Na Schrödingerovoj mački možda postoji način da se privuče vrhunac - poznati mačji eksperiment temeljen na mačkama koji opisuje tajanstveno ponašanje subatomskih čestica - bez trajnog ubijanja (hipotetičke) životinje.
Nesretna, zamišljena mačka istovremeno je živa i mrtva unutar okvira, ili postoji u superpoziciji "mrtvih" i "živih" stanja, baš kao što subatomske čestice postoje u superpoziciji mnogih stanja odjednom. Ali gledanje unutar okvira mijenja stanje mačke koja tada postaje ili živa ili mrtva.
Međutim, istraživanje objavljeno 1. listopada u Novom časopisu za fiziku opisuje način potencijalnog zavirivanja u mačku bez prisiljavanja da živi ili umire. Pritom napreduje znanstvenike u razumijevanju jednog od najvažnijih paradoksa u fizici.
U našem uobičajenom svijetu velikih razmjera gledanje na objekt čini se da ga ne mijenja. Ali dovoljno zumiranje, a to nije slučaj.
"Obično mislimo da cijena koju plaćamo za izgled nije ništa", rekao je glavni autor studije Holger F. Hofmann, izvanredni profesor fizike na Jaroshimskom sveučilištu. "To nije točno. Da biste pogledali, morate imati svjetlost i svjetlost mijenja objekt." To je zato što čak i jedan foton svjetlosti prenosi energiju dalje od ili do objekta koji gledate.
Hofmann i Kartik Patekar, koji je u to vrijeme bio gostujući student dodiplomskog studija na Sveučilištu Hiroshima, a sada je na Indijskom tehnološkom institutu u Bombayu, pitali su se postoji li način da se to pogleda bez "plaćanja cijene". Sletjeli su na matematički okvir koji odvaja početnu interakciju (gledanje mačke) od očitanja (znajući je li živa ili mrtva).
"Glavna nam je motivacija bila da pažljivo promatramo način na koji se događa kvantno mjerenje", rekao je Hofmann. "A ključna je točka što mjerenje razdvajamo u dva koraka."
Radeći to, Hoffman i Patekar mogu pretpostaviti da su svi fotoni uključeni u početnu interakciju ili zaviriti u mačku zarobljeni bez gubitka podataka o stanju mačke. Dakle, prije čitanja još uvijek je dostupno sve što se mora znati o stanju mačke (i o tome i kako gledanje na to promijenilo). Tek kada pročitamo informacije, neke od njih gubimo.
"Ono što je zanimljivo je da postupak očitavanja odabire jednu od dvije vrste informacija i potpuno briše drugu", rekao je Hofmann.
Evo kako su opisali svoj rad u smislu Schrödingerove mačke. Recite da je mačka još uvijek u kutiji, ali umjesto da pogledate unutra da utvrdite je li mačka živa ili mrtva, postavili ste kameru izvan okvira koja može nekako slikati unutar nje (radi misaonog eksperimenta, zanemarite činjenicu da fizičke kamere zapravo ne funkcioniraju tako). Jednom kada se slika napravi, kamera ima dvije vrste informacija: kako se mačka promijenila kao rezultat snimanja slike (što istraživači zovu kvantna oznaka) i je li mačka živa ili mrtva nakon interakcije. Nijedna od tih informacija još nije izgubljena. I ovisno o tome kako odlučite "razviti" sliku, dohvaćate jedan ili drugi podatak.
Pomislite na novčić, rekao je Hofmann za Live Science. Možete odabrati bilo da znate je li novčić odbačen ili su trenutno glave ili repovi. Ali ne možete znati oboje. Štoviše, ako znate kako se promijenio kvantni sustav, a ako je ta promjena reverzibilna, tada je moguće vratiti prvobitno stanje. (U slučaju novčića, vratite ga natrag.)
"Uvijek morate prvo uznemiriti sustav, ali ponekad to možete poništiti", rekao je Hofmann. Što se tiče mačke, to bi značilo fotografiranje, ali umjesto da je razvijete kako bi mačka vidjela jasno, razvijajući je na takav način da mačku vrati u mrtvo i živo stanje udova.
Najvažnije je da je odabir očitanja kompromitiran između rezolucije mjerenja i njezine smetnje, koji su potpuno jednaki, pokazuje rad. Rezolucija se odnosi na to koliko se informacija izvadi iz kvantnog sustava, a uznemiravanje se odnosi na to koliko je sustav nepovratno promijenjen. Drugim riječima, što više znate o trenutnom stanju mačke, to ćete više nepovratno promijeniti.
"Ono što me iznenadilo je da je mogućnost poništavanja poremećaja izravno povezana s time koliko informacija dobivate o promatranom", ili fizičkoj količini koju oni mjere, rekao je Hofmann. "Matematika je ovdje prilično precizna."
Iako je prijašnji rad ukazao na pomak između razlučivanja i poremećaja u kvantnom mjerenju, ovaj je članak prvi koji je kvantificirao točan odnos, rekao je Michael Hall, teorijski fizičar s australijskog Nacionalnog sveučilišta, Live Science u e-mailu.
"Koliko znam, nijedan prethodni rezultat nema oblik točne jednakosti koja se odnosi na rješavanje i uznemiravanje", rekao je Hall, koji nije bio uključen u studiju. "Ovo čini pristup u radu vrlo urednim."
