "ylimääräisen" lämmön lähteet, jotka saattavat estää tarkan mittauksen.

Meidän olisi myös pidettävä kurissa efekti, jota kutsutaan kvantti-backactioniksi, jossa tarkkailutoiminta itsessään luo lämpöä.

Tutkimuksessamme olemme muotoillut sellaisen kokeen, joka voisi paljastaa, onko paikkatietojen päällekkäisyys mahdollista suurille esineille. Paras toistaiseksi tehtyjä kokeita eivät ole onnistuneet saavuttamaan tätä.

Vastauksen löytäminen pienillä värisevillä säteillä

Kokeessamme käytettäisiin resonaattoreita paljon suuremmilla taajuuksilla kuin mitä on käytetty. Tämä poistaisi lämmön ongelman itse jääkaapista.

Kuten edellisissä kokeissa, meidän on käytettävä jääkaappia, jonka lämpötila on 0.01 kelviniä absoluuttisen nollan yläpuolella. (Absoloute nolla on teoreettisesti mahdollinen alin lämpötila).

Tämän erittäin matalien lämpötilojen ja erittäin korkeiden taajuuksien yhdistelmän avulla resonaattoreiden värähtelyt läpikäyvät prosessin, jota kutsutaan Bosen kondensaatioksi.

Voit kuvata tämän, kun resonaattori jäätyy niin vakaasti, että jääkaapin lämpö ei voi heiluttaa sitä edes vähän.

Käytämme myös erilaista mittausstrategiaa, jossa ei tarkastella lainkaan resonaattorin liikettä, vaan pikemminkin sen energiamäärää. Tämä menetelmä tukahduttaisi voimakkaasti myös takaiskuilman.

Mutta miten tekisimme tämän?

Yksittäiset valohiukkaset pääsisivät resonaattoriin ja heiluttaisivat edestakaisin muutama miljoona kertaa absorboimalla ylimääräisen energian. He lähtivät lopulta resonaattorista kuljettamalla ylimääräisen energian pois.

Mittaamalla ulos tulevien valohiukkasten energian voisimme selvittää, onko resonaattorissa lämpöä.

Jos lämpöä olisi läsnä, se osoittaisi tuntemattoman lähteen (jota emme hallinneet) oli häirinnyt aaltotoimintoa. Ja tämä tarkoittaisi, että on mahdotonta, että päällekkäisyyttä tapahtuu suuressa mittakaavassa.

Onko kaikki kvanttia?

Ehdotettu kokeilu on haastava. Se ei ole sellainen asia, jonka voit asentaa rennosti sunnuntai-iltapäivällä. Se voi viedä vuosien kehitystyötä, miljoonia dollareita ja koko joukko ammattitaitoisia kokeellisia fyysikkoja.

Siitä huolimatta se voisi vastata yhteen kiehtovimmista kysymyksistä todellisuudestamme: onko kaikki kvanttista? Ja niin, mielestämme se on varmasti vaivan arvoinen.

Mitä tulee ihmisen tai kissan asettamiseen kvantti-superpositioon - meillä ei todellakaan ole mitään keinoa tietää, miten tämä vaikuttaisi tuohon olentoon.

Onneksi tämä on kysymys, jota meidän ei tarvitse ajatella toistaiseksi.Conversation

kirjailijasta

Stefan Forstner, tutkijatohtori, Queenslandin yliopisto

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

TOIMITTAJAT

InnerSelf-uutiskirje: marraskuu 29, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
Tällä viikolla keskitymme näkemään asiat toisin ... katsomaan toisesta näkökulmasta, avoimella mielellä ja avoimella sydämellä.
Miksi minun pitäisi jättää huomiotta COVID-19 ja miksi en
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Vaimoni Marie ja minä olemme sekapari. Hän on kanadalainen ja minä amerikkalainen. Viimeiset 15 vuotta olemme viettäneet talvemme Floridassa ja kesämme Nova Scotiassa.
InnerSelf-uutiskirje: marraskuu 15, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
Tällä viikolla pohdimme kysymystä: "minne mennään täältä?" Aivan kuten minkä tahansa siirtymisrituaalin kohdalla, olipa kyseessä valmistuminen, avioliitto, lapsen syntymä, keskeiset vaalit tai lapsen menettäminen (tai löytäminen)…
Amerikka: Vaunumme kiinnittäminen maailmalle ja tähdille
by Marie T Russell ja Robert Jennings, InnerSelf.com
No, Yhdysvaltain presidentinvaalit ovat nyt takanamme ja on aika tehdä tilannekatsaus. Meidän on löydettävä yhteinen kanta nuorten ja vanhojen, demokraattien ja republikaanien, liberaalien ja konservatiivien välillä, jotta voimme todella tehdä…
InnerSelf-uutiskirje: lokakuu 25, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
InnerSelf-verkkosivuston "iskulause" tai alaotsikko on "Uudet asenteet - uudet mahdollisuudet", ja se on täsmälleen tämän viikon uutiskirjeen teema. Artikkeleidemme ja kirjoittajiemme tarkoituksena on…