Могут ли атомы быть в двух местах одновременно?

24 Января 2015, Илья Хель 54

Можно ли одновременно забить гол и не попасть по воротам? В мире самых маленьких объектов — да: в соответствии с предсказаниями квантовой механики, микроскопические объекты могут выбирать разные пути одновременно. Мир же макроскопических объектов подчиняется другим правилам: футбольный мяч, например, всегда движется в определенном направлении. Но могут быть и лазейки. Физики из Университета Бонна создали эксперимент, который должен по возможности проверить это. Первый эксперимент покажет, могут ли атомы цезия выбирать два пути одновременно.

Квантовая запутанность

Почти 100 лет назад физики Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Эрвин Шредингер создали новую область физики: квантовую механику. Объекты квантового мира — согласно квантовой теории — не двигаются по одной хорошо определенной траектории. Скорее они могут одновременно принимать различные пути и в конечном итоге оказываться в разных местах. Физики называют это квантовой суперпозицией.

На уровне атомов все выглядит так, будто объекты строго подчиняются квантово-механическим законам. На протяжении многих лет многие эксперименты подтвердили предсказания квантовой механики. Но в нашем макроскопическом опыте мы наблюдаем, как футбольный мяч выбирает исключительно один путь. Он никогда не попадет в сетку ворот и отскочит от штанги одновременно. Почему так?

«Есть две разные интерпретации, — говорит доктор Андреа Альберти из Института прикладной физики Университета Бонна. — Квантовая механика допускает суперпозицию крупных макроскопических объектов. Но их состояние суперпозиции очень хрупкое: даже тот факт, что мы наблюдаем за мячом, может разрушить суперпозицию и заставить мяч выбирать конкретную траекторию».

Могут ли большие объекты играть по другим правилам?

Атомы

Предположим, что перед нами два купола; под одним из них сидит кот (a). Мы не знаем, под каким именно. Мы поднимаем правый купол (b) и обнаруживаем, что он пустой. Таким образом, мы делаем вывод, что кот должен быть под левым куполом, и не трогаем его. Если бы мы подняли левый купол, мы бы побеспокоили кота, а измерение сбилось. В мире макрореалистов эта схема измерения никак не повлияла бы на состояние кота, он оставался бы спокойным все время. В квантовом же мире отрицательное измерение, выявляющее положение кота (b), уничтожает состояние квантовой суперпозиции и влияет на результат эксперимента.

Может быть и так, что футбольные мячи подчиняются совершенно другим правилам, отличным от тех, что применимы к одиночным атомам. «Давайте поговорим о макрореалистичном представлении мира, — говории Альберти. — В соответствии с этой интерпретацией, мяч всегда движется по определенной траектории, независимой от нашего наблюдения, и отличается от атома».

В сотрудничестве с Клайвом Эмари из Университета Халла в Великобритании, команда Бонна придумала экспериментальную схему, которая поможет выявить правильную интерпретацию. «Задача в том, чтобы разработать схему измерения позиций атомов, которая позволит фальсифицировать макрореалистичную теорию», — добавляет Альберти.

Описание эксперимента появилось в журнале Physical Review X: физики захватили единичный атом цезия с помощью двух оптических пинцетов и перенесли его в двух разных направлениях. В мире макрореалиста атом в итоге окажется в одном из двух конечных пунктов. С точки зрения квантовой механики, атом окажется в суперпозиции двух положений.

«Затем мы использовали косвенные измерения, которые могут определить конечное положение атома самым нежным из возможных способов», — говорит аспирант Карстен Робенс. Даже такое косвенное и мягкое измерение значительно меняет результаты эксперимента. Это наблюдение исключает — фальсифицирует, как сказал бы Карл Поппер — возможность того, что атомы цезия подчиняются макрореалистичной теории. Вместо этого экспериментальные выводы команды из Бонна отлично вписываются в интерпретацию на основе состояний суперпозиции, которые разрушаются при проведении косвенных измерений. Все, что нам остается, это признать, что атом действительно может выбирать разные пути одновременно.

«Это еще не доказывает, что квантовая механика работает с крупными объектами, — предупреждает Альберти. — Следующим шагом будет разделение двух позиций атома цезия на несколько миллиметров. Если мы все еще обнаружим суперпозицию в ходе этого эксперимента, макрореалистическая теория серьезно пошатнется».

54 комментария Оставить свой

  1. Mr. Demchenko

    У меня вопрос: для чего нужна квантовая механика и какова её практическая/научная ценность? ( p.s. Извиняюсь за дилетантство)

    • Hell-Fire

      Mr., Тут лучше вам почитать в википедии про кубит, чтоб не мучать вас и себя)

      • Kolobrod

        Hell-Fire, Верно, лучше погуглить чем подобные пустые статьи читать.

    • Korvin

      Mr., Ответ прост нет никакой квантовой механики этот эксперимент Гейзенберга просто доказывает, что мы живем в большой огромной симуляции где нет возможности просчитывать конкретные траектории отдельных частиц. Отдельные траектории просчитываются только в присутствии наблюдателя.

      • Atey

        Korvin, Почему вы в этом так уверены? То, что по некоторым данным все выглядит так, будто мы живем в виртуальном мире, лишь часть головоломки, но никак не отображает всей картины в целом. Не путайте человека, пусть познает и сам ответит для себя на этот вопрос.

        • Korvin

          Atey, Альтернативой существующей физике есть концепция Цифровой Физики можно почитать об этом в википедии.

      • Lazer

        Korvin, А почему нет возможности просчитывать конкретные траектории отдельных частиц? Типа мощности не хватает у платформы, на который высчитывается симуляция? А в присутствии наблюдателя отдельные траектории высчитывается, чтобы дать ему (наблюдателю) иллюзию, что он живет в реальном мире?

        • Sam777

          Lazer, Нет, не так. Наблюдатель сам выбирает вариант, который будет реальностью. Эти правила работают и в макромире, но мало кто это еще понимает. Наблюдатель (ли) формируют Вселенную вокруг себя.

          • Lazer

            Sam777, Я не вас спрашивал, но думаю, что ваше суждение ошибочно.

        • Korvin

          Lazer, Совершенно верно мощности у платформы не хватает, и расчеты производятся тогда когда наблюдатель наблюдает. А постоянно высчитывать конкретные расположения частиц не хватает мощности. Также я где то здесь прочитал, что не хватает мощности у процессора когда скорости объектов приближаются к скорости света, тогда то и происходит эффект близнецов. Что удивительно в этом эффекте это то что одна система отсчета координат берется как базовая в другая выбирается как движущаяся хотя по теории относительности они двигаются по отношению друг к другу поэтому происходит разница во времени. Очевидно что если бы все происходило по теории относительности т.е. Объекты движутся относительно друг друга со скоростью света оба бы замедлялись и эффекта близнецов не возникало, но т.к. Мы живем в симуляции один из обьектов берется в расчетах как базовый то есть постоянный и как бы не двигается а над другим происходят вычисления движения. И чем больше скорость тем больше тормозит процессор и тем больше временное различие.

      • Sam777

        Korvin, Странно, что Вы ограничиваете возможности симулятора, возможности всегда можно нарастить.
        Правильный ответ в том, что расчет идет не ДЛЯ наблюдателя, а самим НАБЛЮДАТЕЛЕМ.

        • vinstlow

          Sam777, Кто такой наблюдатель, когда он появился и с каких пор он начал изменять Вселенную?

          • Korvin

            vinstlow, Наблюдатель это вы. Вы являетесь частью сверхинтеллекта тк он спит и видит вселенную в своих снах а вы это частичка разума сверхинтеллекта. Точно также вы когда спите вы видите сны и видите людей которые осмысленно с вами общаются тогда когда на самом деле вы общаетесь во сне с частичкой самого себя тк ваш мозг создает в данном случае симуляцию сна.

            • vinstlow

              Korvin, Это все интересно конечно, но я думаю подобный центризм - тупиковое течение в плане научного развития, хоть и перспективное в плане философии.

              • Archer

                vinstlow, Во-первых, это не 'центризм', это 'Не двойственность'.
                Во-вторых, эта концепция вовсе не противоречит наблюдаемому Мирозданию.
                В-третьих, умение взглянуть на Мир с разных точек зрения, это и есть научный подход, а маниакальная зацикленность на одном единственном 'правильном' понимании Мира приводит нашу физику в тупик логических противоречий, к потере понимания сути происходящих процессов и их интерпретации.

                • vinstlow

                  Archer, Ну так давайте смотреть с разных. Я пока что только и слышу что человек, сознание, наблюдатель - творцы объективной реальности.

  2. Thir133nth

    А я понял откуда появился Хайзенберг в "Во все тяжкие" :-)

  3. Hell-Fire

    А по мне так, супер позиции нет, есть, грубо говоря, третий вариант, который мы считаем как два варианта и да, и нет или вообще его нет. И просто сейчас нет возможности "измерить" этот эффект и учёные применяют "общее правило" пока не будет лучшего решения. А то если применить это правило на реальной жизни получается, что если я не открою дверь другой человек и есть там, и его нет, что как мы видим больше напоминает религию, чем научное правило.

    • marshl940

      Hell-Fire, К стати наблюдалось ли где-нибудь "разделение" на 3 штуки? Понимаю, что нет и это хорошо вяжется бинарностью, но вдруг.

      • alexneoua

        marshl940, Суперпозиция есть, эксперемент с двумя щелями доказывает это

        • Hell-Fire

          alexneoua, Не читал про щели, но знаю, что на квантовом уровне в данный момент мы ПОЧТИ ничего не можем и почти ничего не знаем.

          • Archer

            Hell-Fire, Это потому, что господствуют теории искажающие наше понимание и противоречащие реальности нашего мироздания.

            • Lazer

              Archer, Только не загоняй опять про эфир)

              • Archer

                Lazer, Предложите нечто иное, сообразное со здравым смыслом. :)

                • Sam777

                  Archer, Давно уже предложено - наблюдатели (разум) первичен, Вселенная его продукт. Сами же все понимаете :)

              • Hell-Fire

                Lazer, С этими коментариями не поймёшь, кому это вы

                • Sam777

                  Hell-Fire, Если меня спрашиваете, то я писал Арчеру.

                  • Archer

                    Sam777, Мои позиции не сильно расходятся с Вашими.
                    Только Наблюдатель всего один (нет второго). Он не материален, Он вне Времени и Пространства.
                    Пространство, Время, Материя все это продукт его фантазии, сна, это его мысле-образы.
                    Он не имеет памяти (зачем память тому, кто владеет полным знанием об всем?).
                    Он не размышляет (это не Ум, он отстраненно наблюдает).
                    Он не имеет пола (это не материальный объект).
                    Сравнить его можно с океаном, а нас с волнами, на его поверхности.
                    ...
                    Знание дается всем, нужно только отказаться от своих иллюзий.

        • allexxic

          alexneoua, В эксперименте с щелями загадки не вижу. Любая частица (при температуре выше абсолютного нуля) формирует вокруг себя круговое равномерное поле (гравитационное, ЭМ, пока не важно). Фронт волны поля, попадая одновременно в обе щели формирует на выходе интерференционную картину с разными участками напряженности. Частица пролетая в одну из щелей, попадает в свое же уже неравномерное поле и отклоняется в сторону (образуя рисунок когда частиц много). Так как ширина щели достаточно велика, небольшие отклонения частицы влево или вправо при попадании определяют дальнейшее направление в одну из сторон дифракционной картины.

          • Korvin

            allexxic, Алекс а как вы объясните что когда за процессом наблюдают все частички падают в одну линию. Это же очевидно симуляция реальности. Когда нет наблюдателя то свет падает по теории вероятности в несколько линий когда есть наблюдатель падает одной линией.

            • Archer

              Korvin, Когда за процессом 'наблюдают', то (по незнанию) нарушают чистоту эксперимента.

              • allexxic

                Archer, Частица в покое имеет равномерное поле. И находится с ним в резонансе. Она как излучает так и поглощает его. Две частицы попадающие в резонанс полей становятся запутанными. Взаимодействие резонансных полей может передаваться не только на расстоянии, но и от частицы к частице. При наблюдении, мы нарушаем стабильность поля, "крадем" его у частицы. Выстраиваются в одну линию, потому что пропадает интерференционная картина этого "чуткого" поля при внесении измерительного фактора.

  4. 0.5l

    я так понял,
    сразу поднять два купола, чтобы не мучать голову нельзя)

    • Hell-Fire

      0.5l, Где у вас дух загадки, обломали учёным ещё десятки и даже тысячи часов теорий и экспериментов)))

  5. alexxxandr

    В самом начале статьи... Принцип неопределенности разве допускает нахождение частицы ОДНОВРЕМЕННО В ДВУХ МЕСТАХ? Насколько я понимаю, она находится в ОДНОМ неизвестном точно месте. Или как?)

    • Hell-Fire

      alexxxandr, Вотдумаю, а если квант находится в двух местах одновременно, значит ли это, что его в двух местах ожновременно нет?

      • JollyRoger

        Hell-Fire, Это уже он в четырёх местах как бэ...

    • Archer

      alexxxandr, Да уж, ... 'ученым' тоже хочется немного мистики. :)

  6. bestbat

    Или в одном из двух состояний ;)

    • Archer

      bestbat, ... Как пьяный за рулем. :)

      • Hell-Fire

        Archer, Пока не остоновят не докажут?))

    • sairon

      bestbat, Все что вы перечисляете и есть квантовая система, у ученых почти получилось это доказать, исходя из статьи получается что, это возможно и надеюсь дальнейший эксперимент подтвердит это! Мы ОГРАНИЧЕНЫ в этом мышлении, а квантовая наука пытается это мышление расширить.
      P.S. Судя по комментариям, некоторые личности, даже представления не имеют об этом.

      • Archer

        sairon, Квантовая теория заблуждается только в том, что не понимает, что именно из себя представляют эти самые кванты. В чем из физический смысл.
        Это как с электричеством, измерять его, предсказывать его действие, преобразовывать его мы умеем, НО, что это такое никто не знает.
        А Ваша эрудиция нас всех даже пугает. :)

        • hexrby62

          Archer, Вы совершенно правы. Мы всё ещё ничего не знаем. Ни о материи, ни о пространстве. И то сказать, всего сто лет назад керосином освещались)

  7. Sam777

    Правильно ли я понял (нет ошибки перевода), что в результате эксперимента атом проявляет свойства квантовой частицы? Насколько я понимаю (а я не физик) атом это система, если она может быть в квантовой суперпозиции, то это открывает дорогу для доказательства квантовой реальности более крупных систем и макрообъектов?
    Само понятие кванта тоже теряет смысл или сильно меняется, если эксперимент будет проверен.

    • sairon

      Sam777, да, проявляет свойства, исходя из написаного.

    • Archer

      Sam777, Это меняет само понятие - Вещество.

    • Korvin

      Sam777, Это лишь доказывает виртуальность вселенной

  8. hexrby62

    В своё время физики отказались от теории эфира. А жаль. На мой неискушённый взгляд, она (теория) единственно разумно описывала все непостижимые явления микромира. Применяя этот интересный метод в данном случае, можно например предположить, что любая микро частица вещества, может иметь как полевую (волновую, энергетическую, эфирную, как Вам угодно), так и корпускулярное состояние. В зависимости от среды, в которой они находятся в настоящий момент. Так, летящую к земле каплю дождя можно, например, сравнить с корпускулой. Упав в океан, капля растворится в родственной ей среде, перейдя в иное (полевое, если хотите) состояние. Если набраться смелости и предположить, что в непосредственной близости от центральной части атома имеются столь удивительные условия, при которых всякая приближенная частица утрачивает собственное корпускулярное состояние переходя в полевое, то возможным становится многое. Например, несложным становится объяснение принципа неопределённости Гейзенберга. Попробуйте определить, где находится частица захваченная ядром атома? А она превратилась в поле (капля растворилась в океане). Ткни в такое поле пальцем. Куда попал, там и нарушились условия равновесия, образовалась "капля"-частица. Сунешь двумя пальцами-возможно образуются две. Наверное с меньшей энергетикой (принцип сохранения энергии никто не отменял). Ударить высоко энергичной частицей - увидишь брызги рождённых из поля, разлетающихся мезонов и колебания эфира в виде Э.М. составляющей. Красивая была теория!

    • andreybakan

      hexrby62, А как же струны?

      • hexrby62

        andreybakan, С помощью математического аппарата, в принципе, можно описать всё, что угодно. Даже несуществующие, иррациональные вещи. Современная квантовая физика тем более запутывает себя, чем более изощрённые модели приходится ей придумывать для оправдания неверной модели. Струны - в ту же степь. ИМХО.

        • Archer

          hexrby62, Теории эфира не хватило маленького шага к большому переосмыслению основ физики.
          Так протон можно рассматривать как цельную частицу, а можно представлять ее как тороидальный вихрь состоящий из Амеров - элементарных частиц эфира.

  9. Foton-4s

    Крепкое вкурили! Мы не кванты! Всё что больше “1 кванта” уже является наблюдателем и даже сам себя наблюдает вопросы?!
    Чё смотреть на квантовый мир но всего скорее работает на частоте дискретизации или даже выше вот и данные тут левые!
    В упор всей этой лажи не понимаю. Точнее я всё понимаю по другому. Но вот водомерка по воде бегает а слон не может! Опа в чём дело!
    Логически сразу вопрос возникает: но как узнать как ведут себя частицы когда об их поведении не кто не знает? Но да перестал я наблюдать объект и сделал вывод что он ведёт себя по другому крутТо!
    Но ясно дело что наш мир в какой то мере виртуальный у него есть низкоуровневое измерение в котором что то представлено в виде данных.
    Вообще я про этого кота думал бедный кот, а что увидит кот вот в чём вопрос. Как он ся будет чувствовать в 2-х состояниях? 2 состояния на высоком уровне а на низком их от начала до конца с частотой дискретизации.
    По мне это лажа всё! Теория без практике уже реальность удел идитов.
    Не кто еще не поймал среду где существует электромагнитное излучение, гравитация, эл. заряд, магнитное поле, и многие другие силы.
    По теме а кто и как один атом в 2-х местах зафиксировал? Его поймали прямо сразу в 2-х местах? Это низкий уровень он всегда работает на более высокой частоте, его работа на высоком уровне будет непонятна да и увидеть его работу невозможно!

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.