|  | 29 декабря 2015 | Новости науки и техники

Ученые создали "крупный вариант" кошки Шредингера

Кошка Шредингера


Воображаемое животное из семейства кошачьих, которое одновременно и живо и мертво и которое известно под названием "кошки Шредингера", является известной демонстрацией суперпозиции - реального явления из области квантовой физики. И недавно ученые продемонстрировали, что явление суперпозиции может проявляться на макроуровне, когда размеры вовлеченных в это объектов и разделяющие их расстояния измеряются десятками сантиметров. Это достижение позволило ученым проверить пределы действия квантовой физики, что, в свою очередь, может оказать влияние на все, что ученые знают о природе окружающей нас реальности.

Законы загадочной квантовой физики определяют, что квантовая Вселенная является нечетким и ирреальным местом. Частицы в этой Вселенной могут существовать в состоянии квантовой суперпозиции, что позволяет им находиться сразу в двух местах одновременно или иметь одновременно два значения какого-либо параметра, определяющего их квантовую природу. Но все это сохраняется лишь до тех пор, пока какой-нибудь сторонний наблюдатель не "бросает взгляд" на эту частицу, оказывая на нее своего рода воздействие.

В момент, когда на квантовую частицу кто-то или что-то обращает внимание, состояние квантовой суперпозиции разрушается в результате явления декогеренции. Частица остается только в одном местоположении или обладает только одним значением ее основного квантового параметра. Квантовые частицы и являются "кошками Шредингера" на микроскопическом уровне, а хрупкость явления суперпозиции служит препятствием для наблюдений этого явления на большем масштабе.

Несмотря на трудности обнаружения проявлений квантовой физики на макроуровне, интерес ученых к этому достаточно велик, ведь на этом уровне можно обнаружить некоторые подсказки, которые позволят связать воедино две совершенно разные теории, теорию квантовой физики и общую Теорию относительности Альберта Эйнштейна. Первая теория объясняет все происходящее во Вселенной на микроуровне, описывая особенности поведения всех элементарных частиц, а общая Теория относительности объясняет природу Вселенной на ее самом большом уровне, затрагивая такие понятия, как пространственно-временной континуум, гравитация и т.п.

И недавно, впервые в истории науки, ученым из Стэфордсокого университета удалось создать квантовую систему, находящуюся в состоянии суперпозиции. При этом, размеры этой системы сопоставимы с размерами натуральной кошки Шредингера. Однако, основу системы составляло нечто, весьма далекое от кошки и всего привычного нам. Система состояла из облаков, в которых насчитывалось около 100 тысяч атомов рубидия, охлажденных до сверхнизкой температуры. Используя решетку из лазерного света, ученые заставили двигаться эти атомы подобно воде в фонтане, превратив облака атомов в своего рода волновые пакеты.

Двигающийся вверх волновой пакет разделялся на два при помощи луча лазерного света и получившиеся два волновых пакета находились в состоянии суперпозиции по отношению друг к другу. Пройдя некоторое расстояние, эти пакеты снова объединялись в один, а анализ свойств пакета после воссоединения позволял ученым сказать, действительно ли два пакета находились в состоянии суперпозиции. Полученные данные показали, что волновые пакеты продолжали находиться в состоянии суперпозиции даже тогда, когда их разделяло расстояние в 54 сантиметра и это состояние сохранялось приблизительно в течение секунды времени.

Ключевым моментом в достижении явления квантовой суперпозиции на макроуровне является чрезвычайно низкая температура, менее миллиардной доли градуса выше абсолютного нуля, самая низкая температура, которую возможно получить в теории и на практике. Кроме этого, ученым пришлось использовать лазерный свет с особой осторожностью, дабы его энергия не привела к декогеренции квантовой системы и разрушению ее хрупкого состояния.

"Сейчас мы показали, что мы можем воссоздать явление квантовой суперпозиции по отношению к большим объектам. Правда это относительно простые объекты состоящие из разреженных облаков холодных атомов" - пишут исследователи, - "Пока мы еще не можем поместить в состояние суперпозиции большие и сложные объекты, к примеру, людей. Но в будущем мы уже планируем проведение новых экспериментов, и за следующие несколько лет мы надеемся воссоздать состояние квантовой суперпозиции на масштабе, исчисляющемся метрами и десятками метров".




Ключевые слова:
Квантовая, Физика, Механика, Частица, Суперпозиция, Объект, Уровень, Облако, Газ, Температура, Лазер, Волновой, Пакет

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые выяснили воздействие квантового эффекта Зенона на кота Шредингера
  • Ученым удалось "размножить" кошку Шредингера
  • Ученые придумали способ поместить живой организм в состояние квантовой супе ...
  • Ученые пытаются создать большую кошку Шредингера
  • Ученые попытаются поместить одну вещь в одно время в двух разных местах.




  • 29 декабря 2015 09:44
    #1 Написал: bodyartist

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    вопрос зачем им все это.
        
    29 декабря 2015 10:58
    #2 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 209
    Мысленный эксперимент Шредингера совсем о другом: им он хотел наглядно продемонстрировать ограниченность и недостатки Копенгагенской интерпретации квантовой механики, которые могут приводить к абсурдным выводам. По представлениям самого Шредингера, живое существо невозможно запутать с простым квантовым объектом и ввести в состояние квантовой суперпозиции мертвый-живой одновременно, и чтобы такое состояние было доступно для наблюдений со стороны экспериментатора в лаборатории - это абсурд.

    В оригинальном эксперименте Шредингера совсем неспроста присутствует живое существо - кошка, а не просто какой-нибудь классический прибор (ведь можно было ограничиться и состоянием капсулы с ядом - целая/разбитая). Кошка - очень тонкий и принципиальный момент в мысленном эксперименте Шредингера, наглядно демонстрирующий недостатки Копенгагенской интерпретации в понимании самых базовых основ квантовой механики. Ничего подобного в описываемом эксперименте нет.

    Невозможно провести четкую границу между классикой и квантами, когда речь идет о достаточно простых физических объектах. Это хорошо известно. А вот что такое жизнь, с позиций физики и квантовой механики, в частности - тут-то и начинаются проблемы. Что значить живое и мертвое существо, где грань, с чем она связана? Какова роль наблюдателя в эксперименте? А сама кошка - тоже наблюдатель или нет?

    Представленный эксперимент не отвечает ни на один из этих вопросов и даже не ставит целью пытаться на них ответить: и живого существа в состоянии квантовой суперпозиции здесь нет, и неопределенность пространственного состояния не одно и то же, что временная неопределенность или необратимость стрелы времени. Это принципиально другие проблемы!

    В общем, оставьте кошку в покое - она здесь не при чем))


    --------------------
        
    29 декабря 2015 11:21
    #3 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3870
    Цитата: bodyartist
    вопрос зачем им все это

    А зачем, с Вашей точки зрения, вообще существует фундаментальная наука, не дающая быстрых результатов, годных к немедлеенному использованию ?


    --------------------
        
    29 декабря 2015 11:25
    #4 Написал: roman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 149
    Цитата: bodyartist
    вопрос зачем им все это.

    Да, зачем вообще нужно познание, попытки разгадать тайны мироздания и устройство Вселенной. Зачем вообще нужна эта наука... Можно ведь просто телек смотреть. Вот только беда - без фундаментальной науки не изобрели бы и телевизор))) И тем более компьютер с интернетом)
        
    29 декабря 2015 13:17
    #5 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Roman - абсурд не познается, но очень часто подталкивает исследователя к новым открытиям.

    "Interim" очень точно и логично изложил свои мысли. Возможно для некоторых его цитаты не совсем понятны. Но ведь нельзя же в десяток строчек вложить всю накопленную информацию по данной теме?

    "Ключевым моментом в достижении явления квантовой суперпозиции на макроуровне является чрезвычайно низкая температура, менее миллиардной доли градуса выше абсолютного нуля, самая низкая температура, которую возможно получить в теории и на практике" - вот где "Собака зарыта", за нулевой точкой. Вот только квантовая суперпозиция имеет более масштабную форму, сопоставимую с окружающей нас Вселенной. Это что-то вроде двух "стеклянных" половинок в виде конуса, которые повернуты вершинами навстречу друг другу (песочные часы). Это возможно и теоретически, и не противоречит всем существующим законам физики. Вот только доказать это экспериментально невозможно, наши инструменты способны работать в энергетических диапазонах от 0 до "скорости света", в одной из "колб". Я уже не раз об этом писал...
        
    29 декабря 2015 13:44
    #6 Написал: limoon

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    interim,

    Вы вносите муть в вопрос. Граница между волновой механикой и классической определяется ясно исходя из масштабов объекта, исходя из соотношений неопределённости.

    А какой объект рассматривается - "простой" или "сложный", живой или неживой - это не имеет никакого значения.

    В ваших словах проскальзывает популярный миф о том, что "с точки зрения физики жизнь - это что-то".
    В то время как в действительности, с точки зрения всех естественных наук, жизнь - это ничто. Никакого отношения "парадокс кота Ш." к вопросу жизни не имеет. Определение того, какие объекты являются живыми даёт биология - это только её предмет - не существует других областей знания, изучающих вопрос жизни. Определение очень простое живой объект - это любой объект, удовлетворяющий ряду критериев (способность размножаться, раздражимость, обмен веществ и тепла) - и всё. Кот или человек, рассматриваемый в один момент времени, живым не является.
    Шрёдингер не ставил вопроса, который вы задаёте. И прекрасно знал - судя по его книгам - о том, что жизни как специального феномена или свойства материи не существует.
    Даже если когда-то он и думал иначе - это доказывает лишь его неграмотность в биологии на тот момент.

    А парадокс кота вполне объясняется с помощью понятия суперпозиции. И эксперименты описанного в статейке типа позволяют ещё раз визуализировать и проверить модель, основанную на понятии суперпозиции. И ещё раз показывающая, что Копенгагенской - или даже более сильная фейнмановская - интерпретация хорошо соответствуют действительности.

    Это как раз вопрос о грани между жизнью и смертью не имеет отношения к интерпретации волновой механики. И самое главное - этот вопрос является простым. Тривиальным. И на него давно ответили. В частности, ответили, что искать какой-то смысл в вопросах о грани между живым и не живым - неграмотно.
        
    29 декабря 2015 15:33
    #7 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    limoon ..., все перечисленные и не перечисленные вами естественные "науки" - это ничто иное, как результат умственной деятельности человека. Например, на Луне "наука" отсутствует, за ненадобностью...:)
        
    29 декабря 2015 18:23
    #8 Написал: cmp167

    Публикаций: 0
    Комментариев: 169
    В состоянии суперпозиции сейчас находится как раз сама квантовая физика - имея несколько объяснений на все, открытия определяются кол-вом сигм из расчетов, которые делают очень смелые и не обоснованные допущения, инструментарий проверки отсутсвует, зато вычислительные мощности компенсируют - тысячими испытаний и подбивкой статистики.

    Шредингер своей кошкой поиздевался над коллегами, этот эксперимент из разряда вычисления вероятности встретить динозавра в центре города.

    Мы отрицаем логику в квантовом мире, но верим статистике, которая ее родная сестра, дисонанс зашкаливает.
        
    29 декабря 2015 19:39
    #9 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 209
    limoon:Вы вносите муть в вопрос. Граница между волновой механикой и классической определяется ясно исходя из масштабов объекта, исходя из соотношений неопределённости.


    внесите ясность, плиз, в связи с чем Шредингер придумал свой мысленный эксперимент и что он им хотел продемонстрировать?

    и дайте здесь, пожалуйста, свою оценку масштаба реальных физических объектов, начиная с которого их поведение определяется исключительно классической механикой?

    limoon:В ваших словах проскальзывает популярный миф о том, что "с точки зрения физики жизнь - это что-то".
    В то время как в действительности, с точки зрения всех естественных наук, жизнь - это ничто.Никакого отношения "парадокс кота Ш." к вопросу жизни не имеет.


    дайте свою интерпретацию этого мысленного эксперимента, который, в Вашей интерпретации, не имеет никакого отношения ни к жизни, ни к сознанию человека (как, видимо, и вся наука, включая квантовую механику))


    limoon:Определение того, какие объекты являются живыми даёт биология - это только её предмет - не существует других областей знания, изучающих вопрос жизни..

    Шрёдингер не ставил вопроса, который вы задаёте. И прекрасно знал - судя по его книгам - о том, что жизни как специального феномена или свойства материи не существует.


    Вы уверены, что Шредингера не интересовал вопрос: что такое жизнь, с точки зрения физики?

    limoon:Даже если когда-то он и думал иначе - это доказывает лишь его неграмотность в биологии на тот момент.


    упс.. а о "Квантовой биологии" слышать не приходилось? и, кстати, еще о жизни и биологии -- разве биология может дать объяснение, каким образом на Земле могла возникнуть жизнь и начаться ее дальнейшее эволюционное развитие? а физике это по силам!)

    удивительная безграмотность и агрессия воинствующего невежества, смело берущегося судить обо всем на свете и давать оценки великим ученым, имена которых вписаны в историю мировой науки золотыми буквами.

    понятно, что о проблеме измерений в квантовой физике и отношение различных интерпретаций КМ к коллапсу волновой функции и к самой функции Вас спрашивать бессмысленно - Вы их, очевидно, не различаете (разве только некоторые названия слышали, да и те неправильные)).

    зря и этот-то текст взялся Вам написать..(


    --------------------
        
    29 декабря 2015 23:32
    #10 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Шикарный сайт: пусть и узкая, но достаточно профессиональная подача н.т. информации. Команда комментаторов на должном уровне... Значит не все еще потеряно. Спасибо Друзья, что вы существуете. Все мы разные в своих помыслах и поступках, но желание познать Истину свойственно лишь здравомыслящему социуму. Приятно, что его не худшая половина заходит на эти страницы.

    Скоро все мы соберемся в кругу друзей..., близких..., - чтобы поднять бокалы за новый отрезок времени. Каким он будет - зависит от нас. Будем мудрыми и сильными духом, чтобы изменить этот мир к лучшему!

    С наступающим вас Новым Годом! Мира Всем, творческих достижений - и благополучия. С уважением, я.
        
    30 декабря 2015 06:01
    #11 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 209
    Джон,

    спасибо за добрые пожелания! Вас, всех авторов новостей и участников дискуссий тоже с наступающим! удачи и новых творческих достижений!

    PS кстати, главное принципиальное отличие представленного в новости эксперимента и мысленного эксперимента Шредингера заключается в том, что Ш предлагал рассмотреть возможность суперпозиции состояний системы, состоящей из классического макрообъекта (кошки) и достаточно простого микрообъекта, обладающего квантовыми свойствами (радиоактивного атома). а в данном эксперименте получена квантовая система, состоящая из очень большого числа запутанных между собой отдельных атомов (квантовых микрообъектов), но при этом разнесенных на существенное расстояние, сравнимое с размером кошки - на этом все аналогии с кошкой и заканчиваются.


    --------------------
        
    30 декабря 2015 11:58
    #12 Написал: limoon

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    interim,
    Вы невнимательно читали мой пост. Там написано, что Ш. интересовал вопрос о том, что есть жизнь с точки зрения физики. И ответ на него он знал: жизнь с точки зрения физики - это набор химических реакций. Такой набор, что объект, из них составленный удовлетворяет перечисленным выше критериям живого.
    И всё.
    Ещё раз. С точки зрения науки жизнь - это просто набор химических реакций. Не каких-то особенных, а обычных.
    * И сознание человека, с точки зрения науки, это тоже набор химических реакций.
    Надо понимать, что на этом вопрос исчерпывается. Никакого особого явления, обеспечивавшего бы сознание или жизнь не существует. Ваше сознание - такого же типа процесс, как растворение фтороводорода в аммиаке.

    * Моя интерпретация мысленного эксперимента не имеет значения, как и ваша, как и Шрёденгера. Мысленный эксперимент - это способ выдумывания, а не способ изучения природы. И то, что некоторые физики к нему иногда прибегают, не делает его способом изучения природы.

    * Да, биология может дать объяснение тому, как возникла жизнь. Что бы вы не называли "жизнью". Собственно, "жизнь" - просто слово. А возникли репликаторы, мембранные колонии, клеточные организмы, вирусы, многоклеточные организмы. И каждое из этих возникновений описывается биологией. Вернее, той её часть, которая сливается с химией. В чём проблема? Это обычные химические реакции.

    * Вы мистифицируете. В обсуждении научных фактов это неуместно. Мистификации вообще нигде не уместны.

    * Да, я слышал о "квантовой биологии". А вы сами слышали?
    Всё, что там происходит - это объяснение механизмов некоторых межмолекулярных взаимодействий, и процессов взаимодействия света с молекулами. Это те же объяснения, что используются для описания механизмов любых химических реакций, и для описания взаимодействия фотонов с электронами.
    Уж исследованием "особого физического феномена - жизни" этот раздел не занимается. Раздела науки, который этим феноменом занимался бы, вообще не существует. Так как не существует предмета исследования. Не забывайте, что для объяснения любого явления всегда достаточно редуцировать его до отдельных деталей.

    interim,

    В своём "мысленном эксперименте" Ш. выбрал неудачный объект. Кот ничем не отличается от чемодана, это только отвлекает людей в силу их врождённой склонности считать себя - и всё прочее "живое" - чем-то несводимым к бездушной материи. На самом деле, это просто один из побочных эффектов структуры мозга. Чистая иллюзия.

    Так вот, чемодан. Чемодан и квантовая неопределённость.
    Функция, описывающая, что чемодан равновероятно открыт и закрыт. И мысленный сценарий, описывающий, что таким образом неопределённость микрообъекта переходит в неопределённость макрообъекта. А последняя, в отличии от первой, может быть устранена путём непосредственного наблюдения.
    Никаких проблем, вопрос только в том, нужно ввести некое точное правило, описывающее когда именно происходит переход от микро-масштаба к макро-масштабу. Хотя для многих объектов очевидно, к какому масштабу они принадлежат.

    Кроме того, конструкция в "мысленном эксперименте" очевидно дефектна - распад одного атома не даёт достаточно энергии для действия, необходимого для убийства кота. Речь опять же должна идти не об одном атоме, а о некотором их количестве.

    И эксперимент из статьи просто показывает, что в объект состоящий из 10^5 атомов (что на самом деле очень-очень мало, ничтожные примерно 10^-17 грамм, если речь о рубидии) всё ещё относится к микро-масштабу. А насколько метров эти атомы разнесены - это уже другой вопрос. Эксперимент показывает, что могут быть разнесены по крайней мере на полметра. Не фундаментально, но информативно.
    Известно, что для системы из порядка 10^12 атомов уже можно использовать классические приближения. А здесь показали, что система состоящая из порядка 10^5 атомов - по крайне мере, в некоторых условиях, - может описываться волновым приближением.
        
    30 декабря 2015 21:09
    #13 Написал: cmp167

    Публикаций: 0
    Комментариев: 169
    "Мысленный эксперимент - это способ выдумывания, а не способ изучения природы."

    Моделирования и абстрагирования, любой "анализ" оперирует абстракциями различной приближенности.
        
    30 декабря 2015 22:08
    #14 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 209
    Цитата: limoon:

    Ещё раз. С точки зрения науки жизнь - это просто набор химических реакций. Не каких-то особенных, а обычных.
    * И сознание человека, с точки зрения науки, это тоже набор химических реакций.
    ...
    конструкция в "мысленном эксперименте" очевидно дефектна - распад одного атома не даёт достаточно энергии для действия, необходимого для убийства кота.


    не понимаю, зачем постить здесь простыни подобной ерунды. графомания?

    Цитата: limoon:

    Известно, что для системы из порядка 10^12 атомов уже можно использовать классические приближения.


    ну, и какие классические приближения описывают физику Солнца, любезный limoon?))


    --------------------
        
    31 декабря 2015 14:33
    #15 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3870
    Джон
    Присоединяюсь!


    --------------------
        
    5 января 2016 11:51
    #16 Написал: DASHA

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    А есть ли ссылка на " Квантовую биологию"?
    На мой взгляд одна из интересных дискуссий сейчас...
    3
        
    7 января 2016 03:25
    #17 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 276
    Interim не мути воду. Речь идёт о квантовой запутанности, при которой квантовые частицы находится в суперпозиции, что для квантовой механики обычное явление. В этом эксперементе атомы Рубидия при сверхнизких температурах становятся фактически "квазиквантовыми" частицами продолжительное время. Конденсат Бозе-Энштейна является МАТЕРИЕЙ, имеющую свойства КВАНТОВ. Возможно изучение этого явления позволит однажды примирить Стандартную модель физики и Квантовую теорию в Единую научную модель, без пробелов и противоречий.
    Из данного эксперемента можно сделать уже например следующий вывод:
    Большая часть Вселенной состоит из газа, охлажденного почти до предела. А раз такой газ способен находиться продолжительное время в состоянии суперпозиции (как кошка Шредингера быть живой и мёртвой одновременно), следовательно мы видим вокруг себя КОСМОС, который одновременно есть и его нет.
    Вероятно состояние суперпозиции для Вселенной обычное явление и ее изучение некорректно основываясь только на скорости света!
        
    13 января 2016 23:45
    #18 Написал: ballbes

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Класс! Лет 20 не слышал подобных споров. Отдохнул душой. А то все: деньги, курсы, биржи...
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.