Hvad er Quantum Zeno-effekten?

Det kvante Zeno-effekt er et fænomen i kvantefysik hvor observation af en partikel forhindrer den i at henfalde, som den ville være i fravær af observationen.

Navnet kommer fra det klassiske logiske (og videnskabelige) paradoks præsenteret af den antikke filosof Zeno fra Elea. I en af ​​de mere ligefremme formuleringer af dette paradoks, skal du krydse halvdelen af ​​afstanden til dette punkt for at nå et fjernt punkt. Men for at nå det, skal du krydse halvdelen af ​​denne afstand. Men først halvdelen af ​​denne afstand. Og så videre... så det viser sig, at du faktisk har et uendeligt antal halvafstande at krydse, og derfor kan du faktisk aldrig klare det!

Den kvante Zeno-effekt blev oprindeligt præsenteret i papiret fra 1977 "Zenos paradoks i kvante teori" (Journal of Mathematical Physics, PDF), skrevet af Baidyanaith Misra og George Sudarshan.

I artiklen er den beskrevne situation en radioaktiv partikel (eller som beskrevet i den originale artikel, et "ustabilt kvantesystem"). I henhold til kvanteteori er der en given sandsynlighed for, at denne partikel (eller "system") vil gå gennem et forfald i et bestemt tidsrum til en anden tilstand end den, hvor den begyndte.

Misra og Sudarshan foreslog imidlertid et scenario, hvor gentagen observation af partiklen faktisk forhindrer overgangen til forfaldstilstanden. Dette kan bestemt minne om det fælles udtryk "en overvåget gryde koger aldrig", undtagen i stedet for en ren observation om vanskeligheden med tålmodighed, er dette et faktisk fysisk resultat, der kan (og er blevet) eksperimentelt bekræftes.

Den fysiske forklaring i kvante fysik er kompleks, men ret godt forstået. Lad os begynde med at tænke på situationen, som den bare sker normalt uden den kvante Zeno-effekt på arbejdet. Det "ustabile kvantesystem", der er beskrevet, har to tilstande, lad os kalde dem tilstand A (den udeblivede tilstand) og tilstand B (den forfaldne tilstand).

Hvis systemet ikke overholdes, vil det med tiden udvikle sig fra den ikke-betalte tilstand til en superposition af tilstand A og tilstand B, med sandsynligheden for at være i begge tilstande, der er baseret på tid. Når der foretages en ny observation, vil bølgefunktionen, der beskriver denne superposition af tilstande, kollapse i enten tilstand A eller B. Sandsynligheden for, i hvilken tilstand det kollapser, er baseret på, hvor lang tid der er gået.

Det er den sidste del, der er nøglen til den kvante Zeno-effekt. Hvis du foretager en række observationer efter korte perioder, er sandsynligheden for, at systemet er i tilstand A under hver måling er dramatisk højere end sandsynligheden for, at systemet vil være i tilstand B. Med andre ord, systemet fortsætter med at kollapse tilbage i den ubetalte tilstand og har aldrig tid til at udvikle sig til den forfaldne tilstand.

Så modsat intuitivt, som dette lyder, er dette blevet eksperimentelt bekræftet (som det har følgende effekt).

Der er bevis for en modsat virkning, som er beskrevet i Jim Al-Khalilis Paradoks som "kvanteækvivalent ved at stirre på en kedel og få den til at koge hurtigere. Selvom en sådan forskning stadig er noget spekulativ, går kernen i nogle af de mest dybtgående og muligvis vigtige videnskabelige områder i det 21. århundrede, såsom at arbejde for at opbygge, hvad der er kaldet a kvantecomputer. "Denne effekt har været eksperimentelt bekræftet.