Gdzie są cząstki, gdy nikt na nie nie patrzy

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge przyjrzeli dokładniej się chyba najbardziej tajemniczej i przez to niezrozumiałej zasadzie mechaniki kwantowej: zasadzie nieoznaczoności. Zgodnie aktualnym rozumieniem teorii kwantów, obserwacja zawsze zmienia stan obserwowanego obiektu, a przez to z zasady nie jest możliwe określenie z jaką prędkością porusza się dany obiekt, jaką ma energię a nawet gdzie dokładnie się znajduje. Okazuje się, że nie jesteśmy na z góry straconej pozycji bowiem, w artykule teoretycznym opublikowanym w czasopiśmie Physical Review A, nasi naukowcy wykazali, że sposób, w jaki cząstki kwantowe oddziałują na otoczenie, może być stosowany do ich śledzenia, podczas gdy nie są one obserwowane.

Jedną z podstawowych idei teorii kwantowej jest to, że obiekty kwantowe mogą istnieć zarówno jako fale, lub jako cząstki, nie są jednak ani jednym ani drugim dopóki nie zostaną zaobserwowane, a tym samym (w wyniku oddziaływania z obserwatorem) ich dotychczas nieokreślony stan, zostanie wylosowany spośród wielu możliwości. Jest to idea, którą Erwin Schrödinger ilustruje swoim słynnym eksperymentem myślowym z udziałem martwego, a może nie martwego kota w pudełku.

Prawdopodobieństwo takiego a nie innego stanu cząstki (np. stanem może być położenie) jest matematycznie określane tzw. funkcją falową i fakt że jest to tylko narzędzie matematyczne a nie obraz rzeczywistej cząstki natchnął Davida Arvidssona-Shukura, Crispina Barnesa i Axela Gottfriesa z Cambridge Cavendish Laboratory, aby podjąć próbę stworzenia sposobu śledzenia ruchów cząstek kwantowych

Każda cząstka zawsze wchodzi w interakcję ze środowiskiem, zostawiając w nim ślad, ale oprócz tego ślad oddziaływania zostanie zapisany także w samej cząstce – a dokładniej w jej stanie kwantowym. Naukowcy znaleźli sposób odwzorowania tych śladów oddziaływań bez patrzenia na nie. Technika ta mogłaby być przydatna dla tych naukowców, którzy dokonują pomiarów pod koniec eksperymentu, jednak chcą wiedzieć jakie były ruchy cząstek podczas całego czasu trwania eksperymentu.

Niektórzy naukowcy zajmujący się kwantami zasugerowali, że informacje mogą być przesyłane między dwojgiem ludzi bez żadnych cząstek przemieszczających się między nimi. W pewnym sensie jest to zjawisko podobne telepatii. Ten sposób komunikacji jest sprzeczny z uznaną prawdą, że aby informacje mogły być przenoszone między źródłami, coś czyli jakieś cząstki muszą się między nimi przemieszczać.

Aby zmierzyć to zjawisko komunikacji, potrzebny jest sposób na ustalenie, gdzie są cząstki znajdujące się między nadawcą a odbiorcą informacji, kiedy ich nie obserwujemy. Trzeba mieć bowiem pewność, że naprawdę nic nie przelatuje między komunikującymi się ludźmi. Jest to związane z dość starym przewidywaniem mechaniki kwantowej, że na przykład ta sama cząstka może istnieć w różnych miejscach w tym samym czasie. Przewidywanie też mogłoby zostać zweryfikowane za pomocą metody naukowców z Cambridge.

Ktoś kto kiedyś studiował na poważnie mechanikę kwantową wcześniej czy później dochodzi do przekonania, że teoria dostarcza wzorów umożliwiających ​​obliczenie prawdopodobieństw różnych wyników eksperymentów kwantowych. Jednak zupełnie brak jest w niej wyjaśnienia na temat tego, co robi cząstka kwantowa, gdy się jej nie obserwuje. Wcześniejsze eksperymenty sugerowały, że cząstki mogą robić dość dziwne rzeczy, gdy nie są obserwowane (na przykład być w dwóch miejscach w tym samym czasie). W swoim artykule badacze z Cambridge rozważali fakt, że każda cząstka podróżująca w kosmosie będzie oddziaływać z otoczeniem. Te interakcje są nazywane przez z nich znakowaniem cząstek. Interakcje te bowiem kodują informacje w cząstkach. Informacje te mogą być następnie odkodowane na końcu eksperymentu, kiedy cząstki są już obserwowane.

Naukowcy odkryli, że ta informacja zakodowana w cząstkach koduje się bezpośrednio w jej funkcji falowej, tej samej, jaką którą postulował Schrödinger sto lat temu. Wcześniej funkcję falową uważano za abstrakcyjne narzędzie matematyczne służące do przewidywania wyników eksperymentów kwantowych. Opisywany wynik sugeruje, że funkcja falowa jest czymś realnym, ściśle związanym z faktycznym stanem cząsteczek. W końcu udało nam przyłapać cząstkę kwantową a przynajmniej ustalić gdzie była, gdy nikt jej nie obserwował.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz