Ученые пытаются создать большую кошку Шредингера

После того, как известный физик Эрвин Шредингер (Erwin Schroedinger) в 1935 году описал свой теоретический эксперимент, получивший название "кошка Шредингера", другие ученые пытались создать различные микро- и макросистемы для того, чтобы проверить, как законы квантовой механики могут оказывать влияние и проявляться в большем масштабе, там, где обычно действуют законы обычной классической механики. Группа ученых из университета Калгари (University of Calgary) недавно сделала большой шаг в этом направлении, создав достаточно большую квантовую систему, которая может находиться в двух кардинально противоположных квантовых состояниях одновременно. И, следует отметить, что во всех предыдущих подобных экспериментах ученым удавалось создать квантовые системы намного меньшего масштаба.

В отличие от законов классической физики, законы квантовой физики допускают существование частиц или объектов, находящихся одновременно в двух квантовых состояниях. Такое состояние частицы называется состоянием квантовой суперпозиции. К примеру, с точки зрения квантовой суперпозиции ядро атома радиоактивного материала может одновременно находиться в целом и расщепленном состоянии.

Попытка применить эффекты и законы квантовой физики к большим объектам приводит к парадоксальным и причудливым последствиям. Для того, чтобы продемонстрировать это, Эрвин Шредингер, один из отцов-основателей квантовой физики, предложил в 1935 году своеобразный теоретический эксперимент. В закрытый ящик помещается кошка, жизнь которой зависит от механизма, приводимого в действие одним атомом радиоактивного материала, который может распасться в любой момент. Если ядро этого атома находится в состоянии квантовой суперпозиции, одновременно в целом и распавшемся состоянии, то с точки зрения законов квантовой механики кошка в ящике будет одновременно и жива и мертва.

В свое время ученым успешно удалось создать квантовые системы, демонстрирующие принципы "кошки Шредингера", но все такие системы были созданы на микро-уровне, применения этих принципов по отношения к объектам макро-уровня не удалось реализовать до сих пор никому. "Это происходит потому, что квантовые объекты больших размеров чрезвычайно "хрупки" и нестабильны. Их квантовые состояния и свойства распадаются моментально в результате даже самых слабых воздействий со стороны окружающей их среды. А полностью изолировать такие объекты от окружающей среды практически невозможно из-за их больших размеров" - рассказывает профессор Алекс Львовский (Alex Lvovsky).

Но, как вскользь упоминалось выше, ученым из университета Калгари удалось создать квантовый объект, находящийся в состоянии суперпозиции, имеющий достаточно большие размеры. Этим объектом стал импульс света, состоящий из ста миллионов квантов, фотонов. Импульс света с таким количеством фотонов можно увидеть даже невооруженным глазом. Различные квантовые состояния фотонов света импульса соответствуют "живому" и "мертвому" состоянию кошки Шредингера, позволяя утверждать, что весь импульс в целом находится в состоянии квантовой суперпозиции.

"Законы квантовой механики, которые определяют поведение микроскопического мира, кардинально отличаются от законов классической физики, которые определяют все, что мы можем воспринять в окружающей нас среде" - объясняет профессор Львовский, - "Основной задачей, которую уже достаточно долго пытаются решить ученые, является определение и исследования граничной области, при пересечении которой законы классической физики сменяются законами квантовой физики и наоборот. Ученым еще не известно что именно представляет собой эта область, четкую линию или некоторое масштабное пространство, и существует ли вообще эта граница".

Ученые признают, что полученные ими результаты являются ответом на вопрос, который породил еще больше других вопросов. "Мы еще далеки от того, чтобы провести эксперимент Шредингера, используя реальную кошку" - рассказывает профессор Кристоф Саймон (Christoph Simon), ученый-физик из Отдела физики и астрономии университета Калгари, - "Но наше достижение показывает, что нам есть куда двигаться в нужном для нас направлении".

Источник: Источник