Чаще всего вам встречается обратный вопрос: Можно ли применять законы макрофизики или классической физики относительно микромира? Обычно получается, что это буквально запрещено, поскольку микромир славится своими квантовыми эффектами, которые порой буквально-таки разрушают классическую физику. Но есть не менее интересный вопрос: работает ли квантовая физика на макроуровне?
Это обстоятельство решила проверить команда ученых, которая провела ряд последовательных экспериментов и обнаружила что…Читайте до конца и узнаете, что именно! На этот счёт высказывались самые разные мысли. Обсуждались квантовые поля и нейтронная материя как источник сверх возможностей. Но про реальные эксперименты известно мало.
Про эксперимент
Результаты исследований, описанные в двух статьях в журнале Science, потенциально могут позволить создать измерительные приборы беспрецедентной чувствительности, а также квантовые компьютеры, многократно превосходящие вычислительные возможности обычных компьютеров.
Квантовая механика говорит, что два объекта могут находиться в так называемом «спутанном» состоянии, которое заключается в том, что измеряемые свойства объекта становятся идеально согласованными. Такой согласованности невозможно достичь в классической физике. Этот эффект называется квантовой запутанностью.
Квантовые эффекты в больших масштабах
Хотя ничто в квантовой физике не ограничивает этот эффект только масштабами субатомных частиц, квантовые эффекты в больших масштабах, согласно теории, становятся настолько незначительными, что их невозможно наблюдать на практике. Физики уже долгое время спорят, каковы причины этого. Кое-кто считает, что основную роль играют ограничения наших измерительных устройств, другие придерживаются мнения, что микро — и макроскопическими мирами управляют принципиально разные законы. Чтобы решить эту проблему, исследователи пытаются наблюдать квантовые явления, на все больших масштабах.
«Фундаментальный вопрос исследования заключается в том, как квантовая механика работает в «классическом» мире»
– говорит Мика Силанпяя, физик из Университета Аалто в Финляндии.
Алюминиевые барабаны
В эксперименте, проведенном командой Шлома Котлера в Национальном институте стандартов и технологий в Боулдере (Колорадо), ученые создали две алюминиевые мембраны диаметром 10 микрометров, напоминающих барабаны. Каждая из мембран состояла примерно из триллиона атомов. С тех пор как примерно столетие назад физики открыли законы квантовой механики, «никто не предполагал, что квантовый эксперимент можно провести с чем-то настолько большим», – утверждает Котлер, сотрудник Еврейского университета в Иерусалиме.
Команда направила на мембраны пучок фотонов в микроволновом диапазоне и заставила их синхронно колебаться, причем их движения оказались в спутанном состоянии. Когда они отклонялись вниз или вверх, измерения показывали, что они находились в точно одинаковом положении и двигались с противоположной скоростью. Это ни что иное, как квантовая запутанность в макромире.
👉 Узнайте ещё больше интересного! Подписывайтесь на Telegram канал проекта.
В прошлом две другие лаборатории уже проводили квантовые измерения на макроскопических объектах, которые тоже косвенно свидетельствовали о нахождении в спутанных состояниях, но команда Котлера сумела зафиксировать это состояние с невиданной ранее точностью, усиливая сигнал в момент, когда он выходил из их датчиков. По его словам, это аналогично тому, как старые проигрыватели предварительно усиливали свой сигнал, прежде чем передать его на основной усилитель, что позволяло устранить шипение. Коллеги Котлера усовершенствовали методы своих предшественников, что позволило им гораздо надежнее создавать состояние спутанности.
Такие эксперименты могут сыграть решающую роль в дальнейшем развитии квантовых компьютеров, которые смогут записывать и считывать информацию из массива мембран. Компания Amazon объявила, что исследует возможность использования кристаллов для записи и обработки квантовой информации.
Предел Гейзенберга
В другом эксперименте команда ученых во главе с Мико Силанпяя исследовала пределы действия принципа неопределенности Гейзенберга, заключающегося в том, что любое измерение изменяет состояние объекта, который измеряют.
Эти ученые тоже создали пару миниатюрных алюминиевых барабанов и синхронизировали их колебания с помощью микроволновых фотонов, которые как заставляли их вибрировать, так и считывали их положения. Но их эксперимент имел другую цель. Они хотели установить, где находится граница между квантовым и неквантовым поведением. Для этого они настроили осциляцию барабанов таким образом, чтобы они вибрировали координировано, но не полностью идентично, а некоторые их измерительные свойства совпадали со свойствами виртуального осциллятора.
Это позволило измерить позицию виртуального осциллятора, не влияя на его скорость. Вследствие принципа неопределенности Гейзенберга такое измерение было бы невозможным для квантового осциллятора.
Испытуемые в этих экспериментах технологии могут позволить создать сенсоры, которые потенциально будут преодолевать ограничения, которые квантовая механика накладывает на измерения. Эти сенсоры могут быть использованы для ультрапрецизионных измерений магнитного или гравитационного взаимодействия. Но самое главное — достигнутый результат демонстрирует, что как таковой макромир нельзя ни в коем случае отделять от микромира, даже если пока нет однозначных выведенных универсальных законов и наблюдаются противоречия. Косвенный результат — фантастические для нашего восприятия законы из микромира потенциально можно применить для макроуровня.
Не забывайте подписываться на Телегу проекта!
Поделиться:
Да квантовая физика в макромире работает. И запутанность можно объяснить, всё просто. И объединить то и кф.