Pitkäksi ajaksi uskottiin, että kvanttimekaniikan lakeja sovelletaan vain pieniin esineisiin kuten fotoneihin. Fyysikot ovat kuitenkin osoittaneet, että hyvin suuret elimet (molekyylimaailman standardien mukaan) voivat noudattaa näitä sääntöjä.
Luultavasti olet kuullut enemmän kuin kerran ajatuskokeilusta, jonka samanaikaisesti muotoili itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger - sama kissa, laatikko ja radioaktiivinen isotooppi. Kokeellisten olosuhteiden mukaan kissa voi olla samanaikaisesti kuollut eikä kuollut, ts. Se on eräänlaisen kvanttivarmuuden tilassa - "superpositio". No, tutkijat eivät laittaneet kissoja laatikoihin, he vain suorittivat saman kokeilun valtavalla 2000 atomin molekyylillä.
Kvanttinen superpositio on testattu lukemattomia kertoja pienissä järjestelmissä, ja fyysikot ovat onnistuneesti osoittaneet, että yksittäiset hiukkaset voivat olla kahdessa paikassa samanaikaisesti. Mutta samanlaisessa mittakaavassa tällaista koetta ei ole koskaan tehty.
Tämän kokeilun avulla tutkijat voivat tarkentaa kvantimekaniikan hypoteeseja ja ymmärtää paremmin, kuinka tämä salaperäinen fysiikan haara todella toimii - samoin kuin kuinka kvantimekaniikan lait yhdistyvät klassisen fysiikan perinteisempiin, laajempiin lakeihin. "Tuloksemme osoittavat erinomaisen yhteisymmärryksen kvantiteorian kanssa, eikä niitä voida selittää klassisen fysiikan kannalta", tutkijat väittävät paperissaan.
Uusi tutkimus sisältää erityisesti Schrödingerin yhtälön, joka kuvaa kuinka yksittäiset hiukkaset voivat käyttäytyä aaltojen muodossa ja esiintyä useissa paikoissa samanaikaisesti. Helpoin tapa kuvata heidän vuorovaikutustaan on kuin väreily lampiossa, johon heitit useita kiviä kerralla.
Hypoteesin todistamiseksi tutkijat perustivat kokeen kahdella raolla - tämä oli kvanttifysiikan tuntema kokemus. Se koostuu yleensä yksittäisten valohiukkasten (fotonien) projisoimisesta kahden raon läpi. Jos fotonit toimisivat vain hiukkasten tavoin, tuloksena oleva valon projektio toiselle puolelle osoittaisi vain yhden raidan. Mutta todellisuudessa toiselle puolelle heijastettu valo näyttää häiriökuvion - monet kaistat, jotka ovat vuorovaikutuksessa kuin aallot. Kuten huomaat, todistus ei vaadi edes erittäin herkkää laitteistoa.
Kokeilujärjestelmä.
Meille näyttää siltä, että fotonit ovat kahdessa paikassa samanaikaisesti, kuten Schrödingerin kissa. Mutta kuten monet ihmiset tietävät, kissa on kahdessa tilassa, kunnes sillä on ulkopuolinen tarkkailija. Kun laatikko avataan, kissan tila tulee varmaksi - se on joko elossa tai kuollut.
Mainosvideo:
Sama on fotoneilla. Heti kun henkilö mittaa tai havaitsee valon suoraan, superpositio katoaa ja fotonin tila on kiinteä. Tämä on yksi kvanttimekaniikan ytimistä.
Tutkijat toistivat kokeen kahdella raolla, mutta fotonien sijasta he käyttivät elektroneja, atomeja ja pieniä molekyylejä. Mutta nyt fyysikot ovat osoittaneet, että valtavat molekyylit noudattavat samoja sääntöjä! Ryhmä käytti valtavia atomien kokoonpanoja, jotka koostuivat 2000 "osasta" luodakseen kvanttihäiriökuvioita ikään kuin ne käyttäytyisivät kuin aallot ja olisivat useammassa kuin yhdessä paikassa samanaikaisesti.
Nämä kolossaaliset molekyylit tunnetaan "oligoterafenyyliporfyriineinä, jotka on rikastettu fluoroalkyylisulfanyyliketjuihin", ja jotkut niistä olivat 25 000-kertaisia vetyatomien massaan nähden. Mutta kun molekyylit kasvavat kooltaan, niistä tulee myös vähemmän vakaita, minkä vuoksi tutkijat ovat pystyneet häiritsemään niitä vain seitsemän millisekunnin kerrallaan käyttämällä äskettäin kehitettyä laitetta - aaltoaineinterferometriä. Jopa tekijät, kuten maan kierto ja atomien itsensä painovoimaveto, oli otettava huomioon. No, työ oli sen arvoista.
Tiedämme nyt, että kvanttimekaniikan säännöt eivät koske vain pieniä esineitä kuten fotoneja, vaan myös paljon suurempia kappaleita. Aikaisempi ennätys oli vain 800 atomin molekyyli - uskottiin, että tämä on raja, jonka jälkeen kvantfysiikan lakien sijasta alkavat toimia klassisen fysiikan lait. Mutta tämä ei ole loppu: joukkue luottaa siihen, että pian se pystyy asettamaan uuden ennätyksen.
Vasily Makarov