Mikä on Quantum Zeno -vaikutus?

kvanttinen Zeno-vaikutus on ilmiö kvanttifysiikka missä hiukkasen havaitseminen estää sen pilaantumisen, kuten se tapahtuisi havainnon puuttuessa.

Nimi tulee klassisesta loogisesta (ja tieteellisestä) paradoksista, jonka esittelee muinainen filosofi Zeno Eleasta. Yhdessä tämän paradoksin selkeämmässä muotoilussa sinun on ylitettävä puolet etäisyydestä siihen pisteeseen päästäksesi etäiseen pisteeseen. Mutta päästäksesi siihen sinun on ylitettävä puoli etäisyyttä. Mutta ensin, puolet etäisyydestä. Ja niin edelleen... niin että osoittautuu, että sinulla on todella rajaton määrä puolimatkoja ylitettäväksi, ja siksi et voi koskaan tehdä sitä!

Kvanttinen Zeno-vaikutus esitettiin alun perin vuonna 1977 julkaisussa "Zenon paradoksi kvanttiteoriassa" (Journal of Mathematical Physics, PDF), kirjoittaneet Baidyanaith Misra ja George Sudarshan.

Artikkelissa kuvattu tilanne on radioaktiivinen hiukkanen (tai, kuten alkuperäisessä artikkelissa kuvailtiin, "epävakaa kvanttijärjestelmä"). Kvanttiteorian mukaan on olemassa tietty todennäköisyys, että tämä hiukkanen (tai "järjestelmä") menee rappeutumisen läpi tietyn ajanjakson aikana toiseen tilaan kuin mihin se alkoi.

Misra ja Sudarshan ehdottivat kuitenkin skenaariota, jossa hiukkasen toistuva havaitseminen todella estää siirtymistä rappeutumistilaan. Tämä saattaa varmasti muistuttaa yleistä ilmaisua "tarkkailtu potti ei koskaan kiehu", paitsi pelkkän havainnon sijaan kärsivällisyyden vaikeudesta, tämä on todellinen fyysinen tulos, joka voidaan (ja on vahvistettu) kokeellisesti.

Fyysinen selitys kvantteina fysiikka on monimutkainen, mutta melko hyvin ymmärretty. Aloitetaan miettimällä tilannetta, koska se vain tapahtuu normaalisti, ilman kvantti-Zeno-vaikutusta työssä. Kuvatussa "epävakaassa kvantijärjestelmässä" on kaksi tilaa, kutsutaan niitä tilaksi A (pimeytetty tila) ja tilaksi B (rappeutunut tila).

Jos järjestelmää ei tarkkailla, niin ajan myötä se muuttuu kaatamattomasta tilasta a: ksi tilan A ja tilan B superpositiota, todennäköisyyden ollessa kummassakin tilassa perustuu aika. Kun uusi havainto tehdään, tätä tilojen superpositiota kuvaava aaltofunktio romahtaa joko tilaan A tai B. Sen todennäköisyys, mihin tilaan se romahtaa, perustuu kuluneen ajanjaksoon.

Se on viimeinen osa, joka on avain kvantti-Zeno-efektiin. Jos teet sarjan havaintoja lyhyen ajanjakson jälkeen, on todennäköisyys, että järjestelmä tulee sisään tila A kunkin mittauksen aikana on dramaattisesti suurempi kuin todennäköisyys, että järjestelmä on tilassa B. Toisin sanoen, järjestelmä jatkaa romahtamista takaisin kaaremattomaan tilaan eikä koskaan ole aikaa kehittyä rappeutuneeseen tilaan.

Niin vasten intuitiivisena kuin tämä kuulostaa, tämä on vahvistettu kokeellisesti (kuten seuraavalla vaikutuksella).

On todisteita päinvastaisesta vaikutuksesta, jota kuvataan julkaisussa Jim Al-Khalili Paradoksi "kvantiekvivalenttina tuijottamalla vedenkeitin ja saaden sen kiehumaan nopeammin. Vaikka tällainen tutkimus on edelleenkin spekulaatiota, se menee syvällisimpien ja mahdollisesti tärkeät tieteenalat 2000-luvulla, kuten pyrkimys rakentamaan sitä, mikä on kutsutaan a kvantitietokone"Tämä vaikutus on ollut kokeellisesti vahvistettu.