شاتر

آیا تا به حال در بیش از یک مکان همزمان بوده اید؟ اگر خیلی بزرگتر از یک اتم باشید ، جواب منفی خواهد بود.

اما اتمها و ذرات توسط قوانین مکانیک کوانتوم اداره می شوند ، که در آن چندین موقعیت مختلف مختلف می تواند همزمان زندگی کند.

سیستم های کوانتومی توسط آنچه "تابع موج" نامیده می شود ، اداره می شوند: یک شی object ریاضی که احتمالات این شرایط مختلف ممکن را توصیف می کند.

و این احتمالات مختلف می تواند در عملکرد موج به عنوان آنچه "برهم نهی" از حالت های مختلف نامیده می شود ، وجود داشته باشد. به عنوان مثال ، ذره ای که در یک زمان در چندین مکان مختلف وجود دارد همان چیزی است که ما آن را "برهم نهی فضایی" می نامیم.

فقط هنگام اندازه گیری ، تابع موج "خراب می شود" و سیستم در یک حالت مشخص به پایان می رسد.

به طور کلی ، مکانیک کوانتوم در دنیای کوچک اتم ها و ذرات اعمال می شود. هیئت منصفه هنوز در مورد معنای اشیا در مقیاس بزرگ نیست.

در تحقیق ما امروز در اپتیکا منتشر شده است، ما آزمایشی را پیشنهاد می دهیم که ممکن است این سوال خاردار را یک بار و برای همه حل کند.

گربه اروین شرودینگر

در دهه 1930 ، اروین شرودینگر ، فیزیکدان اتریشی آزمایش فکری مشهور خود را درباره گربه ای در جعبه ای ارائه داد که طبق مکانیک کوانتوم ، می تواند همزمان زنده و مرده باشد.

در آن ، یک گربه در یک جعبه مهر و موم شده قرار می گیرد که در آن یک رویداد تصادفی کوانتومی 50-50 احتمال کشتن آن را دارد. تا زمان باز شدن جعبه و مشاهده گربه ، گربه هر دو مرده است و زنده در همان زمان

به عبارت دیگر ، گربه قبل از مشاهده به عنوان یک تابع موج (با چندین امکان) وجود دارد. وقتی مشاهده شد ، به یک موضوع مشخص تبدیل می شود.

{vembed Y = UpGO2kuQyZw}
گربه شرودینگر چیست؟

پس از بحث های فراوان ، جامعه علمی آن زمان با "تفسیر کپنهاگ" این اساساً می گوید مکانیک کوانتوم فقط می تواند برای اتم ها و مولکول ها اعمال شود ، اما نمی تواند اجرام خیلی بزرگتر را توصیف کند.

معلوم شد که آنها اشتباه کرده اند.

در حدود دو دهه گذشته ، فیزیکدانان ایجاد کرده اند حالات کوانتومی در اشیا made ساخته شده از تریلیون اتم - آنقدر بزرگ که با چشم غیر مسلح دیده شود. اگرچه ، این هنوز رتبهدهی نشده است شامل اضافه شدن فضایی است.

چگونه یک تابع موج واقعی می شود؟

اما چگونه تابع موج به یک جسم "واقعی" تبدیل می شود؟

این همان چیزی است که فیزیکدانان آن را "مسئله اندازه گیری کوانتوم" می نامند. حدود یک قرن دانشمندان و فلاسفه را متحیر کرده است.

اگر مکانیزمی وجود داشته باشد که پتانسیل سوپرپوزیشن کوانتومی را از اشیا-در مقیاس بزرگ حذف کند ، به نوعی نیاز به "ایجاد مزاحمت" در عملکرد موج است - و این گرما ایجاد می کند.

اگر چنین گرمائی یافت شود ، این امر به معنای غیرممکن بودن ترکیب بزرگ کوانتومی در مقیاس بزرگ است. اگر چنین گرما منتفی باشد ، طبیعتاً "کوانتومی بودن" در هر اندازه ای را ندارد.

اگر مورد دوم باشد ، با پیشرفت فن آوری می توانیم اشیا large بزرگ را قرار دهیم ، شاید حتی موجوداتی باهوش، به حالت های کوانتومی.

این تصویری از یک تشدید کننده در superposition کوانتومی است. موج قرمز نشان دهنده عملکرد موج است. کریستوفر بیکر, نویسنده ارائه

فیزیکدانان نمی دانند مکانیزم جلوگیری از سوپرپوزیشن های کوانتومی در مقیاس بزرگ چگونه است. به گفته برخی ، این یک حوزه ناشناخته کیهان شناسی. دیگران مشکوک به جاذبه زمین می تواند کاری با آن داشته باشد

راجر پنروز ، برنده جایزه نوبل فیزیک امسال ، فکر می کند که این می تواند نتیجه آن باشد شعور موجودات زنده.

تعقیب حرکات کوچک

طی دهه گذشته یا بیشتر ، فیزیکدانان با تب و تاب به دنبال مقدار کمی گرما بودند که نشان دهنده اختلال در عملکرد موج باشد.

برای فهمیدن این موضوع ، ما به روشی نیاز داریم که بتواند تمام منابع دیگر گرمای "اضافی" را که ممکن است مانع اندازه گیری دقیق شوند ، سرکوب کند (تا آنجا که ممکن است کاملاً عالی باشد).

ما همچنین باید اثری تحت عنوان "عکس العمل کوانتومی" را کنترل کنیم که در آن عمل مشاهده گرما ایجاد می کند.

در تحقیقات ما ، ما چنین آزمایشی را فرموله کرده ایم که می تواند نشان دهد آیا امکان قرار گرفتن فضایی برای اجسام در مقیاس بزرگ امکان پذیر است. بهترین آزمایشات تا کنون نتوانسته اند به این مهم دست پیدا کنند.

یافتن پاسخ با تیرهای ریزی که مرتعش می شوند

آزمایش ما از تشدیدکننده ها در فرکانسهای بسیار بالاتر از آنچه استفاده شده است استفاده می کند. با این کار مسئله هرگونه گرما از خود یخچال خارج می شود.

همانطور که در آزمایشات قبلی اتفاق افتاد ، ما باید از یخچال در 0.01 درجه کلوین بالاتر از صفر مطلق استفاده کنیم. (صفر مطلق از نظر نظری کمترین دما است).

با این ترکیب از دمای بسیار پایین و فرکانس های بسیار بالا ، ارتعاشات در تشدید کننده ها تحت فرایندی به نام "میعان Bose" قرار می گیرند.

می توانید این را تصور کنید که تشدید کننده کاملاً یخ زده است و گرمای یخچال حتی کمی هم نمی تواند آن را لرزاند.

ما همچنین می توانیم از یک استراتژی اندازه گیری متفاوت استفاده کنیم که به هیچ وجه به حرکت تشدیدکننده نگاه نمی کند ، بلکه میزان انرژی آن را بررسی می کند. این روش نیز به شدت گرمای واکنش را سرکوب می کند.

اما چگونه می توانیم این کار را انجام دهیم؟

تنها ذرات نور وارد تشدید کننده می شوند و چند میلیون بار به عقب و جلو می پرند و انرژی اضافی را جذب می کنند. آنها سرانجام رزوناتور را ترک کرده و انرژی اضافی را با خود حمل می کنند.

با اندازه گیری انرژی ذرات نوری که بیرون می آیند ، می توانیم تشخیص دهیم که آیا در تشدید کننده گرما وجود دارد یا خیر.

اگر گرما وجود داشته باشد ، این نشان می دهد یک منبع ناشناخته (که ما آن را کنترل نکردیم) عملکرد موج را مختل کرده است. و این به معنای آن است که غیرممکن است که سوپرپوزیشن در مقیاس بزرگ اتفاق بیفتد.

آیا همه چیز کوانتوم است؟

آزمایشی که پیشنهاد می کنیم چالش برانگیز است. این نوعی از موارد نیست که بتوانید یک روز بعد از ظهر یکشنبه را به طور مرتب تنظیم کنید. ممکن است سالها پیشرفت ، میلیون ها دلار و یک عالمه فیزیکدان ماهر تجربی به طول انجامد.

با این وجود ، می تواند به یکی از جذاب ترین س questionsالات در مورد واقعیت ما پاسخ دهد: آیا همه چیز کوانتوم است؟ بنابراین ما مطمئناً ارزش تلاش را داریم.

در مورد قرار دادن یک انسان یا گربه در سوپرپوزیشن کوانتومی - در واقع هیچ راهی برای ما وجود ندارد که بدانیم این امر چگونه بر وجود موجود تأثیر می گذارد.

خوشبختانه ، این سوالی است که فعلاً مجبور نیستیم درباره آن فکر کنیم.

درباره نویسنده

استفان فورستنر ، پژوهشگر فوق دکترا ، دانشگاه کوئینزلند

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.