Новости химической науки > Эксперимент для кота Шредингера

Одна из классических задач квантовой механики формулируется с упоминанием кота.

Мысленный эксперимент таков: экспериментатор помещает кота в непрозрачный контейнер. В контейнере имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра в течение 1 часа составляет 50 %.

Кот Шредингера. (Рисунок (с) Wikimedia Commons).

Распад ядра приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. В соответствии с принципами квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.

Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив». Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

С 30-х годов ХХ века к загадке кота, сидящего в ящике, обращались многие физики. Специалисты по физике элементарных частиц длительно е время утверждали, что в конкретный момент времени материальный объект может существовать лишь в одном из состояний (например спиновое магнитное число единичного электрона может быть +1/2 или –1/2, но не промежуточным), однако в последнее время физики смогли осуществить наблюдение суперпозиции единичных неживых материальных объектов, находящихся одновременно в двух различных состояниях, естественно суперпозиционное состояние жизненных форм (одновременно живых и мертвых). Теперь один физик заявляет, что знает, как это сделать.

Ориол Ромеро-Изарт (Oriol Romero-Isart) предлагает провести эксперимент с «вирусом Шредингера», в котором будут использоваться основные принципы, лежавшие в формулировке загадки «кота Шредингера». Исследователи планируют поймать вирус в вакуумную ловушку с помощью магнитного поля, сгенерированного лазером. Затем с помощью другого лазера движение вируса будет замедлено, пока он не остановится, достигнув энергетического минимума.

После «остановки» вируса исследователи планируют подействовать на него одним фотоном, чтобы вызвать переход вируса в суперпозицию двух состояний – покоящегося и движущегося, и измерения его параметров в этом суперпозиционном состоянии. Исследователи предполагают использовать вирус табачной мозаики, хотя до сих пор и нет единого мнения на тему – можно ли считать вирус живой системой.

Мартин Пленио (Martin Plenio) из Имперского Колледжа (Лондон) отмечает, что есть весьма мало оснований полагать, что реакция вируса на активацию фотоном будет отличаться от реакции неживых объектов подобного размера, однако это не значит, что планируемый Ромеро-Изартом эксперимент бесполезен. Принципы квантовой механики утверждают, что суперпозиция состояний может проявляться и для макроскопических объектов, однако никогда не наблюдалась. Пленио уверен, что исследования Ромеро-Изарта позволят более эффективно связать процессы, протекающие в системах, изучаемых на основе квантово-механической методологии и макроскопическим миром.

Источник: arxiv.org/abs/0909.1469

метки статьи: #квантовая химия