Lehetőség van arra, hogy Schrödinger macskáján csúcsot csapjunk le - a híres macska-alapú gondolatkísérletet, amely leírja a szubatomi részecskék titokzatos viselkedését - anélkül, hogy az (hipotetikus) állatot véglegesen megölné.
A szerencsétlen, képzeletbeli macska egyidejűleg él és halott egy dobozban, vagy "halott" és "élő" állapotok szuperpozíciójában létezik, ugyanúgy, mint a szubatomi részecskék egyszerre sok állapot egymás fölötti helyzetében. De a doboz belsejében megváltoztatja a macska állapotát, amely életben vagy halottvá válik.
Most azonban egy, a New Physics Journalban október 1-jén közzétett tanulmány ismerteti a macska potenciálisan peekálására szolgáló módszert, anélkül hogy arra kényszerítenék, hogy az éljen vagy meghaljon. Ennek során elősegíti a tudósok megértését a fizika egyik legalapvetőbb paradoxonjában.
A szokásos, nagyméretű világunkban egy tárgyra nézés úgy tűnik, hogy nem változtatja meg. De elég nagyítson, és nem erről van szó.
"Általában úgy gondoljuk, hogy az az ár, amit keresünk, semmi" - mondta Holger F. Hofmann, a tanulmány vezető szerzője, a japán Hirosima Egyetem fizikai egyetemi docens. "Ez nem helyes. A megjelenéshez fénynek kell lennie, és a fény megváltoztatja az objektumot." Ennek oka az, hogy még egyetlen fényfoton is átviszi az energiát a megtekintett tárgyhoz vagy annak felé.
Hofmann és Kartik Patekar, akik akkoriban a Hirosima Egyetem vendéghallgató hallgatói voltak, és jelenleg a Bombay Indiai Technológiai Intézetben vannak, azon tűnődtek, vajon van-e lehetőség keresni anélkül, hogy "árat fizetne". Egy matematikai kereten landoltak, amely elválasztja a kezdeti interakciót (a macskát nézve) a leolvasástól (tudva, hogy él vagy halott).
"Fő motivációnk az volt, hogy nagyon óvatosan vizsgáljuk meg a kvantummérés módját" - mondta Hofmann. "És a lényeg az, hogy a mérést két lépésben elválasztjuk."
Ezzel Hoffman és Patekar képesek feltételezni, hogy a kezdeti interakcióban részt vevő összes fotont, vagy a macskát nézve, elfogják anélkül, hogy bármiféle információt elveszítenének a macska állapotáról. Tehát a leolvasás előtt továbbra is rendelkezésre áll minden, amit tudni kell a macska állapotáról (és arról, hogy hogyan nézett ki, és mi változtatta meg). Csak akkor, ha elolvassa az információt, elveszítjük részét.
"Érdekes az, hogy a kiolvasási folyamat kiválasztja a két típusú információ egyikét, és a másikt teljes mértékben törli" - mondta Hofmann.
Így írják le munkájukat Schrödinger macskája szempontjából. Tegyük fel, hogy a macska még mindig a dobozban van, de ahelyett, hogy belenézett volna annak megállapításához, hogy a macska él-e vagy meghalt -, a doboz előtt fényképezőgépet állít fel, amely valamilyen módon képes képet készíteni benne (a gondolatkísérlet kedvéért, figyelmen kívül hagyja azt a tényt, hogy a fizikai kamerák valójában nem működnek így). Miután a képet elkészítették, a kamera kétféle információval rendelkezik: hogyan változott a macska a felvétel eredményeként (amit a kutatók kvantumcímkének hívnak), és hogy a macska él vagy halott-e az interakció után. Ezen információk egyikét sem veszítették el. És attól függően, hogy a képet hogyan fejleszti ki, megkapja az egyik vagy a másik információt.
Gondolj egy érmelapra - mondta Hofmann a Live Science-nek. Dönthet úgy is, hogy megtudja-e, hogy egy érmét megfordítottak-e, vagy ha ez jelenleg fej vagy farok. De nem ismered mindkettőt. Sőt, ha tudod, hogyan változott meg a kvantumrendszer, és ha ez a változás visszafordítható, akkor visszaállíthatja a kezdeti állapotát. (Az érme esetében visszafordítanád.)
"Először mindig meg kell zavarnia a rendszert, de néha visszavonhatja" - mondta Hofmann. A macskát illetően ez azt jelentené, hogy fotózzon, és ahelyett, hogy a macskát világosan látná, úgy fejleszti, hogy úgy fejlessze ki, hogy visszaállítsa a macskát a halott és életben lévő végtag állapotába.
Lényeges, hogy a leolvasás megválasztása a mérés felbontása és a zavarása közötti kompromisszummal jár, amelyek pontosan megegyeznek - bizonyítja a cikk. A felbontás arra vonatkozik, hogy mennyi információ származik a kvantumrendszerből, a zavar pedig arra utal, hogy a rendszer mennyire visszafordíthatatlanul megváltozott. Más szavakkal: minél többet tudsz a macska jelenlegi állapotáról, annál jobban helyrehozhatatlanul megváltoztatta azt.
"Amit meglepőnek találtam, hogy a zavar visszavonásának képessége közvetlenül kapcsolódik ahhoz, hogy mennyi információt kap a megfigyelhetőről", vagy a fizikai mennyiséggel, amelyet mérnek - mondta Hofmann. "A matematika itt nagyon pontos."
Noha az előző munka rámutatott a kvantummérés közötti felbontás és zavar közötti kompromisszumra, ez a cikk az első, amely a pontos összefüggést számszerűsíti, Michael Hall, az Ausztrál Nemzeti Egyetem elméleti fizikusa elmondta a Live Science e-mailben.
"Amennyire tudom, egyetlen korábbi eredmény sem formálja a pontos egyenlőséggel kapcsolatos felbontást és zavart" - mondta Hall, aki nem vett részt a tanulmányban. "Ez a megközelítést a papírban nagyon ügyesvé teszi."
