Jak uratować kota Schroedingera, czyli efekt Zenona
Niewątpliwie najsłynniejszym kotem w fizyce jest kot Schroedingera. Na przykładzie tego – fikcyjnego miejmy nadzieję – zwierzęcia, austriacki fizyk Erwin Schroedinger chciał wyjaśnić działanie mechaniki kwantowej, przekładając ją na świat naszych codziennych obserwacji. Znacznie mniej znanym eksperymentem myślowym jest kwantowy efekt Zenona. Tymczasem to właśnie za pomocą tego eksperymenty można uratować nieszczęsne zwierzę.
Kot zamknięty jest w pudełku z trucizną. W tym samym pudełku umieszczona jest jedna cząsteczka promieniowania jonizującego i detektor promieniowania. Jeżeli nastąpi rozpad cząsteczki, detektor go wykryje i uwolni truciznę, zabijając kota. Jeżeli rozpad nie nastąpi, kot będzie żył. W każdej chwili możemy zajrzeć do pudełka i przekonać się, jaka jest obecnie sytuacja, ale dopóki tego nie zrobimy, nasz rozum działa na zasadzie prawdopodobieństwa. W pewnym momencie prawdopodobieństwo obu stanów jest jednakowe. Opis kwantowo-mechaniczny tej sytuacji jest inny niż zdroworozsądkowy. Dopóki nie otworzymy pudełka (nie dokonamy detekcji), obiekt kwantowy jest równocześnie w każdym z możliwych stanów – kot jest więc równocześnie żywy i martwy. Dopiero w momencie poczynienia obserwacji kot przyjmuje jeden konkretny stan.
Pomysłowi fizycy zlitowali się jednak nad kotem, który w zamkniętym pudełku siedzi już od 1935 roku. Zaproponowali połączenie dwóch eksperymentów myślowych – kota Schroedingera zderzyli z kwantowym efektem Zenona. Ten ostatni swoją nazwę zawdzięcza starożytnemu greckiemu filozofowi, Zenonowi z Elei, który wprowadził do rozważań kilka paradoksów związanych z zagadnieniem ciągłości. Wystrzelona strzała – twierdzi Zenon w jednym z nich – w każdej chwili swojego lotu jest w jakimś konkretnym miejscu. Jak więc możliwy jest jakikolwiek ruch? Oczywiście dziś wiemy już, że paradoks jest tylko pozorny i wynika z przekonania o puktowości odcinka, który w rzeczywistości jest ciągły.
Okazuje się jednak, że paradoks Zenona ma swoje uzasadnienie w świecie kwantowym, gdzie sam pomiar ma wpływ na stan faktyczny. Akt pomiaru prowadzi do ustabilizowania się konkretnego stanu. Im wcześniej dokonamy pomiaru, tym pewniejsze jest, że spotkamy się z czystym stanem początkowym, a więc z cząsteczką, która nie uległa rozpadowi. Dokonując pomiaru wystarczająco często – z tendencją do nieskończonej szybkości – zbliżamy się do pewności, że cały czas będziemy przywracać stan początkowy i cząsteczka nigdy się nie rozpadnie.
Czyżby więc, żeby uratować kota Schroedingera, wystarczy zaglądać do niego wystarczająco często? Warto być przy tym ostrożnym, ponieważ zaobserwowano też zjawisko nazwane „anty-efektem Zenona”. Regularne, ale niewystarczająco częste pomiary nie spowolniły, ale przyspieszyły rozpad cząstki.
Opracowano na podstawie artykułu: How the quantum Zeno effect impacts Schroedinger's cat ze strony phys.org i innych źródeł.
