هل يمكن أن توجد قطة شرودنجر في الحياة الحقيقية؟

هل يمكن أن توجد قطة شرودنجر في الحياة الحقيقية؟
شترستوك

هل سبق لك أن زرت أكثر من مكان في نفس الوقت؟ إذا كنت أكبر من ذرة ، فستكون الإجابة لا.

لكن الذرات والجسيمات تحكمها قواعد ميكانيكا الكم ، حيث يمكن أن تتعايش عدة مواقف محتملة مختلفة في وقت واحد.

أنظمة الكم تحكمها ما يسمى بـ "دالة الموجة": كائن رياضي يصف احتمالات هذه المواقف المختلفة المحتملة.

ويمكن أن تتعايش هذه الاحتمالات المختلفة في دالة الموجة كما يسمى "تراكب" حالات مختلفة. على سبيل المثال ، الجسيم الموجود في عدة أماكن مختلفة في وقت واحد هو ما نسميه "التراكب المكاني".

فقط عندما يتم إجراء القياس "تنهار" الدالة الموجية وينتهي الأمر بالنظام في حالة واحدة محددة.

بشكل عام ، تنطبق ميكانيكا الكم على عالم الذرات والجسيمات الصغير. هيئة المحلفين لا تزال خارجة بشأن ما تعنيه للأشياء كبيرة الحجم.

في بحثنا ، نشرت اليوم في Opticaنقترح تجربة تحل هذا السؤال الشائك بشكل نهائي.


الحصول على أحدث من InnerSelf


قطة إروين شرودنغر

في الثلاثينيات من القرن الماضي ، ابتكر الفيزيائي النمساوي إروين شرودنجر تجربته الفكرية الشهيرة حول قطة في صندوق يمكن ، وفقًا لميكانيكا الكم ، أن تكون حية وميتة في نفس الوقت.

حيث يتم وضع قطة في صندوق مغلق حيث يكون لحدث كمي عشوائي فرصة لقتله بنسبة 50-50. حتى يتم فتح الصندوق وملاحظة القطة ، ماتت القطة و على قيد الحياة في نفس الوقت.

بعبارة أخرى ، توجد القطة كدالة موجية (مع احتمالات متعددة) قبل أن يتم ملاحظتها. عندما يتم ملاحظته ، يصبح كائنًا محددًا.


ما هي قطة شرودنغر؟

بعد الكثير من النقاش ، توصل المجتمع العلمي في ذلك الوقت إلى توافق في الآراء مع "تفسير كوبنهاغن". يشير هذا أساسًا إلى أن ميكانيكا الكم يمكن أن تنطبق فقط على الذرات والجزيئات ، لكن لا يمكنها وصف الأجسام الأكبر بكثير.

تبين أنهم كانوا مخطئين.

في العقدين الماضيين أو نحو ذلك ، علماء الفيزياء قد صنع حالات الكم في كائنات مصنوعة من تريليونات من الذرات - كبير بما يكفي للرؤية بالعين المجردة. على الرغم من أن هذا ليس بعد وشملت التراكب المكاني.

كيف تصبح الدالة الموجية حقيقية؟

ولكن كيف تصبح الدالة الموجية كائنًا "حقيقيًا"؟

هذا ما يسميه الفيزيائيون "مشكلة القياس الكمي". لقد حيرت العلماء والفلاسفة لمدة قرن تقريبًا.

إذا كانت هناك آلية تزيل احتمالية التراكب الكمي من الأجسام الكبيرة ، فستتطلب بطريقة ما "إزعاج" وظيفة الموجة - وهذا من شأنه أن يولد حرارة.

إذا تم العثور على مثل هذه الحرارة ، فهذا يعني أن تراكب الكم على نطاق واسع أمر مستحيل. إذا تم استبعاد هذه الحرارة ، فمن المحتمل أن الطبيعة لا تمانع في أن تكون "كميًا" بأي حجم.

إذا كان الأمر كذلك ، فباستخدام التكنولوجيا المتقدمة ، يمكننا وضع أشياء كبيرة ، ربما كائنات حساسة، إلى حالات الكم.

هذا توضيح للرنان في التراكب الكمومي. تمثل الموجة الحمراء الدالة الموجية.
هذا توضيح للرنان في التراكب الكمومي. تمثل الموجة الحمراء الدالة الموجية.
كريستوفر بيكر, مؤلف المنصوص

لا يعرف الفيزيائيون كيف ستبدو الآلية التي تمنع التراكبات الكمومية واسعة النطاق. وفقًا للبعض ، إنه ملف مجال كوني غير معروف. آخرون الجاذبية المشتبه بها يمكن أن يكون لها علاقة بها.

يعتقد روجر بنروز ، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام ، أن ذلك قد يكون نتيجة لذلك وعي الكائنات الحية.

مطاردة الحركات الصغيرة

على مدى العقد الماضي أو نحو ذلك ، سعى الفيزيائيون بشدة للحصول على كمية ضئيلة من الحرارة التي قد تشير إلى اضطراب في وظيفة الموجة.

لاكتشاف ذلك ، نحتاج إلى طريقة يمكنها كبت (بأقصى قدر ممكن) جميع المصادر الأخرى للحرارة "الزائدة" التي قد تعترض طريق القياس الدقيق.

سنحتاج أيضًا إلى الحفاظ على تأثير يسمى "رد الفعل" الكمي قيد الفحص ، حيث يؤدي فعل المراقبة نفسه إلى توليد الحرارة.

في بحثنا ، قمنا بصياغة مثل هذه التجربة ، والتي يمكن أن تكشف ما إذا كان التراكب المكاني ممكنًا للأجسام الكبيرة الحجم. الأفضل التجارب حتى الآن لم أتمكن من تحقيق ذلك.

العثور على الإجابة بأشعة دقيقة تهتز

ستستخدم تجربتنا الرنانات بترددات أعلى بكثير مما تم استخدامه. سيؤدي ذلك إلى إزالة مشكلة أي حرارة من الثلاجة نفسها.

كما كان الحال في التجارب السابقة ، سنحتاج إلى استخدام ثلاجة عند 0.01 درجة كلفن فوق الصفر المطلق. (الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة ممكنة من الناحية النظرية).

مع هذا المزيج من درجات الحرارة المنخفضة جدًا والترددات العالية جدًا ، تخضع الاهتزازات في الرنانات لعملية تسمى "تكثيف بوز".

يمكنك تخيل هذا حيث يصبح الرنان متجمدًا بشدة لدرجة أن الحرارة المنبعثة من الثلاجة لا يمكنها تحريكه ، ولا حتى قليلًا.

قد نستخدم أيضًا إستراتيجية قياس مختلفة لا تنظر إلى حركة الرنان على الإطلاق ، بل تنظر إلى مقدار الطاقة التي يمتلكها. هذه الطريقة سوف تمنع بشدة حرارة الارتداد أيضًا.

لكن كيف سنفعل هذا؟

تدخل جزيئات الضوء المنفردة إلى الرنان وترتد ذهابًا وإيابًا عدة ملايين من المرات ، ممتصة أي طاقة زائدة. في النهاية سيتركون الرنان ، حاملين الطاقة الزائدة بعيدًا.

بقياس طاقة جسيمات الضوء الخارجة ، يمكننا تحديد ما إذا كانت هناك حرارة في الرنان.

إذا كانت الحرارة موجودة ، فهذا يشير إلى أن مصدر غير معروف (لم نتحكم فيه) قد عطل وظيفة الموجة. وهذا يعني أنه من المستحيل أن يحدث التراكب على نطاق واسع.

هل كل شيء كمي؟

التجربة التي نقترحها صعبة. إنه ليس من النوع الذي يمكنك إعداده عرضًا بعد ظهر يوم الأحد. قد يستغرق الأمر سنوات من التطوير ، وملايين الدولارات ومجموعة كاملة من علماء الفيزياء التجريبية المهرة.

ومع ذلك ، يمكن أن يجيب على أحد أكثر الأسئلة إثارة حول واقعنا: هل كل شيء كمي؟ وهكذا ، نعتقد بالتأكيد أنه يستحق الجهد المبذول.

أما بالنسبة لوضع إنسان أو قطة في حالة تراكب كمي - فلا توجد طريقة لنا لمعرفة كيف سيؤثر هذا على ذلك الكائن.

لحسن الحظ ، هذا سؤال لا يجب أن نفكر فيه الآن.المحادثة

عن المؤلف

ستيفان فورستنر ، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه ، جامعة كوينزلاند

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

دعم وظيفة جيدة!

الأكثر قراءة

من المحررين

النشرة الإخبارية InnerSelf: أكتوبر 18 ، 2020
by InnerSelf الموظفين
نحن نعيش هذه الأيام في فقاعات صغيرة ... في منازلنا وفي العمل وفي الأماكن العامة ، وربما في أذهاننا ومع مشاعرنا. ومع ذلك ، نعيش في فقاعة ، أو نشعر وكأننا ...
النشرة الإخبارية InnerSelf: أكتوبر 11 ، 2020
by InnerSelf الموظفين
الحياة رحلة ، وكما هو الحال في معظم الرحلات ، تأتي مع تقلباتها. ومثلما يتبع النهار دائمًا الليل ، تنتقل تجاربنا الشخصية اليومية من الظلام إلى النور ، ذهابًا وإيابًا. ومع ذلك،…
النشرة الإخبارية InnerSelf: أكتوبر 4 ، 2020
by InnerSelf الموظفين
مهما كان ما نمر به ، فرديًا وجماعيًا ، يجب أن نتذكر أننا لسنا ضحايا لا حول لهم ولا قوة. يمكننا استعادة قوتنا لنحت طريقنا وشفاء حياتنا روحياً ...
النشرة الإخبارية InnerSelf: أيلول 27 و 2020
by InnerSelf الموظفين
إحدى أعظم قوة الجنس البشري هي قدرتنا على أن نكون مرنين ، وأن نكون مبدعين ، وأن نفكر خارج الصندوق. أن نكون شخصًا آخر غير ما كنا عليه بالأمس أو في اليوم السابق. يمكننا ان نغير...…
ما يصلح لي: "لأعلى خير"
by ماري ت. راسل ، إنيرسيلف
السبب في أنني أشارك "ما يناسبني" هو أنه قد يعمل معك أيضًا. إذا لم تكن الطريقة التي أفعل بها ذلك بالضبط ، نظرًا لأننا جميعًا فريدون ، فقد يكون بعض التباين في الموقف أو الطريقة أمرًا جيدًا ...