Μπορεί να υπάρχει ένας τρόπος να γλιστρήσει μια κορυφή στη γάτα του Schrödinger - το διάσημο πείραμα σκέψης που βασίζεται σε αιλουροειδή που περιγράφει τη μυστηριώδη συμπεριφορά υποατομικών σωματιδίων - χωρίς να σκοτώνει μόνιμα το (υποθετικό) ζώο.
Η άτυχη, φανταστική γάτα είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή μέσα σε ένα κουτί ή υπάρχει σε μια υπέρθεση «νεκρών» και «ζωντανών» καταστάσεων, ακριβώς όπως τα υποατομικά σωματίδια υπάρχουν σε μια υπερβολή πολλών κρατών ταυτόχρονα. Αλλά κοιτάζοντας μέσα στο κουτί αλλάζει η κατάσταση της γάτας, η οποία στη συνέχεια είτε ζει είτε είναι νεκρή.
Τώρα, όμως, μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 1 Οκτωβρίου στο New Journal of Physics περιγράφει έναν τρόπο να εξεταστεί ενδεχομένως η γάτα χωρίς να την αναγκάσουμε να ζήσει ή να πεθάνει. Με αυτόν τον τρόπο, προωθεί την κατανόηση από τους επιστήμονες ενός από τα πιο θεμελιώδη παράδοξα στη φυσική.
Στον κοινό κόσμο μας μεγάλης κλίμακας, η εξέταση ενός αντικειμένου δεν φαίνεται να το αλλάζει. Αλλά ζουμ σε αρκετά, και αυτό δεν συμβαίνει.
"Πιστεύουμε συνήθως ότι η τιμή που πληρώνουμε για την αναζήτηση δεν είναι τίποτα", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Holger F. Hofmann, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Hiroshima στην Ιαπωνία. "Αυτό δεν είναι σωστό. Για να το δούμε, πρέπει να έχουμε φως και το φως να αλλάζει το αντικείμενο." Αυτό συμβαίνει επειδή ακόμα και ένα φωτόνιο φωτός μεταφέρει ενέργεια μακριά από το αντικείμενο που βλέπετε.
Ο Hofmann και ο Kartik Patekar, ο οποίος ήταν τότε επισκέπτης φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Χιροσίμα τότε και τώρα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Βομβάης, διερωτήθηκε αν υπήρχε ένας τρόπος να κοιτάξουμε χωρίς να "πληρώσουμε την τιμή". Προσήλθαν σε ένα μαθηματικό πλαίσιο που χωρίζει την αρχική αλληλεπίδραση (κοιτάζοντας τη γάτα) από την ανάγνωση (γνωρίζοντας αν είναι ζωντανή ή νεκρή).
"Το κύριο κίνητρό μας ήταν να δούμε πολύ προσεκτικά τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται μια κβαντική μέτρηση", δήλωσε ο Hofmann. "Και το βασικό σημείο είναι ότι χωρίζουμε τη μέτρηση σε δύο βήματα."
Με αυτόν τον τρόπο, ο Hoffman και ο Patekar είναι σε θέση να υποθέσουν ότι όλα τα φωτόνια που εμπλέκονται στην αρχική αλληλεπίδραση, ή να εξετάσουν τη γάτα, συλλαμβάνονται χωρίς να χάνουν οποιαδήποτε πληροφορία για την κατάσταση της γάτας. Επομένως, πριν από την ανάγνωση, είναι πάντα διαθέσιμα όλα όσα πρέπει να γνωρίζουμε για την κατάσταση της γάτας (και για το πώς και πώς το έβλεπε αυτό). Μόνο όταν διαβάζουμε τις πληροφορίες χάνουμε μερικές από αυτές.
"Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι η διαδικασία ανάγνωσης επιλέγει έναν από τους δύο τύπους πληροφοριών και σβήνει τελείως το άλλο", δήλωσε ο Hofmann.
Εδώ περιγράφεται το έργο τους όσον αφορά τη γάτα του Schrödinger. Ας πούμε ότι η γάτα παραμένει στο κουτί, αλλά αντί να κοιτάς μέσα για να καθορίσεις αν η γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή, στήνεις μια κάμερα έξω από το κιβώτιο που μπορεί με κάποιο τρόπο να τραβήξει μια εικόνα μέσα σε αυτήν (για χάρη του πειράματος σκέψης, αγνοήστε το γεγονός ότι οι φυσικές κάμερες δεν λειτουργούν πραγματικά έτσι). Μόλις ληφθεί η φωτογραφία, η κάμερα διαθέτει δύο είδη πληροφοριών: πώς άλλαξε η γάτα ως αποτέλεσμα της λήψης της εικόνας (αυτό που οι ερευνητές ονομάζουν κβαντική ετικέτα) και αν η γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή μετά την αλληλεπίδραση. Καμία από αυτές τις πληροφορίες δεν έχει χαθεί ακόμα. Και ανάλογα με το πώς επιλέγετε να "αναπτύξετε" την εικόνα, ανακτάτε μία ή την άλλη πληροφορία.
Σκεφτείτε ένα flip νομίσματος, Hofmann είπε Live Science. Μπορείτε να επιλέξετε είτε να μάθετε αν ένα κέρμα έχει αναστραφεί ή αν είναι επί του παρόντος κεφάλια ή ουρές. Αλλά δεν μπορείτε να γνωρίζετε και τα δύο. Επιπλέον, αν γνωρίζετε πώς άλλαξε ένα κβαντικό σύστημα και εάν η αλλαγή αυτή είναι αντιστρέψιμη, τότε είναι δυνατό να επαναφέρετε την αρχική του κατάσταση. (Στην περίπτωση του νομίσματος, θα το επαναφέρετε.)
"Πρέπει πάντα να ενοχλείτε το σύστημα πρώτα, αλλά μερικές φορές μπορείτε να το ακυρώσετε", δήλωσε ο Hofmann. Όσον αφορά τη γάτα, αυτό θα σήμαινε τη λήψη μιας φωτογραφίας, αλλά αντί να την αναπτύξουμε για να δούμε καθαρά τη γάτα, να την αναπτύξουμε με τέτοιο τρόπο ώστε να αποκαταστήσουμε την γάτα πίσω στην νεκρή και ζωντανή κατάσταση ασταμάτητου.
Βασικά, η επιλογή της ανάγνωσης έρχεται με μια ανταλλαγή μεταξύ της επίλυσης της μέτρησης και της διατάραξής της, τα οποία είναι ακριβώς ίσα, δείχνει το έγγραφο. Η ανάλυση αναφέρεται στην ποσότητα των πληροφοριών που εξάγονται από το κβαντικό σύστημα και η διαταραχή αφορά το πόσο το σύστημα έχει αμετάκλητα αλλάξει. Με άλλα λόγια, όσο περισσότερο γνωρίζετε για την τρέχουσα κατάσταση της γάτας, τόσο περισσότερο έχετε αλλοιώσει ανεπανόρθωτα.
"Αυτό που βρήκα εκπληκτικό είναι ότι η ικανότητα να αναιρέσετε τη διαταραχή σχετίζεται άμεσα με το πόση πληροφορία έχετε για το παρατηρήσιμο" ή τη φυσική ποσότητα που μετράνε, δήλωσε ο Hofmann. "Τα μαθηματικά είναι αρκετά ακριβή εδώ".
Αν και η προηγούμενη δουλειά έχει επισημάνει την ανταλλαγή μεταξύ της ανάλυσης και της διαταραχής σε μια κβαντική μέτρηση, αυτό το έγγραφο είναι το πρώτο που ποσοτικοποιεί την ακριβή σχέση, δήλωσε ο Michael Hall, θεωρητικός φυσικός στο αυστραλιανό εθνικό πανεπιστήμιο.
"Από όσο γνωρίζω, κανένα προηγούμενο αποτέλεσμα δεν έχει τη μορφή μιας ακριβούς ισότητας που σχετίζεται με την επίλυση και τη διατάραξη", δήλωσε ο Hall, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. "Αυτό κάνει την προσέγγιση στο χαρτί πολύ τακτοποιημένη."
