قد تكون هناك طريقة لتسلل الذروة عند قطة شرودنغر - تجربة الفكر الشهيرة القائمة على القطط التي تصف السلوك الغامض للجسيمات دون الذرية - دون قتل الحيوان (الافتراضي) بشكل دائم.
إن القطة الخيالية غير المحظوظة حية ومتوفاة في نفس الوقت داخل صندوق ، أو موجودة في تراكب من حالات "ميتة" و "حية" ، تمامًا كما توجد الجسيمات دون الذرية في تراكب العديد من الحالات في وقت واحد. لكن النظر داخل الصندوق يغير حالة القطة ، التي تصبح بعد ذلك إما حية أو ميتة.
الآن ، ومع ذلك ، تصف دراسة نشرت في 1 أكتوبر في New Journal of Physics طريقة لإلقاء نظرة خاطفة على القطة دون إجبارها على العيش أو الموت. من خلال القيام بذلك ، يعزز فهم العلماء لواحدة من المفارقات الأساسية في الفيزياء.
في عالمنا العادي الواسع النطاق ، لا يبدو أن النظر إلى شيء يغيره. لكن التكبير بما فيه الكفاية ، وهذا ليس هو الحال.
قال المؤلف الرئيسي للدراسة هولجر إف هوفمان ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة هيروشيما في اليابان: "نعتقد عادةً أن السعر الذي ندفعه للبحث ليس شيئًا". "هذا ليس صحيحًا. لكي تنظر ، يجب أن يكون لديك ضوء ، ويغير الضوء الكائن." ذلك لأنه حتى الفوتون الواحد من الضوء ينقل الطاقة بعيدًا عن أو إلى الجسم الذي تعرضه.
تساءل هوفمان وكارتيك باتيك ، الذي كان طالبًا زائرًا في جامعة هيروشيما في ذلك الوقت وهو الآن في المعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي ، عما إذا كانت هناك طريقة للنظر دون "دفع الثمن". لقد استقروا على إطار رياضي يفصل التفاعل الأولي (النظر إلى القطة) عن القراءة (معرفة ما إذا كانت حية أو ميتة).
قال هوفمان: "كان دافعنا الرئيسي هو أن ننظر بعناية شديدة في الطريقة التي يتم بها قياس الكم". "والنقطة الأساسية هي أننا نفصل القياس في خطوتين."
من خلال القيام بذلك ، يتمكن هوفمان وباتكار من افتراض أن جميع الفوتونات المشاركة في التفاعل الأولي ، أو نظرة خاطفة على القطة ، يتم التقاطها دون فقدان أي معلومات حول حالة القطة. لذا قبل القراءة ، لا يزال كل شيء متاحًا للتعرف على حالة القطة (وحول كيفية تغييرها) لا يزال متاحًا. فقط عندما نقرأ المعلومات التي نفقدها بعضًا منها.
قال هوفمان: "المثير للاهتمام هو أن عملية القراءة تختار أحد نوعي المعلومات وتمحو الأخرى تمامًا".
إليك كيف وصفوا عملهم من حيث قطة شرودنغر. لنفترض أن القطة لا تزال في الصندوق ، ولكن بدلاً من النظر إلى الداخل لتحديد ما إذا كانت القطة حية أو ميتة ، يمكنك إعداد كاميرا خارج الصندوق يمكنها التقاط صورة بداخلها بطريقة أو بأخرى (من أجل تجربة الفكر ، تجاهل حقيقة أن الكاميرات المادية لا تعمل في الواقع على هذا النحو). بمجرد التقاط الصورة ، تحتوي الكاميرا على نوعين من المعلومات: كيف تغيرت القطة نتيجة لالتقاط الصورة (ما يسميه الباحثون بالعلامة الكمية) وما إذا كانت القطة حية أو ميتة بعد التفاعل. لم يتم فقد أي من هذه المعلومات حتى الآن. واستنادًا إلى الطريقة التي تختار بها "تطوير" الصورة ، يمكنك استرداد معلومات أو أخرى.
أخبر هوفمان أن تفكر في قلب العملة. يمكنك اختيار إما معرفة ما إذا كانت عملة معدنية مقلوبة أو ما إذا كانت حاليًا رؤوس أو ذيول. ولكن لا يمكنك معرفة كليهما. ما هو أكثر من ذلك ، إذا كنت تعرف كيف تم تغيير نظام الكم ، وإذا كان هذا التغيير قابلاً للعكس ، فمن الممكن استعادة حالته الأولية. (في حالة العملة ، يمكنك قلبها مرة أخرى.)
قال هوفمان: "عليك دائمًا أن تزعج النظام أولاً ، ولكن في بعض الأحيان يمكنك التراجع عنه". من حيث القطة ، هذا يعني التقاط صورة ، ولكن بدلاً من تطويرها لرؤية القط بوضوح ، تطويرها بطريقة تعيد القطة إلى حالتها الميتة والحيوية.
بشكل حاسم ، يأتي اختيار القراءة مع مفاضلة بين دقة القياس واضطرابه ، وهي متساوية تمامًا ، توضح الورقة. يشير القرار إلى مقدار المعلومات المستخرجة من النظام الكمي ، ويشير الاضطراب إلى مدى تغير النظام بشكل لا رجعة فيه. وبعبارة أخرى ، كلما عرفت أكثر عن حالة القطة الحالية ، كلما قمت بتغييرها بشكل لا رجعة فيه.
قال هوفمان: "ما وجدته مفاجئًا هو أن القدرة على التراجع عن الاضطراب ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية المعلومات التي تحصل عليها حول الملاحظة" أو الكمية المادية التي يقيسونها. "الرياضيات دقيقة جدًا هنا."
على الرغم من أن العمل السابق قد أشار إلى مفاضلة بين الدقة والاضطراب في قياس الكم ، فإن هذه الورقة هي الأولى التي تحدد العلاقة الدقيقة ، أخبر مايكل هول ، الفيزيائي النظري في الجامعة الوطنية الأسترالية ، Live Science في بريد إلكتروني.
قال هول ، الذي لم يشارك في الدراسة ، "على حد علمي ، لا توجد نتائج سابقة لها شكل المساواة بالضبط المتعلقة بالحل والإزعاج". "هذا يجعل النهج في الورقة أنيق للغاية."
