Дълго време се смяташе, че законите на квантовата механика важат само за малки обекти като фотони. Въпреки това, физиците са доказали, че много големи тела (по стандартите на молекулярния свят) могат да се подчиняват на тези правила.
Вероятно сте чували повече от веднъж за мисловния експеримент, формулиран от австрийския физик Ервин Шрьодингер - този с котка, кутия и радиоактивен изотоп. Според експерименталните условия котка може да бъде едновременно мъртва, а не мъртва, тоест е в състояние на вид квантова несигурност - „суперпозиция“. Е, учените не са сложили котки в кутии, те просто проведоха същия експеримент с огромна молекула от 2000 атома.
Квантовото суперпозиция е тествано безброй пъти на малки системи и физиците успешно са показали, че отделните частици могат да бъдат на две места едновременно. Но в подобен мащаб, този вид експерименти никога не са правени.
Този експеримент позволява на изследователите да прецизират хипотезите на квантовата механика и да разберат по-добре как всъщност работи този мистериозен клон на физиката - както и как законите на квантовата механика се комбинират с по-традиционните, по-мащабни закони на класическата физика. "Нашите резултати показват отлично съгласие с квантовата теория и не могат да бъдат обяснени от гледна точка на класическата физика", твърдят изследователите в своя документ.
По-специално, новото изследване включва уравнението на Шрьодингер, което описва как дори отделни частици могат да се държат като вълни и да се появяват на няколко места едновременно. Най-лесният начин да опишете взаимодействието им е като вълнички в езерце, в което хвърляте няколко камъка наведнъж.
За да докажат хипотезата си, учените поставят експеримент с две процепи - опит, добре известен на квантовите физици. Обикновено се състои от изпъкване на отделни частици светлина (фотони) през две прорези. Ако фотоните са действали само като частици, получената проекция на светлина към другата страна би показвала само една ивица. Но в действителност светлината, прожектирана от другата страна, показва модел на интерференция - много ленти, които взаимодействат като вълни. Както можете да видите, доказателството дори не изисква супер чувствителен хардуер.
Схема на експерименти.
Струва ни се, че фотоните са на две места едновременно, като котката на Шрьодингер. Но, както много хора знаят, котка е в две състояния, докато няма външен наблюдател. Когато кутията се отвори, състоянието на котката става сигурно - тя е или жива, или мъртва.
Промоционално видео:
Същото е и с фотоните. Щом светлината се измерва или наблюдава директно от човек, суперпозицията изчезва и състоянието на фотона се фиксира. Това е една от основните мистерии в основата на цялата квантова механика.
Изследователите повторили експеримента с две процепи, но вместо да използват фотони, те използвали електрони, атоми и малки молекули. Но сега физиците са показали, че огромни молекули се подчиняват на същите правила! Екипът използва огромни сборки от атоми, съставени от 2000 "части", за да създаде квантови модели на смущения, сякаш се държат като вълни и са на повече от едно място едновременно.
Тези колосални молекули са известни като "олиготерафенилпорфирини, обогатени във флуороалкилсулфанилови вериги", а някои от тях са били 25 000 пъти по-големи от масата на водородните атоми. Но тъй като молекулите нарастват в размер, те също стават по-малко стабилни, така че учените са успели да им пречат само в продължение на седем милисекунди наведнъж, използвайки новоразработено оборудване - интерферометър за вълнова материя. Дори фактори като въртенето на Земята и гравитационното привличане на самите атоми трябваше да бъдат взети под внимание. Е, работата си заслужаваше.
Вече знаем, че правилата на квантовата механика се прилагат не само за малки обекти като фотони, но и за много по-големи тела. Предишният запис беше молекула от само 800 атома - смяташе се, че това е границата, след която вместо законите на квантовата физика започват да действат законите на класическата физика. Но това не е краят: екипът е уверен, че много скоро ще успее да постави нов рекорд.
Василий Макаров