Не так давно на канале была опубликована заметка о квантовом Чеширском коте и многие из вас, уважаемые подписчики, попросили осветить тему более детально. Что же, давайте поближе познакомимся с ещё одним котом из квантового мира! Думаю, какой кот первый вы прекрасно понимаете. Это кот Шрёдингера, про которого слышали очень многие и которого постоянно вспоминают, даже не понимая смысл мысленного эксперимента великого учёного. Ну а что со вторым? Дочитайте до конца, чтобы узнать!
Кто такой Чеширский кот и какая у него супер-способность
Для начала давайте вспомним, кто вообще такой Чеширский кот в "простом" мире. Это некоторое мифическое существо, которое обитает во вселенной легендарной Алисы из зазеркалья и обладает он одним великолепным свойством. Сам кот может пропадать, а улыбка от него остаётся.
Я далеко не фанат мира Алисы из страны чудес, но нельзя не отметить, что существа и специфические, и буквально уникальные. Их особенности позволяют описывать некоторые интересные явления природы. Вот разбираемые нами парадокс, или, правильнее сказать, явление, очень хорошо подходит под Чеширского кота. Хотя...Всё же слово парадокс лучше подходит :)
Собственно, также как улыбка кота кошмарила обитателей волшебного мира, обнаруженное явление ставит в тупик и нас.
В чём суть парадокса?
Подойдем к обнаруженному парадоксу издалека. Представьте. что машина едет по дороге. Ей нужно повернуть налево. Машина поворачивает налево и едет целиком в выбранном направлении. Почему целиком? Зачем акцент на этом?
Достаточно вспомнить мультики и вспомнить, как там в некоторых случаях происходит необъяснимое. Машина едет прямо, а колёса от неё едут направо. Таким образом авторы добавляют комичности ситуации, демонстрируя, что машина так спешила, что не смогла понять куда что поедет.
Этот момент ещё выглядит физически вполне вменяемым. Технически можно себе представить, что машина и правда развалилась на части. Ну и со скрипом можно принять и тот факт, что одна часть поехала в одну сторону, а вторая - в другую. Но явление о котором говорим мы и которое назвали квантовым Чеширским котом, куда сложнее.
Представить придётся не что машина поехала направо, а колёса поехали налево, а что машина поехала прямо, а её скорость поехала направо :) Да, именно так!
В квантовом мире ученые обнаружили, что в некоторых условиях свойства объекта могут существовать отдельно от этого объекта. Отсюда и название - квантовый Чеширский кот. Улыбка могла существовать отдельно от кота, как и свойства объекта отдельно от самого объекта.
Что происходит на физическом уровне?
Важно отметить, что обнаруженный парадокс в квантовой механике был зафиксирован экспериментально и достигнута воспроизводимость эксперимента. Иными словами, ученые знают, как сделать так, чтобы эффект повторился заново и никакого промаха тут нет. Рассмотрим ход эксперимента. Отметим, что я заведомо упрощаю описание для передачи сути происходящего.
Возьмем пучок нейтронов и разделим его пополам. Примерно как один поток воды в трубе разделить распылителем в душе на струйки. И в одной, и в другой частях потока будут перемещаться частицы.
У каждой частиц есть некоторые свойства. Например, спин. Спином, если кратко, называется направление вращения частицы в пространстве. Но нам пока и не так важно, что такое спин. Важно другое - что у частицы есть свойство, которым можно управлять посредством внешних воздействий со стороны физиков.
Теперь берем два потока, о которых сказали выше, и "настраиваем" частицы таким образом (да, это уже возможно), чтобы у верхнего потока спин был повернут в одну сторону, а у нижнего - в другую.
В итоге пускай сверху у нас будут течь только частицы с положительными спинами, а снизу - только с отрицательными.
Теперь объединим два этих пучка вместе. Совместный пучок, где теперь есть и частицы с положительным спином, и частицы с отрицательным, направили на детектор.
Цель детектора - выявить только частицы, которые имеют положительный спин и которые прошли по первому пути.
Если специальным фильтром отсеивать от первого потока некоторое количество частиц с положительным спином в первом пути, то логичным эффектом будет, что количество частиц такого типа на выходе в суммарном потоке уменьшится. Ну а если этот же фильтр поставить на второй поток, то количество частиц на выходе никак не изменится, потому что детектор ищет частицы из первого потока.
Идём дальше. Когда мы соединили два пучка с разными спинами, они должны были создать некоторую интерференционную картину, так как спины различны. Сложиться через некоторое время определенным образом = это если коротко и просто. Логично, что результат сложения этих состояний должен меняться, если меняются состояния слагаемых в сумме. Это как складывать 2+3 или 4+5. Итог будет разный.
Возвращаемся к нашим многострадальным пучкам и воздействуем на первый пучок магнитным полем с целью поменять спины всех верхних частиц. Если они изменятся, то и на выходе общая сумма поменяется. Но манипуляция не оказывает никакого влияния на суммарную картину в общем пучке. Зато вот если воздействовать также на второй пучок, то суммарная картина в общем пучке изменяется! Вот только знаете, что очень странно?
Детектор ищет частицы первого типа, прошедшие по первому пути! А влияние оказывает воздействие на второй путь.
Таким образом, с измерительным прибором взаимодействовали лишь нейтроны, прошедшие по первому пути, но при этом к воздействию магнитного поля оказался чувствительным лишь второй путь.
У вас могут возникнуть вопросы касательно поведения частиц. И мысль, что это частицы, которые должны были пойти по второму плечу, ушли в первый путь. Но, во-первых, мы специально опустили сложности устройства интерферометра, а во-вторых, в этом и парадокс. Скажем так, если вы детально изучите методику проведения эксперимента и особенности работы измерительных устройств, вопросы отпадут.
Это может означать только лишь, что свойства частиц, которые шли по второму пути, повлияли на общую картину в суммарном потоке. где искали частицы первого пути. Свойства пошли по первому пути отдельно от частиц, как улыбка ушла без кота.
Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!