Возможно, у самого известного обреченного кошачьего кошачьего, кошки Шредингера, есть надежда.
В странном мысленном эксперименте, символизирующем странное состояние субатомных частиц в квантовой физике, кошка, заключенная в ящик, остается мертвой и живой до тех пор, пока ящик не будет открыт, и в этот момент кошка либо упадет замертво, либо счастливо уйдет прочь.
Когда-то считалось, что этот момент истины был мгновенным и совершенно непредсказуемым. Но в исследовании, опубликованном 3 июня в журнале Nature, физики Йельского университета смогли наблюдать за котом Шредингера в действии, предсказать судьбу кошки и даже спасти кошку от преждевременной смерти.
С этим новым открытием физики смогли «остановить процесс и вернуть кошку в ее живое состояние», - сказал в интервью Live Science физик из Гарварда Мишель Деворет, один из соавторов исследования.
В физике кошка Шредингера - это мысленный эксперимент, в котором кошка заперта в ящике с частицей, вероятность разложения которой составляет 50-50. Если частица распадается, кошка умирает; в противном случае кошка живет. Однако до тех пор, пока вы не откроете коробку, вы не будете знать, что случилось с кошкой, поэтому он существует в суперпозиции как мертвых, так и живых состояний, так же, как электроны и другие субатомные частицы одновременно существуют в нескольких состояниях (таких как множественные энергии уровни), пока они не наблюдаются. Когда частица наблюдается и случайно выбирает только один энергетический уровень, это называется квантовым скачком. Физики изначально думали, что квантовые скачки были мгновенными и дискретными: Пуф! И вдруг частица оказывается в том или ином состоянии.
Но в 1990-х годах все больше физиков начали подозревать, что частицы, следуя прыжку, следуют по линейному пути, прежде чем войти в свое конечное состояние. В то время у физиков не было технологии для наблюдения за этими траекториями, сказал Тодд Брун, физик из Университета Южной Калифорнии, который не принимал участия в исследовании. Вот где Devoret и его соавторы приходят.
Йельские физики освещали атом ярким светом и наблюдали, как свет рассеивался при квантовом скачке. Они обнаружили, что квантовые скачки были непрерывными, а не дискретными, и что скачки к различным дискретным энергетическим уровням удерживались на определенных «полетных» траекториях.
Как только ведущие авторы и физик Йельского университета Златко Минев сообщили, что когда физики узнали о конкретном состоянии, к которому приблизился атом, они смогли повернуть этот полет вспять, приложив силу в правильном направлении и с правильной силой. Он добавил, что правильное определение типа прыжка имеет решающее значение для успешного изменения направления полета. «Это очень ненадежно», - сказал Минев в интервью Live Science.
Некоторые физики, такие как Брун, не удивляются открытию: «Это ничем не отличается от всего, что кто-либо предсказывал», - сказал Брун в интервью Live Science. «Интересно то, что они провели это экспериментально».
«Это открытие особенно важно для исследовательских объектов, таких как лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), где физики наблюдают гравитационные волны», - сказал Деворет. На этих исследовательских объектах непредсказуемость частиц, также называемая квантовым шумом, является проклятием усилий ученых по проведению точных измерений.
«Как любят говорить физики, с квантовым шумом, даже Бог не может знать, что вы будете измерять», - сказал Деворет. Используя исследования, физики могут "отключить" квантовый шум и сделать более точные измерения.
По словам Деворет, частицы и судьба кота Шредингера всегда будут несколько непредсказуемыми в долгосрочной перспективе. Он и его главный вывод заключаются в том, что их судьбы можно наблюдать и предсказывать по мере их возникновения.
«Это немного похоже на извержения вулканов, - объяснил Деворет, - они непредсказуемы в долгосрочной перспективе. Но в краткосрочной перспективе вы можете увидеть, когда произойдет извержение».
