I lang tid trodde man at kvantemekanikkens lover bare gjelder små gjenstander som fotoner. Imidlertid har fysikere bevist at veldig store kropper (etter den molekylære verdens standarder) kan overholde disse reglene.
Sannsynligvis har du hørt mer enn en gang om tankeeksperimentet, som på en gang ble formulert av den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger - den samme med en katt, en kasse og en radioaktiv isotop. I følge de eksperimentelle forholdene kan en katt være samtidig død og ikke død, det vil si at den er i en tilstand av en slags kvanteusikkerhet - "superposisjon". Forskerne la ikke katter i esker, de kjørte bare det samme eksperimentet med et enormt molekyl på 2000 atomer.
Kvantesuperposisjon er testet utallige ganger på små systemer, og fysikere har med hell vist at individuelle partikler kan være to steder samtidig. Men i lignende skala har denne typen eksperiment aldri blitt gjort før.
Dette eksperimentet gjør det mulig for forskere å avgrense hypoteser om kvantemekanikk og bedre forstå hvordan denne mystiske grenen av fysikk faktisk fungerer - i tillegg til hvordan kvantemekanikkens lover kombineres med de mer tradisjonelle, større skalaene i klassisk fysikk. "Resultatene våre viser utmerket samsvar med kvante teori og kan ikke forklares med tanke på klassisk fysikk," argumenterer forskerne i sin artikkel.
Spesielt inkluderer den nye forskningen Schrödinger-ligningen, som beskriver hvordan til og med individuelle partikler kan oppføre seg som bølger og vises flere steder samtidig. Den enkleste måten å beskrive samspillet deres er som krusninger i et tjern du kastet flere steiner samtidig.
For å bevise deres hypotese, satte forskerne opp et eksperiment med to spalter - en erfaring som er kjent for kvantefysikere. Den består vanligvis av å projisere individuelle lyspartikler (fotoner) gjennom to spalter. Hvis fotonene bare fungerte som partikler, ville den resulterende projeksjonen av lys til den andre siden bare vise en stripe. Men i virkeligheten viser lyset som projiseres på den andre siden et interferensmønster - mange band som samhandler som bølger. Som du kan se, krever bevis ikke engang supersensitiv maskinvare.
Eksperimentskjema.
Det ser ut til at fotonene er to steder samtidig, som Schrödingers katt. Men, som mange vet, er en katt i to stater til den har en observatør utenfor. Når kassen åpnes, blir kattenes tilstand sikker - den er enten levende eller død.
Salgsfremmende video:
Det er det samme med fotoner. Så snart lyset måles eller observeres direkte av en person, forsvinner superposisjonen og fotonets tilstand er fikset. Dette er et av de viktigste mysteriene som er kjernen i all kvantemekanikk.
Forskerne gjentok eksperimentet med to spalter, men i stedet for å bruke fotoner, brukte de elektroner, atomer og små molekyler. Men nå har fysikere vist at enorme molekyler overholder de samme reglene! Teamet brukte enorme atomer som består av 2000 “deler” for å lage kvanteinterferensmønstre som om de oppførte seg som bølger og var på mer enn ett sted samtidig.
Disse kolossale molekylene er kjent som "oligotetrafenylporphyrins beriket i fluoroalkylsulfanylkjeder," og noen av dem var 25.000 ganger massen av hydrogenatomer. Men når molekylene vokser i størrelse, blir de også mindre stabile, og det er grunnen til at forskere bare har kunnet forstyrre dem i syv millisekunder av gangen ved å bruke et nyutviklet utstyr - et interferometer for bølgesaker. Til og med faktorer som jordens rotasjon og atomenes gravitasjonsattraksjon måtte tas med i betraktningen. Vel, arbeidet var verdt det.
Vi vet nå at reglene for kvantemekanikk ikke bare gjelder små ting som fotoner, men også for mye større kropper. Den forrige posten var et molekyl med bare 800 atomer - det ble antatt at dette er grensen, i stedet for lovene i kvantefysikken, begynner lovene i klassisk fysikk å virke. Men dette er ikke slutten: teamet er trygg på at det snart vil kunne sette ny rekord.
Vasily Makarov
