Znanstvenici prvi put očima vidjeli kvantnu mehaniku na djelu

Zbunjujući zakoni kvantne mehanike prema kojima se isti atomi i molekule mogu istovremeno nalaziti na dva mjesta, odnosno mirovati i kretati se istovremeno, po prvi su put potvrđeni na primjeru očima vidljivog tijela.

Naime, američki tim znanstvenika uspio je izazvati kvantno stanje u predmetu koji je milijardama puta veći od ranije testiranih, odnosno pokazati da se kvantna mehanika može primijeniti na svakodnevne predmete kao i na atomske čestice.

Prema kvantnoj teoriji malene čestice djeluju kao valovi. Princip neodređenosti pokazuje da je za njih nemoguće istovremeno znati točan položaj i točnu brzinu (odnosno impuls) istovremeno, međutim, čestica može istovremeno biti u više raziličitih stanja (superpozicija) – kretati se i mirovati. To se zbiva sve dok neka vanjska sila ne djeluje na njih, odnosno do trenutka kada pokušamo izmjeriti njezino stanje. Tada će ona odjednom odabrati jedno od mogućih stanja.

Fizičar Andrew Cleland s Kalifornijskog sveučilišta i njegovi kolege u svojem su eksperimentu upotrijebili metalnu lopaticu koja obično vibrira kada struja prolazi kroz nju.

Ohladili su je na jednu tisućinku stupnja iznad apsolutne nule, što je vrlo blizu kvantno mehaničkom energetskom minimumu na kojem se energija više ne može izvući iz sustava, odnosno prenijeti u neki drugi sustav. Tim je potom posebno konstruiranim električnim krugom lopatici dodao samo jedan kvant električne energije. Lopatica je prešla u stanje energije između nule i jednog kvanta, a precizna mjerenja pokazala su da se u isto vrijeme pokretala i stajala na miru.

Lopatica je u novoj studiji tako utjelovila paradoks Schroedingerove mačke – slavni zamišljeni eksperiment koji je 1935. postavio austrijski fizičar Erwin Schroedinger. On je opisao situaciju u kojoj je mačka zatvorena u čeličnu kutiju zajedno s posudicom otrova i minijaturnom količinom radioaktivne tvari – tako malom da u roku od jednoga sata u njoj dođe do raspada samo jednog atoma. Nakon jednog sata raspad se dogodio ili se, s jednakom vjerojatnošću, nije dogodio. Ako se dogodio, pokrenuo je Geigerov brojač koji je pak razbio posudu u kojoj se nalazi otrov, a mačka je uginula. Ako se nije dogodio, mačka je ostala živa. Schroedinger je zaključio da bi, prema zakonima kvantne fizike, mačka u zatvorenoj kutiji bila u 'superpoziciji' – istovremeno i živa i mrtva, odnosno da njezino stanje ne bi bilo određeno budući da su istovremeno postojala oba događaja i raspad i 'neraspad' atoma. O njezinoj sudbini odlučilo bi tek konačno otvaranje kutije – odnosno 'mjerenje' koje prema kvantnoj mehanici utječe na ishod (naravno pod uvjetom da sama mačka svojim utjecajem ne poremeti kvantno stanje sustava).

- Ovo je važna potvrda kvantne teorije, kao i važan korak u istraživanju nanomehanike. Nitko do danas nije pokazao da zakoni kvantne mehanike djeluju i na veće predmete koji se sastoje od bilijuna atoma, da se ona može primijeniti na njihovo kretanje – rekao je profesor Cleland za časopis Nature.

Pa zašto onda ne vidimo autobuse kako istovremeno stoje i kreću se? Profesor Cleland objašnjava kako je, što je predmet veći, vanjskim silama lakše poremetiti njegovo kvantno stanje.