Var būt veids, kā līst smailē pie Šrindingera kaķa - slavenā uz kaķiem balstītā domu eksperimenta, kas apraksta subatomisko daļiņu noslēpumaino izturēšanos - neatgriezeniski nogalinot (hipotētisko) dzīvnieku.
Neveiksmīgais iedomātais kaķis vienlaikus ir dzīvs un miris kastes iekšpusē vai pastāv "mirušu" un "dzīvu" stāvokļu superpozīcijā, tāpat kā subatomiskās daļiņas eksistē daudzu stāvokļu superpozīcijā vienlaikus. Bet, skatoties lodziņā, maina kaķa stāvokli, kurš pēc tam kļūst dzīvs vai miris.
Tomēr tagad pētījumā, kas publicēts 1. oktobrī laikrakstā New Physics, aprakstīts veids, kā potenciāli palūrēt kaķi, nepiespiežot to dzīvot vai nomirt. To darot, zinātnieki padziļina izpratni par vienu no fundamentālākajiem paradoksiem fizikā.
Parastajā, liela mēroga pasaulē, šķiet, ka objekta aplūkošana to nemaina. Bet pietuviniet pietiekami, un tas tā nav.
"Mēs parasti domājam, ka cena, ko maksājam par meklēšanu, nav nekas," sacīja pētījuma vadošais autors Holgers F. Hofmans, Japānas Hirosimas universitātes fizikas asociētais profesors. "Tas nav pareizi. Lai izskatās, jums ir jābūt gaismai, un gaisma maina objektu." Tas ir tāpēc, ka pat viens gaismas fotons nodod enerģiju prom no skatāmā objekta vai uz to.
Hofmans un Kartiks Patekars, kuri tolaik bija viesstrādnieku studenti Hirosimas universitātē un tagad atrodas Indijas Tehnoloģiju institūtā Bombejā, prātoja, vai ir kāds veids, kā meklēt, "nemaksājot cenu". Viņi nolaidās uz matemātiskas shēmas, kas atdala sākotnējo mijiedarbību (skatoties uz kaķi) no nolasījuma (zinot, vai tas ir dzīvs vai miris).
"Mūsu galvenā motivācija bija ļoti uzmanīgi aplūkot veidu, kā notiek kvantu mērīšana," sacīja Hofmans. "Un galvenais ir tas, ka mēs atdalām mērījumus divās pakāpēs."
Šādi rīkojoties, Hofmans un Patekars var pieņemt, ka visi sākotnējā mijiedarbībā iesaistītie fotoni jeb palūrēt kaķi tiek notverti, nezaudējot informāciju par kaķa stāvokli. Tātad pirms nolasīšanas joprojām ir pieejams viss, kas ir jāzina par kaķa stāvokli (un par to, kā un kā tas to mainīja). Tikai tad, kad mēs nolasām informāciju, mēs zaudējam daļu no tās.
"Interesanti ir tas, ka nolasīšanas process izvēlas vienu no diviem informācijas veidiem un otru pilnībā izdzēš," sacīja Hofmans.
Lūk, kā viņi aprakstīja savu darbu attiecībā uz Šrindingera kaķi. Saka, ka kaķis joprojām atrodas kastē, bet tā vietā, lai ieskatītos iekšā, lai noteiktu, vai kaķis ir dzīvs vai miris, ārpus kastes ir uzstādījis kameru, kas kaut kādā veidā var nofotografēties tā iekšpusē (domu eksperimenta labad, ignorējiet faktu, ka fiziskās kameras faktiski nedarbojas šādi). Kad attēls ir uzņemts, kamerai ir divu veidu informācija: kā mainījās kaķis uzņemtā attēla rezultātā (ko pētnieki sauc par kvantu tagu) un vai kaķis pēc mijiedarbības ir dzīvs vai miris. Pagaidām neviena no šīm ziņām nav zaudēta. Un atkarībā no tā, kā jūs izvēlaties "attīstīt" attēlu, jūs izgūstat vienu vai otru informāciju.
Padomājiet par monētas uzsitienu, Hofmans stāstīja Live Science. Varat izvēlēties zināt, vai monēta tika pagriezta, vai arī tai šobrīd ir galvas vai astes. Bet jūs nevarat zināt abus. Turklāt, ja jūs zināt, kā tika mainīta kvantu sistēma, un ja šīs izmaiņas ir atgriezeniskas, tad ir iespējams atjaunot sākotnējo stāvokli. (Monētas gadījumā jūs to pagrieztu atpakaļ.)
"Jums vienmēr vispirms ir jātraucē sistēmai, bet dažreiz jūs varat to atsaukt," sacīja Hofmans. Kaķa ziņā tas nozīmētu nofotografēt, bet tā vietā, lai to attīstītu, lai skaidri redzētu kaķi, attīstot to tādā veidā, lai atjaunotu kaķi atpakaļ mirušā un dzīvā locekļa stāvoklī.
Būtiski, ka nolasījuma izvēle notiek ar kompromisu starp mērījuma izšķirtspēju un tā traucējumiem, kas ir precīzi vienādi, parādīts rakstā. Izšķirtspēja attiecas uz to, cik daudz informācijas tiek iegūta no kvantu sistēmas, un traucējumi norāda uz to, cik daudz sistēma ir neatgriezeniski mainīta. Citiem vārdiem sakot, jo vairāk jūs zināt par kaķa pašreizējo stāvokli, jo vairāk jūs to neatgriezeniski esat mainījis.
"Tas, kas man šķita pārsteidzoši, ir tas, ka spēja atsaukt traucējumus ir tieši saistīta ar to, cik daudz informācijas jūs saņemat par novērojamo", vai ar fizisko daudzumu, ko viņi mēra, sacīja Hofmans. "Matemātika šeit ir diezgan precīza."
Lai arī iepriekšējais darbs ir norādījis uz kompromisu starp izšķirtspēju un traucējumiem kvantu mērīšanā, šis raksts ir pirmais, kas kvantitatīvi nosaka precīzās attiecības, Austrālijas Nacionālās universitātes teorētiskais fiziķis Maikls Hols pavēstīja Live Science e-pastā.
"Cik es zinu, nevienam iepriekšējam rezultātam nav precīzas vienlīdzības, kas saistīts ar izšķirtspēju un traucējumiem," sacīja Halls, kurš nebija iesaistīts pētījumā. "Tas padara pieeju dokumentā ļoti glītu."
