Widgets Magazine
17:58 25. srpna 2019
Kočka v krabici

Průlom ve vědě. Fyzikům se podařilo zachránit Schrödingerovu kočku

CC0 / Pixabay
Svět
Získat krátkou URL
5218

Američtí vědci zjistili, jak je možné předpovědět „nepředvídatelné“ kvantové přechody uvnitř atomů a použít tyto údaje k jejich obrácení. Podobně je možné „zachránit“ slavnou Schrödingerovu kočku před trýznivou smrtí, píše se v časopise Nature.

Schrödingerova kočka je „účastnicí“ myšlenkového experimentu, který navrhl rakouský fyzik Erwin Schrödinger v roce 1935, aby ukázal absurditu kvantové mechaniky. V jeho průběhu je do zapečetěné schránky umístěna kočka a mechanismus, který otevírá nádobu s jedem v případě rozpadu radioaktivního atomu. To může nastat kdykoliv, ale přesný čas rozpadu není znám.

Podle principů kvantové fyziky je kočka zároveň živá i mrtvá. Odtud pochází termín „kvantová superpozice“ – soubor všech stavů, v nichž se může současně nacházet kočka nebo jiný objekt kvantového světa. Dnes se fyzici aktivně snaží vytvořit takovou Schrödingerovu kočku, která by mohla být viděna pouhým okem.

Nedostatek nástrojů k „vidění“ Schrödingerové kočky nutí vědce aktivně se dohadovat o tom, kde je hranice mezi kvantovou fyzikou a fyzikou Einsteina a Newtona, zda vůbec existuje a zda ta první ovlivňuje chování objektů kolem nás.

Podle nové studie provedené na Yaleově univerzitě a publikované v časopise Nature, vědci tvrdí, že udělali v podstatě nový objev týkající se kvantového výzkumu.

Experiment provedený v laboratoři profesora Michela Devoreta a navržený vedoucím autorem Zlatko Minevem poprvé podrobněji zkoumá práci kvantového seskoku a výsledky otevírají možnost konečně předvídat tento „skok“.

Minev a jeho kolegové se nezajímají o samotného čtyřnohého dobrovolníka nebo jeho krabici, ale o podstatnější části tohoto mentálního experimentu - jak „superpozice“ živé a mrtvé kočky provádí tzv. kvantový přechod a stává se jedním ze dvou „klasických“ stavů.

„Kvantové přechody v atomech jsou částečně podobné vulkanickým erupcím. Nemohou být předvídány v dlouhodobém horizontu, ale pokud  takový objekt řádně sledujeme, můžeme dostávat docela přesné varování o hrozící katastrofě a začít jednat ještě před tím, než k ní dojde,“ říká Zlatko Minev z Yaleovy univerzity.

Jde o to, že až donedávna vědci přesně nevěděli, jak tento proces probíhá. Mnoho fyziků, jako například Niels Bohr, věřili, že kvantové přechody nemohou být v zásadě předvídány a že k nim dochází prakticky okamžitě.

Jednoduše řečeno, pokud jeden z elektronů atomu dostane další porci energie a „přeskočí“ do vyšší pozice, je ve skutečnosti „teleportován“ z jedné úrovně do druhé a nepohybuje se v prostoru. Jiní teoretici včetně samotného Schrödingera a Alberta Einsteina s tím nesouhlasili a domnívali se, že tyto přechody je možné být vypočítat a uvidět.

Až v 80. letech vědci poprvé sledovali skutečné přechody uvnitř atomů a potvrdili, že Bohr a jeho společníci byli blíže pravdě než příznivci alternativních koncepcí. To však, jak konstatuje Minev, neuzavírá otázku o tom, jak přesně probíhají podobné „kvantové skoky“, zda je možné je předvídat a manipulovat s nimi.

Američtí fyzici a jejich kolegové z Francie a z Nového Zélandu získali odpovědi na všechny tyto otázky a současně zpochybnili Bohrovu teorii díky experimentům se supravodivými kvantovými výboji (qubitemi). Představují jednotku kvantové informace, umělé analogie atomu nebo jiné kvantové konstrukce, které jsou schopné ukládat v sobě současně nulu i jednotku.

Srážka ultramalých částic
© Fotolia / AbstractUniverse
Tyto „syntetické“ atomy, sestavené ze speciálních supravodivých struktur, byly uspořádány tak, aby mohly být ve dvou vzrušených stavech, z nichž jeden, „světlý“, vědci mohli vidět, a druhý zůstal skrytý od pozorovatelů.

Qubity byly čerpány tak, že atom neustále přecházel do „temného“ stavu a pak se vrátil do své původní polohy. Současně vědci také manipulovali s jejich prací takovým způsobem, že v qubitech vznikaly podobné přechody mezi „světlým“ a základním stavem.

Během pozorování práce tohoto systému vědci narazili na neobvyklý jev – před tím, než se atom chystal přejít do „temného“ stavu, frekvence záblesků světla produkovaného atomem ve „světlém“ stavu prudce poklesla. Taková „zatmění“ byla velmi krátká - jejich délka byla pouze 45 mikrosekund, ale tato doba stačí k tomu, aby se změnil program „čerpání“ atomu a bylo zabráněno přechodu elektronu do nového stavu.

Jak ukázaly další experimenty, může to být provedeno nejen před kvantovým přechodem, ale i během něj. Podobný výsledek experimentu podle Mineva svědčí o tom, že minimálně část Bohrovy teorie není pravdivá - ve skutečnosti nejsou kvantové přechody okamžité a lze je předvídat v krátkodobém horizontu.

Jinými slovy, život Schrödingerové kočky nemusí nutně záviset zcela na náhodě – v případě určitých dovedností a okolností může být zachráněn, uzavírají vědci.

Více:

Ve vesmíru poprvé vytvořili anomální hmotu
Einsteinova prognóza byla potvrzena: fyzici objevili gravitační vlny
Byla vysvětlena záhadná anomálie uvnitř atomů
Ve vesmíru byl objeven objekt, který vyvrací fyzikální zákony
Štítky:
průlom, Yaleova univerzita, atom, Albert Einstein, experiment, fyzika, věda
Pravidla společenstvíDiskuse
Komentovat pomocí FacebookuKomentovat pomocí Sputniku
  • Komentář