"Weinende Engel" Quanteneffekt friert Atome im Ort

Das Paradox von Schrödingers Katze zeigt bekanntlich, dass eine Quanten-Katze in einer Box verschlossen lebendig ist und tot zur gleichen Zeit bis wir innen zu schauen, an welcher Stelle es eine oder das andere wird. So ist die Verrücktheit der Quantenmechanik. Aber wenn eine bloße Akt der Beobachtung bestimmt das Ergebnis eines Experiments, was passiert, wenn wir nie wegschauen? Antwort: die Zeit effektiv steht still.

Das ist das Ergebnis eines neuen Papiers akzeptiert zur Veröffentlichung in Physical Review Letters. Cornell University Physiker konstruiert eine aufwendige Experiment, um zu demonstrieren, dass er eine Reihe von schnelle Messungen von Atomen – gleichbedeutend mit Blick auf das System ohne mit der Wimper – im wesentlichen friert Materie im Ort. Es ist ein bisschen wie eines Doctor Whoes Weinen Engel, diese gruseligen Statuen, die angeblich "Quanten-gesperrt" zu sein: sie können nur verschieben, wenn sie nicht direkt beobachtet werden.

Dies ist die Quanten-Version eines Zeno Paradoxien, zuerst vorgeschlagen durch eine griechische Philosoph namens Zeno von Elea, die gerne mit Menschen die Annahmen zu verwirren. Denken Sie an es auf diese Weise. In Reihenfolge für eine weinende Engel von einem Punkt zum anderen zu bewegen muss es zuerst die Hälfte den Strecke bis zu diesem Zeitpunkt überqueren. Aber um die Halbzeit-Marke zu erreichen, muss es zuerst überqueren Sie die Hälfte der Strecke davon und dann die Hälfte der Strecke die halbe Distanz, und so weiter, ad infinitum. Zeno abgeschlossen – Zunge in der Backe sehr fest –, dass dies "" den Engel bewiesen könnte nie von Punkt A nach Punkt B zu bekommen, und daher war Bewegung unmöglich.

Manchmal sind Gedankenexperimente am besten Links im Bereich der abstrakten philosophieren. Denn natürlich ist es möglich, dass der weinende Engel von A nach B zu bewegen (und dann zap einige schlechte Sod zurück in die Zeit, Fütterung aus der gestohlenen "potentielle Energie").

Aber in der subatomaren Welt, wo der Quantenmechanik herrscht, tatsächlich etwas sehr ähnliches wie dieses Paradoxon auftritt. Slice-Zeit in Schritten von klein genug, und alles ist wirklich im Ort einfrieren. Es bekannt als die Quanten-Zeno-Effekt.

Lassen Sie uns kurz die Grundlagen von Schrödingers Katze, mit freundlicher Genehmigung von der Big Bang TheorieSheldon Cooper zu überdenken:

Es ist der Zerfall des radioaktiven Atomen, was hier zählt, denn das ist, was löst die Freisetzung des Giftes – oder nicht. Es gibt zwei mögliche Zustände: A (die Atome sind nicht zerfallen) und B (die Atome zerfallen). Wenn wir nie im Feld, wie die Zeit vergeht schauen, entsteht eine Überlagerung beider Staaten A und B. Es ist nur, wenn wir im Inneren sehen, dass diese seltsame Überlagerung in bricht, entweder A oder b zusammen.

Im Jahr 1977, Physiker schlug vor, wenn Sie im Feld, kontinuierlich, so zu sprechen suchen gehalten — d. h. Messungen in so kurzen Abständen, dass Sie im Wesentlichen eine Dauermessung machten – gäbe es keine Fäulnis, weil das System keine Zeit sich zu entwickeln in einer Überlagerung. Stattdessen hält es wieder in seinen ursprünglichen Zustand kollabiert. Wie die io9 Esther Inglis-Arkell ein vor einigen Jahren schrieb:

Angenommen, ein Atom ist sehr wahrscheinlich, dass nach drei Sekunden zerfallen, aber sehr unwahrscheinlich, dass nach einem zerfallen. Aktivieren Sie es nach drei Sekunden, und es wird wahrscheinlich zerfallen. Aber... Aktivieren Sie es dreimal im ein-Sekunden-Takt, und es wird höchstwahrscheinlich nicht abgeklungen sind. Jedes Mal, wenn Sie es überprüfen, wird es in den "ursprünglichen" gemessenen Zustand zurückgesetzt, und die Uhr startet über.

So kocht ein überwachten Quanten-Topf nie. Und einen überwachten weinende Engel nicht bewegen.

Es ist nicht nur theoretisch. Das Cornell-Experiment ist nur das jüngste in einer Reihe von Experimenten seit dann bestätigt, dass die Quanten-Zeno-Effekt wirklich passiert. (Es gibt auch ein "Anti-Zeno-Effekt", wobei starrte auf die metaphorische Quanten-Topf es zum Kochen bringt schneller – auch experimentell bestätigt.)

Die Cornell-Team verwendet Laser um ein Gas von Rubidium gekühlt bis extrem kalten Temperaturen in einem Gitter aus Licht zu fangen. Dank der Besonderheiten der Quantenmechanik hin und wieder ein Atom gelingt es, aus der Falle tunnel. Aber wenn sie immer wieder zapped die Atome mit Laserpulsen kürzer Abständen — das Äquivalent von suchen in Schrödingers Box wieder und wieder und wieder – sie fanden dies macht es schwieriger für die eingeschlossenen Atome, Tunnel. Wenn die Intervalle kurz genug geworden, die Atome machen wie ein Engel weinen und sind effektiv an Stelle eingefroren.

Es ist keine genaue Analogie, natürlich, da die Engel Science Fiction sind. Pro die Leute bei Physik Buzz:

In [Doctor Who] gibt es etwas über bewusste Beobachtung, die diese Arbeit macht; die Photonen abprallen die Engel haben in jemandes Augen vor Einfrieren, im Ort zu landen. In Wirklichkeit jedoch (rechnet man großzügig aus diesem Experiment), so ein Wesen konnte nur bewegen in völliger Dunkelheit, oder vielleicht nur unter bestimmte Wellenlängen des Lichts. Für diese Atome es ist nicht das Foto, das sie im Ort friert, es ist die Kamera mit Blitz.

Also denken Sie daran: nicht blinzeln! Vor allem, wenn Sie eine Wolke aus Rubidiumatomen.

[Über Physik Buzz]

Referenzen:

Fischer, M.; Gutiérrez-Medina, B.; Raizen, M. (2001) "Beobachtung des Quanten-Zeno und Anti-Zeno Effekte in einem instabilen System" Physical Review Letters 87 (4): 040402

Patil, ys; Chakram, S.; und Vengalattore, M. (2015) "Quanten-Kontrolle durch Bildgebung: Zeno Effekt in einem extrem kalten Gitter-Gas" Physical Review Letters, Preprint.

Sudarshan, E.K.G und Misra, B. (1977) "Die Zeno Paradox in der Quantentheorie," Journal of Mathematical Physics Artikel 18 Absatz 4: 756-763