Un nou studiu ar putea să răspundă la această întrebare. Ar putea oare exista Pisica lui Schrödinger în viața reală.

Ai fost vreodată în mai multe locuri în același timp? Dacă ești mult mai mare decât un atom, răspunsul va fi nu. Dar atomii și particulele sunt guvernate de regulile mecanicii cuantice, în care mai multe situații posibile diferite pot coexista simultan. Sistemele cuantice sunt guvernate de ceea ce se numește „funcție de undă”: un obiect matematic care descrie probabilitățile acestor diferite situații posibile.

Și aceste posibilități diferite pot coexista în funcția de undă ca ceea ce se numește o „superpoziție” a diferitelor stări. De exemplu, o particulă existentă în mai multe locuri diferite simultan este ceea ce numim „superpoziție spațială”. Abia atunci când se efectuează o măsurare, funcția de undă „cade” și sistemul ajunge într-o stare definită. În general, mecanica cuantică se aplică lumii minuscule a atomilor și particulelor. Oamenii de știință încă nu a aflat cu exactitate cum funcționează aceste reguli pentru obiectele de dimensiuni mari. În cercetarea, publicată în Optica, s-a propus un experiment care poate rezolva această întrebare odată și pentru totdeauna.

Pisica lui Schrödinger

În anii 1930, fizicianul austriac Erwin Schrödinger a venit cu celebrul său experiment de gândire despre o pisică într-o cutie care, conform mecanicii cuantice, ar putea fi în viață și moartă în același timp. În ea, o pisică este plasată într-o cutie sigilată în care un eveniment cuantic aleatoriu are 50 la 50 șanse să o omoare. Până când se deschide cutia și se observă pisica, pisica este în același timp și moartă și vie.

CITEȘTE:  Chitina ar putea fi utilizată pentru a construi unelte și un habitat pe Marte

Cu alte cuvinte, pisica există ca funcție de undă (cu multiple posibilități) înainte de a fi observată. Când este observată, devine un obiect definit. După multe dezbateri, comunitatea științifică de atunci a ajuns la un consens cu „interpretarea de la Copenhaga”. Acest lucru spune practic că mecanica cuantică se poate aplica numai atomilor și moleculelor, dar nu poate descrie obiecte mult mai mari.

Se pare că s-au înșelat.

În ultimele două decenii, fizicienii au creat stări cuantice în obiecte formate din trilioane de atomi – suficient de mari pentru a fi văzute cu ochiul liber. Deși, aceasta nu a inclus încă superpoziția spațială.

Cum o funcție de undă devine reală

Aceasta este ceea ce fizicienii numesc „problema măsurării cuantice”. Ea a nedumerit oamenii de știință și filosofii timp de aproximativ un secol. Dacă există un mecanism care elimină potențialul de superpoziție cuantică la obiecte de scară largă, atunci ar necesita cumva modificarea funcției de undă – și acest lucru ar crea căldură. Dacă s-ar găsi o astfel de căldură, aceasta ar implica imposibilitatea superpoziției cuantice la scară largă. Dacă o astfel de căldură este exclusă, atunci probabil că natura nu are probleme „de a fi cuantică” la orice dimensiune.

Dacă acesta din urmă este cazul, cu tehnologia avansată am putea pune obiecte mari, poate chiar ființe vii, în stări cuantice. Fizicienii nu știu cum ar arăta un mecanism care împiedică superpozițiile cuantice al obiectelor mari. Potrivit unora, este un câmp cosmologic necunoscut. Alții presupun că gravitația ar putea avea ceva de-a face cu ea. Premiatul cu Nobel pentru fizică din acest an, Roger Penrose, consideră că ar putea fi o consecință a conștiinței ființelor vii.

CITEȘTE:  Misterul uraganelor geometrice de pe Jupiter ar putea fi dezlegat

În ultimul deceniu, fizicienii au căutat o cantitate mică de căldură care ar indica o perturbare a funcției undei. Pentru a găsi acest lucru, am avea nevoie de o metodă care să suprime (cât mai perfect posibil) toate celelalte surse de căldură „în exces” care ar putea împiedica o măsurare precisă. De asemenea, ar trebui să ținem sub control un efect numit „retracțiune” cuantică, în care procesul de observație în sine creează căldură. În cercetarea dată, s-a formulat un astfel de experiment, care ar putea dezvălui dacă superpoziția spațială este posibilă pentru obiectele mari. Cele mai bune experimente de până acum nu au reușit să realizeze acest lucru.

Experimentul dat ar folosi rezonatoare la frecvențe mult mai mari decât cele utilizate. Acest lucru ar elimina problema oricărei călduri din frigider. Așa cum a fost cazul în experimentele anterioare, ar trebui să folosim un frigider la 0,01 grade kelvin peste zero absolut. (Absoluta zero este cea mai scăzută temperatură teoretic posibilă). Cu această combinație de temperaturi foarte scăzute și frecvențe foarte ridicate, vibrațiile din rezonatoare suferă un proces numit „condensare Bose”.

De asemenea, ar trebui folosită o altă strategie de măsurare care nu privește deloc mișcarea rezonatorului, ci mai degrabă cantitatea de energie pe care o are. Această metodă ar suprima puternic și căldura de reacție. Dar cum am face asta?

Particulele de lumină unice ar pătrunde în rezonator și vor sări înainte și înapoi de câteva milioane de ori, absorbind orice exces de energie. În cele din urmă vor părăsi rezonatorul, ducând excesul de energie. Măsurând energia particulelor de lumină care ies, am putea determina dacă a existat căldură în rezonator. Dacă ar fi prezentă căldură, acest lucru ar indica o sursă necunoscută (pe care nu am controlat-o) care a perturbat funcția de undă. Și acest lucru ar însemna că este imposibil ca superpoziția să se întâmple la obiectele mari.

CITEȘTE:  Coronavirus: de ce se răspândește atât de ușor între oameni

Experimentul propus este provocator. Poate dura ani de dezvoltare, milioane de dolari și o grămadă de fizicieni experimentați calificați. Cu toate acestea, el ar putea răspunde la una dintre cele mai fascinante întrebări despre realitatea noastră: este totul cuantic? Și deci, cu siguranță credem că merită efortul.

astrofeed patreon

via: [Phys.org]