Почему законы квантовой физики не распространяются на макромир?

В отличие от классической физики и даже теории относительности, квантовая физика чрезвычайно сложна для понимания. Действующие в ней законы допускают, что до того, как вы стали наблюдать за каким-нибудь квантовым явлением — например, распадом радиактивной частицы, она одновременно может пребывать в двух состояниях (физики называет это суперпозицией) — частица распалась и не распалась одновременно. Существует знаменитый мысленный эксперимент-парадокс, получивший название от имени придумавшего его физика — кот Шредингера. В соответствии с ним в стальном ящике запирается кот и специальный механизм, который убивает его в случае, если частица распалась. Но поскольку с точки зрения квантовой физики до момента наблюдения частица пребывает в состоянии суперпозиции (распалась и не распалась одновременно), то выходит, что до того момента, как мы откроем ящик и заглянем внутрь, кот будет жив и мертв одновременно. Фактически в этом эксперименте квантовая неопределенность переносится на макромир. Причем точность квантовой физики (с которой некоторое время не мог примирится сам Эйнштейн) сомнений не вызывает — с математической точки зрения она опирается на теорию вероятностей и в экспериментальных наблюдениях дает самые точные результаты. Но возникает вопрос: почему макромир существует совсем по другим законам — законам классической физики или теории относительности (если надо рассматривать очень большие объекты и скорости)? Майлз Бленкоу (Miles Blencowe) из Дартмутского колледжа в Гановере (США) объясняет это во вчерашней публикации в Physical Review Letters.

Физики считают, что заслуга в отсутствии на макроуровне эффектов квантовой физики принадлежит гравитации, и объясняют это в частности повсеместностью ее распространения во Вселенной. Майлз Бленкоу рассчитал декогеренцию (т.е. собственно переход от квантовой физики к классической физике макромира), возникшую благодаря космическому гравитационному фоновому излучению — «кузену» более известного реликтового излучения (космического микроволнового фонового излучения) распространившегося по Вселенной после Большого взрыва. И хотя эти гравитационные волны вряд ли оказывают на макротела существенное влияние, Бленкоу захотел проверить — гарантируют ли они сами по себе отсутствие суперпозиции в макромире?

Гравитационная волна представляет собой возмущение пространства-времени, которое, по мере прохождения волны через суперпозиции, может нарушить синхронизацию их состояний. Чтобы оценить масштабы этого эффекта, Бленкоу изучил простую модель объекта, который может находиться в состоянии суперпозиции. В атомном масштабе он теоретически сконструировал сгусток массы и энергии, состоящий из набора мнимых полей. Затем он представил себе этот сгусток в суперпозиции основного и возбужденного состояния, разделенных одним электронвольтом (эВ), и оценил, как быстро гравитационное фоновое излучение его бы расстроило. Оказалось, что не слишком быстро — нарушение декогеренции заняло бы 1045 секунд, т.е. в 1028 больше, чем возраст нашей Вселенной.

Этот результат неудивителен, поскольку взаимодействие слабой гравитационной волны с таким небольшим предметом как атом совсем ничтожно. Но Бленкоу показал, что степень декогеренции растет пропорционально квадрату энергетической разницы между состояниями суперпозиции. Для более крупных объектов, эквивалентных числу Авогадро, разница составит 6 x 1023 эВ, и период декогеренции упадет до примерно 0.01 секунды.

По словам Клауса Кифера (Claus Kiefer) из Кельнского университета в Германии, в космологической инфляционной модели гравитационное фоновое излучение будет сложнее, чем принятая Майлзом Бленкоу упрощенная форма. Но все равно, считает он, каким бы не было гравитационное фоновое излучение, оно приведет к декогеренции способом, описанным Бленкоу. Новый результат «безусловно интересен, поскольку демонстрирует вездесущий характер декогеренции”, говорит Кифер.

По материалам Phys.org

0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


− два = 3