Může být způsob, jak plížit vrchol u Schrödingerovy kočky - slavný kočičí myšlenkový experiment, který popisuje záhadné chování subatomových částic - aniž by trvale zabil (hypotetického) zvířete.
Nešťastná, imaginární kočka je zároveň živá a mrtvá uvnitř krabice nebo existuje v superpozici „mrtvých“ a „živých“ stavů, stejně jako subatomické částice existují v superpozici mnoha stavů najednou. Ale při pohledu dovnitř se změní stav kočky, která se pak stane živou nebo mrtvou.
Nyní však studie zveřejněná 1. října v New Journal of Physics popisuje způsob, jak potenciálně nahlédnout na kočku, aniž by ji nutila žít nebo umírat. Přispívá k tomu, aby vědci pochopili jeden z nejzákladnějších paradoxů ve fyzice.
Zdá se, že v našem obyčejném, velkém měřítku se pohled na objekt nezmění. Ale dostatečně se přiblížíte a není tomu tak.
„Za normálních okolností si myslíme, že cena, kterou za to hledáme, není nic,“ uvedl hlavní autor studie Holger F. Hofmann, docent fyziky na Hirošimské univerzitě v Japonsku. "To není správné. Abyste se podívali, musíte mít světlo a světlo mění objekt." Je to proto, že i jediný foton světla přenáší energii pryč z nebo na sledovaný objekt.
Hofmann a Kartik Patekar, kteří byli v té době hostujícím vysokoškolským studentem na univerzitě v Hirošimě a nyní jsou v Indickém technologickém institutu v Bombaji, přemýšleli, jestli existuje způsob, jak vypadat bez „placení ceny“. Přistáli na matematickém rámci, který odděluje počáteční interakci (při pohledu na kočku) od odečtu (věděl, zda je živý nebo mrtvý).
"Naší hlavní motivací bylo pečlivě se podívat na způsob kvantového měření," řekl Hofmann. "A klíčovým bodem je, že měření oddělujeme ve dvou krocích."
Tímto způsobem mohou Hoffman a Patekar předpokládat, že všechny fotony zapojené do počáteční interakce, nebo nahlédnutí na kočku, jsou zachyceny, aniž by ztratily jakékoli informace o stavu kočky. Takže před odečtem je stále k dispozici vše, co je třeba vědět o stavu kočky (ao tom, jak se to změnilo). Pouze když přečteme informace, ztratíme některé z nich.
"Zajímavé je, že proces odečítání vybere jeden ze dvou typů informací a úplně vymaže druhý," řekl Hofmann.
Zde je popis jejich práce z hlediska Schrödingerovy kočky. Řekněme, že kočka je stále v krabici, ale místo toho, abyste se dívali dovnitř, abyste určili, zda je kočka naživu nebo mrtvá, postavíte kameru mimo krabici, která může nějakým způsobem vyfotit uvnitř ní (kvůli experimentu s myšlenkou, ignorovat skutečnost, že fyzické kamery ve skutečnosti nefungují). Po pořízení snímku má kamera dva druhy informací: jak se kočka změnila v důsledku pořízení snímku (co vědci nazývají kvantovou značkou) a zda je kočka po interakci naživu nebo mrtvá. Žádná z těchto informací dosud nebyla ztracena. A v závislosti na tom, jak se rozhodnete obraz „vyvinout“, získáte jednu nebo druhou informaci.
Zamyslete se nad převrácením mince, řekl Hofmann Live Science. Můžete si vybrat, zda chcete vědět, zda byla mince převrácena, nebo zda se jedná o hlavy nebo ocasy. Ale nemůžete vědět oba. A co víc, pokud víte, jak se změnil kvantový systém, a pokud je tato změna reverzibilní, je možné obnovit původní stav. (V případě mince byste ji otočili zpět.)
„Systém musíte vždy nejprve rušit, ale někdy ho můžete zrušit,“ řekl Hofmann. Pokud jde o kočku, znamenalo by to vyfotit, ale namísto toho, abychom ji vyvinuli, abychom ji jasně viděli, vyvinuli ji tak, aby ji vrátili zpět do svého mrtvého a živého limbo stavu.
Je rozhodující, že volba odečtu přichází s kompromisem mezi rozlišením měření a jeho rušením, které jsou přesně stejné, ukazuje papír. Rozlišení se týká toho, kolik informací je extrahováno z kvantového systému, a rušení se týká toho, do jaké míry je systém nevratně změněn. Jinými slovy, čím více víte o současném stavu kočky, tím více ji nenávratně změnili.
„Překvapilo mě to, že schopnost zrušit rušení přímo souvisí s tím, kolik informací získáte o pozorovatelném stavu,“ nebo o fyzické veličině, kterou měří, řekl Hofmann. „Matematika je zde docela přesná.“
Ačkoli předchozí práce ukázala na kompromis mezi rozlišením a rušením v kvantovém měření, tato práce je první, kdo kvantifikoval přesný vztah, Michael Hall, teoretický fyzik na australské národní univerzitě, řekl Live Science v e-mailu.
"Pokud vím, žádné předchozí výsledky nemají podobu přesné rovnosti týkající se řešení a narušení," řekl Hall, který se studie nezúčastnil. "Tím je přístup v novinách velmi čistý."
