Bakterie Schrödingera? Eksperyment fizyczny prowadzi do pierwszego splątania żywych organizmów

  • Yurii Mongol
  • 0
  • 4937
  • 1350

Wielu naukowców uważa, że ​​główne efekty kwantowe, takie jak splątanie, w którym cząstki oddzielone na duże odległości w tajemniczy sposób łączą swoje stany, nie powinny działać w przypadku żywych istot. Ale nowy artykuł dowodzi, że już tak się stało - że naukowcy w 2016 roku stworzyli już rodzaj kota Schrödingera - tylko z bakteriami splątanymi kwantowo.

Zwykle opisujemy fizykę kwantową jako zbiór reguł, które rządzą zachowaniem bardzo małych rzeczy: lekkich cząstek, atomów i innych nieskończenie małych obiektów. Większy świat w skali bakteryjnej (który jest również naszą skalą - chaotycznym królestwem życia) nie powinien znajdować się w pobliżu tego dziwnego.

To właśnie miał na myśli fizyk Erwin Schrödinger, proponując swój słynny kotowy eksperyment myślowy Schrödingera, jak zauważył Jonathan O'Callaghan w Scientific American. W tym eksperymencie myślowym kot w pudełku zostałby wystawiony na działanie radioaktywnej cząstki, która miała nawet szanse na rozpad lub nie. Do momentu otwarcia pudełka biedny kot byłby jednocześnie żywy i martwy, co Schrödingerowi wydało się oczywistym absurdem. W świecie kwantowym jest coś, co nie wydaje się mieć sensu w naszym. [Jak działa kwantowe splątanie (infografika)]

Ale naukowcy nie są zgodni co do tego, gdzie leży granica między światem zwykłym a kwantowym - lub czy w ogóle istnieje. Chiara Marletto, fizyk z Uniwersytetu Oksfordzkiego i współautorka niedawnego artykułu, który został opublikowany 10 października w The Journal of Physics Communications, powiedziała, że ​​nie ma powodu, aby spodziewać się ograniczenia wielkości efektów kwantowych.

„Interesuje mnie zbadanie granicy, na której przestają obowiązywać reguły kwantowe” - powiedziała. „Niektórzy mówią, że teoria kwantowa nie jest teorią uniwersalną, więc nie ma zastosowania do żadnego obiektu we wszechświecie, ale w rzeczywistości w pewnym momencie się załamie. Moim celem jest pokazanie, że tak naprawdę nie jest to prawda”.

W tym celu Marletto i jej koledzy wrócili i przyjrzeli się artykułowi opublikowanemu w 2017 roku w czasopiśmie Small, który wydaje się wykazywać pewne ograniczone efekty kwantowe u bakterii. Zbudowali teoretyczny model tego, co naprawdę mogło się dziać podczas tego eksperymentu na University of Sheffield i pokazuje, że te bakterie mogą w rzeczywistości zaplątać się w cząsteczki światła.

Oto dlaczego to taki radykalny pomysł:

Spójrz na siebie, a następnie spójrz na osobę obok ciebie. Jesteście fizycznie oddzielnymi istotami, prawda?

Ale mechanika kwantowa mówi nam, że nie musi tak być. Cząstki lub zbiory cząstek mogą się łączyć ze sobą, „splątać”, tak że ich przebiegi są splecione. Żadnej z cząstek nie można zrozumieć ani opisać bez opisu drugiej. Pomiar fizycznej cechy jednej cząstki powoduje „załamanie” fali obu cząstek. Oddziel cząstki na tysiące kilometrów, a nadal możesz natychmiast poznać stan fizyczny jednej z nich, mierząc tylko drugą.

Zgodnie z aktualną teorią kwantową ten efekt nie ma granic. To, co działa w przypadku protonu, powinno działać w przypadku słonia. Ale w praktyce większe systemy są znacznie trudniejsze do splątania. A naukowcy debatowali, czy żywe istoty są po prostu zbyt złożone, aby je uwikłać. Trudno byłoby zaplątać dwa słonie z tego samego powodu, dla którego trudno byłoby nauczyć je łyżwiarstwa figurowego w parach na poziomie olimpijskim: nie ma określonego prawa natury mówiącego, że to niemożliwe, ale większość ludzi zgodzi się, że to niemożliwe.

A jednak w 2017 roku zespół naukowców z Uniwersytetu w Sheffield w Anglii powiedział, że stworzyli stan tak zwanego sprzężenia kwantowego w bakteriach fotosyntetycznych. Umieścili kilkaset bakterii w małym, lustrzanym pokoju i odbijali światło. (Biorąc pod uwagę długość małego pokoju, tylko pewna długość fali światła utrzymywała się w czasie, zwana częstotliwością rezonansową.) Z biegiem czasu, sześć bakterii wykazało ograniczone kwantowe połączenie ze światłem. Tak więc częstotliwość rezonansowa światła w małym pokoju wydawała się synchronizować z częstotliwością, z jaką elektrony wskakiwały i wyskakiwały z pozycji wewnątrz fotosyntetycznych cząsteczek bakterii. (Aby uzyskać więcej informacji na temat tego efektu, sprawdź ten link).

Marletto powiedziała, że ​​jej model pokazuje, że ten efekt prawdopodobnie obejmuje coś więcej niż tylko sprzężenie kwantowe. Powiedziała, że ​​prawdopodobnie działo się coś jeszcze dziwniejszego niż to, co opisali ci eksperymentatorzy

Jak wykazała ona i jej koledzy, bakterie prawdopodobnie zaplątały się w światło. Oznacza to, że równania użyte do zdefiniowania każdego z przebiegów - zarówno światła, jak i bakterii - stają się jednym równaniem. Żadnego nie da się rozwiązać bez drugiego. (Zgodnie z mechaniką kwantową wszystkie obiekty można opisać zarówno jako cząstki, jak i fale, ale praktycznie rzecz biorąc, w „dużych” obiektach, takich jak bakterie, kształty fal są niemożliwe do zobaczenia lub zmierzenia).

Podobnie jak przysłowiowy kot Schrödingera w pudełku, cały system zdawał się istnieć w niepewnym podziemnym świecie: cząsteczki światła zdają się jednocześnie trafiać i chybić bakterie.

Nie dowodzi to jednak, że bakterie i światło były zdecydowanie splątane - istnieją inne możliwe wyjaśnienia, które dotyczą fizyki klasycznej, a te nie zostały jeszcze wykluczone, powiedziała..

„To, czego brakuje w tym eksperymencie, to zdolność do głębszego potwierdzenia splątania” - powiedziała.

Eksperymenty kwantowe często polegają na pomiarze cech fizycznych jednej splątanej cząstki, aby dowiedzieć się, czy te cechy wpływają na drugą. W tym przypadku oznaczałoby to mierzenie fizycznych cech bakterii w połączeniu z fizycznymi cechami światła. Nie było to możliwe w tym eksperymencie, ale Marletto powiedział, że eksperymenty są już projektowane, które mogą wykazać prawdziwe splątanie.

Jeszcze bardziej interesująca, powiedziała, jest kwestia, czy bakterie wykorzystują splątanie w sposób, który jest dla nich pożyteczny, chociaż odpowiedź na to pytanie wymagałaby znacznie więcej pracy eksperymentalnej..

„Jest możliwe, że dobór naturalny doprowadził bakterie do wykorzystania efektów kwantowych” - powiedziała.

Pierwotnie opublikowano w dniu .




Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa