Dlouho se věřilo, že zákony kvantové mechaniky se vztahují pouze na drobné předměty, jako jsou fotony. Fyzici však dokázali, že velmi velká těla (podle standardů molekulárního světa) mohou tato pravidla dodržovat.
Pravděpodobně jste slyšeli více než jednou o myšlenkovém experimentu, který kdysi formuloval rakouský fyzik Erwin Schrödinger - ten samý s kočkou, krabicí a radioaktivním izotopem. Podle experimentálních podmínek může být kočka současně mrtvá a ne mrtvá, to znamená, že je ve stavu jakési kvantové nejistoty - „superpozice“. Vědci nezaložili kočky do krabic, právě provedli stejný experiment s obrovskou molekulou 2 000 atomů.
Kvantová superpozice byla testována bezpočet časů na malých systémech a fyzici úspěšně ukázali, že jednotlivé částice mohou být na dvou místech současně. Ale v podobném měřítku nebyl tento typ experimentu nikdy proveden.
Tento experiment umožňuje vědcům upřesnit hypotézy kvantové mechaniky a lépe porozumět tomu, jak toto tajemné odvětví fyziky ve skutečnosti funguje - a také jak se zákony kvantové mechaniky kombinují s tradičnějšími, většími zákony klasické fyziky. "Naše výsledky ukazují vynikající shodu s kvantovou teorií a nelze je vysvětlit z hlediska klasické fyziky," tvrdí vědci ve své práci.
Zejména nový výzkum zahrnuje Schrödingerovu rovnici, která popisuje, jak se i jednotlivé částice mohou chovat jako vlny a objevují se na několika místech současně. Nejjednodušší způsob, jak popsat jejich interakci, je jako vlnění v rybníku, do kterého jste hodili několik kamenů najednou.
Aby dokázali svou hypotézu, vědci zahájili experiment se dvěma štěrbinami - zkušenost dobře známá kvantovým fyzikům. Obvykle sestává z promítání jednotlivých částic světla (fotonů) přes dvě štěrbiny. Pokud by se fotony chovaly jako částice, výsledná projekce světla na druhou stranu by ukázala pouze jeden proužek. Ve skutečnosti však světlo promítané na druhé straně vykazuje interferenční obrazec - mnoho pásem, která interagují jako vlny. Jak vidíte, důkaz nevyžaduje ani velmi citlivý hardware.
Experimentální schéma.
Zdá se nám, že fotony jsou na dvou místech současně, jako Schrödingerova kočka. Jak ale mnoho lidí ví, kočka je ve dvou státech, dokud nemá vnějšího pozorovatele. Když se krabička otevře, stav kočky se stane jistým - je buď živý nebo mrtvý.
Propagační video:
Stejné je to s fotony. Jakmile světlo změří nebo pozoruje přímo osoba, superpozice zmizí a stav fotonu je ustálen. Toto je jedno z hlavních tajemství jádra veškeré kvantové mechaniky.
Vědci opakovali experiment se dvěma štěrbinami, ale místo použití fotonů použili elektrony, atomy a malé molekuly. Fyzici ale nyní ukázali, že obrovské molekuly dodržují stejná pravidla! Tým použil obrovské sestavy atomů složené z 2 000 „částí“, aby vytvořil kvantové interferenční vzorce, jako by se chovaly jako vlny a byly současně na více místech.
Tyto kolosální molekuly jsou známé jako „oligoterafenylporfyriny obohacené fluoroalkylsulfanylovými řetězci“a některé z nich byly 25 000krát větší než atomy vodíku. Ale jak molekuly rostou, jejich velikost se také stává méně stabilní, takže vědci s nimi dokázali interferovat pouze po dobu 7 milisekund za použití nově vyvinutého zařízení - interferometru s vlnovou hmotou. Musely se vzít v úvahu i faktory, jako je rotace Země a gravitační přitažlivost samotných atomů. Práce se vyplatila.
Nyní víme, že pravidla kvantové mechaniky platí nejen pro drobné předměty, jako jsou fotony, ale také pro mnohem větší těla. Předchozí záznam byl molekula pouze 800 atomů - věřilo se, že toto je limit, po kterém začnou zákony klasické fyziky místo zákonů kvantové fyziky fungovat. Ale to není konec: tým je přesvědčen, že velmi brzy bude schopen vytvořit nový rekord.
Vasily Makarov