АНАГЕЙМ, Калифорния, 24 января 1999 г. - Мир квантовой механики чрезвычайно странен, в котором волны могут вести себя так, как если бы они были частицами, частицы могут спонтанно переходить с одной стороны барьера на другую. а мысленные кошки могут быть одновременно мертвыми и живыми.
Наши повседневные переживания, так называемый «классический» мир, кажутся невосприимчивыми к парадоксам, которыми изобилует квантовая механика, и приятно осознавать, что мебель из нашей спальни не появится спонтанно на кухне, а планеты продолжат свое существование. плавно двигаться по своим орбитальным траекториям. Мы можем быть спокойны, зная, что живем в классическом мире.
Но мы этого не делаем.
Правда в том, что мы живем в квантово-механическом мире, как подчеркнул Войцех Зурек сегодня перед аудиторией на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки. Зурек, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории Министерства энергетики США, сказал: «Мы не знаем ни одного места, где квантовая теория не применялась бы. Квантовая механика работает очень хорошо, и мы не знаем о каком-либо противоречии между ее предсказаниями и экспериментами..
«Нам необходимо изучить этот квантово-механический мир, в котором мы живем, и понять, когда и почему он кажется классическим, если мы хотим эффективно использовать возможности, предлагаемые квантовой информацией», - сказал Зурек..
Зурек объяснил, что то, что позволяет набору переживаний, которые мы привыкли считать нормальными, возникать из набора микроскопических квантово-механических взаимодействий, лежащих в основе Вселенной, - это процесс, который он называет «декогеренцией».
Декогеренция, вкратце, описывает постоянные, незначительные взаимодействия между системой или объектом и его окружением, набор взаимодействий, который позволяет конкретным поведениям возникать из множества одновременных возможностей, допускаемых квантовой теорией.
Квантовая теория описывает ряд возможных наложенных состояний, в которых существуют объекты. С традиционной точки зрения, требуется измерение со стороны какого-либо внешнего наблюдателя, чтобы заставить объект объявить себя находящимся в одном определенном состоянии: вектор спина электрона направлен вверх, а не вниз, фотон действует как частица, а не как волна.
Поскольку нет перегруженного работой микроскопического измерительного устройства, постоянно прижимающего каждую квантово-механическую систему к выбору конечного состояния, как мы можем добраться из квантового мира множества возможностей к определенным событиям, которые мы переживаем?
Физики размышляли над этой загадкой на протяжении большей части века, и в этом десятилетии декогеренция стала ответом или, по крайней мере, значительной его частью, сказал Зурек.«Квантовая точка зрения в том виде, в каком она была первоначально сформулирована, применялась к изолированным системам. Но на самом деле все объекты взаимодействуют с окружающей средой, какими бы незначительными они ни были. Эти взаимодействия настолько незначительны, что не влияют на объект; отпечаток на окружающую среду.
"Например, мы живем в море фотонов и взаимодействуем с небольшой их частью. Так что окружающая среда в каком-то смысле находится в постоянном процессе наблюдения за объектами", - сказал Зурек.
Декогеренция не требует аппарата или прямого измерения, чтобы заставить систему объявить о своем состоянии. Но она также не дает вам точного ответа: она ведет нас только на полпути. Декогеренция предоставляет меню допустимых состояний; процесс отбора, который явно запрещает квантовые состояния макроскопических объектов», - сказал Зурек.
Существуют макроскопические системы, которые должны существовать, за исключением декогеренции, в квантовых состояниях возможностей.
Макросистемы, определяемые как «хаотические», могут быть проанализированы с точки зрения квантовой механики, а квантовая механика всегда работает, подчеркнул Зурек.
«Хаотические системы производят странные суперпозиции многих возможных состояний, и это состояние развивается в достаточно короткие сроки», - сказал Зурек. «Существуют макроскопические, хаотические системы, которые могут попасть во всевозможные причудливые проблемы с квантово-механической точки зрения».
Гиперион, спутник Сатурна странной формы, известен как хаотическая система, поскольку он кувыркается по своему орбитальному пути, его ориентация постоянно меняется под действием гравитационного поля Сатурна. Согласно квантовой теории, Гипериону должно пройти менее 20 лет, чтобы перейти в квантовое состояние, в котором он будет одновременно находиться в неклассической суперпозиции многих ориентаций.
Но, благодаря декогеренции, большая ось Гипериона не направлена одновременно к Сатурну и от него, ожидая измерения, чтобы определить его ориентацию.
«Гиперион не изолирован, - указал Зурек, - он все время оставляет след в окружающей среде. Поэтому применяется декогеренция, которая убережет Луну от квантовых проблем».
«Декогеренция чрезвычайно эффективна. На макроскопическом уровне нашего повседневного опыта она работает во много раз быстрее, чем все, что мы можем измерить», - сказал Зурек. «Квантовая механика без декогеренции приводит к множеству парадоксов - налицо настоящий конфликт.
Экспериментальное исследование золотой середины между этими двумя сферами только начинается, движимое как нашим научным любопытством к происхождению классики, так и неизбежной встречей с декогеренцией, которая признана самым большим препятствием на пути экспериментального исследования. реализации квантового компьютера, - сказал Зурек.
Национальная лаборатория Лос-Аламоса находится в ведении Калифорнийского университета для Министерства энергетики США.