Kāds ir kvantu Zeno efekts?

kvantu Zeno efekts ir parādība kvantu fizika kur daļiņas novērošana novērš tās sabrukšanu, kā tas notiktu bez novērojuma.

Nosaukums cēlies no klasiskā loģiskā (un zinātniskā) paradoksa, ko pasniedz senais filozofs Zeno no Elejas. Vienā no šī paradoksa vienkāršākajiem formulējumiem, lai sasniegtu jebkuru tālu punktu, jums ir jāšķērso puse no attāluma līdz šim punktam. Bet, lai to sasniegtu, jums ir jāpārvar puse no šī attāluma. Bet vispirms puse no šī attāluma. Un tā tālāk... tā, ka izrādās, ka jums patiešām ir jāveic bezgalīgs skaits šķērsotu attālumu, un tāpēc jūs to nekad nevarat sasniegt!

Kvantu Zeno efekts sākotnēji tika prezentēts 1977. gada rakstā "Zeno paradokss kvantu teorijā" (Journal of Mathematical Physics, PDF), rakstījuši Baidjanaita Misra un Džordžs Sudaršāns.

Rakstā aprakstītā situācija ir radioaktīva daļiņa (vai, kā aprakstīts sākotnējā rakstā, "nestabila kvantu sistēma"). Saskaņā ar kvantu teoriju, pastāv zināma varbūtība, ka šī daļiņa (vai "sistēma") noteiktā laika posmā izies sabrukšanu citā stāvoklī, nevis tajā, kurā tā sākusies.

Tomēr Misra un Sudarshan ierosināja scenāriju, kurā atkārtota daļiņu novērošana faktiski novērš pāreju sabrukšanas stāvoklī. Tas noteikti var atgādināt parasto idiomu "skatītais katls nekad nevārās", izņemot tikai vienkāršu novērojumu Par pacietības grūtībām tas ir reāls fizisks rezultāts, ko var (un ir) eksperimentāli apstiprināt.

Fiziskais skaidrojums kvantitatīvi fizika ir sarežģīts, bet diezgan labi saprotams. Sāksim domāt par situāciju, kāda tā parasti notiek, bez kvantu Zeno efekta darbā. Aprakstītajai "nestabilajai kvantu sistēmai" ir divi stāvokļi, sauksim tos par stāvokli A (bezsadalīts stāvoklis) un stāvokli B (par bojātu stāvokli).

Ja sistēma netiek novērota, tad laika gaitā tā no neizdalītā stāvokļa pārtaps a stāvokļa A un stāvokļa B superpozīcija, balstoties uz varbūtību atrasties abos stāvokļos laiks. Kad tiek veikts jauns novērojums, viļņu funkcija, kas raksturo šo stāvokļu superpozīciju, sabrūk vai nu stāvoklī A, vai B. Varbūtība, kurā stāvoklī tā sabrūk, ir balstīta uz pagājušo laika daudzumu.

Tā ir pēdējā daļa, kas ir atslēga kvantu Zeno efektam. Ja pēc neilga laika veicat virkni novērojumu, varbūtība, ka sistēma atradīsies stāvoklis A katra mērījuma laikā ir dramatiski lielāks nekā varbūtība, ka sistēma būs stāvoklī B. Citiem vārdiem sakot, sistēma turpina sabrukt atpakaļ nesadalītā stāvoklī, un nekad nav laika pārvērsties sabrukušajā stāvoklī.

Tas ir pretrunīgi intuitīvs, kā tas izklausās, tas ir eksperimentāli apstiprināts (kā tam ir šāds efekts).

Ir pierādījumi par pretēju efektu, kas aprakstīts Jim Al-Khalili's Paradokss kā "kvantu ekvivalents, skatoties uz tējkannu un liekot tai ātrāk uzvārīties. Kaut arī tas joprojām ir nedaudz spekulatīvs, šāds pētījums nonāk dažu visdziļāko un iespējams, nozīmīgas zinātnes jomas divdesmit pirmajā gadsimtā, piemēram, darbs pie tā, lai veidotu to, kas ir sauc a kvantu dators"Šis efekts ir bijis eksperimentāli apstiprināts.