Gyles Lewis
0 
4443
236
Mnoho vědců si myslí, že velké kvantové efekty, jako je zapletení, ve kterém částice oddělené velkou vzdáleností záhadně spojují své stavy, by neměly fungovat pro živé věci. Nový dokument ale tvrdí, že již má - že vědci již v roce 2016 vytvořili druh Schrödingerovy kočky - pouze s kvantově zapletenými bakteriemi.
Obvykle popisujeme kvantovou fyziku jako soubor pravidel, která řídí chování extrémně malých věcí: lehkých částic, atomů a dalších nekonečně malých objektů. Větší svět, v bakteriálním měřítku (což je také naše měřítko - chaotická oblast života), by neměl být nikde poblíž té podivné.
To říkal fyzik Erwin Schrödinger, když navrhoval svůj slavný Schrödingerův pokus o kočičí myšlení, jak zdůraznil Jonathan O'Callaghan ve Vědeckém Američanovi. V tomto myšlenkovém experimentu by kočka v krabici byla vystavena radioaktivní částici, která měla dokonce šanci rozpadnout se nebo ne. Dokud se krabička neotevřela, chudá kočka by byla zároveň živá i mrtvá, což Schrödingerovi připadalo jasně absurdní. Existuje jen něco o kvantovém světě, který se nezdá mít v našem smyslu smysl. [Jak funguje kvantové zapletení (Infographic)]
Vědci se však neshodují na tom, kde leží hranice mezi obyčejným a kvantovým světem - nebo zda vůbec existuje. Chiara Marletto, fyzik na Oxfordské univerzitě a spoluautor nedávné práce, která byla zveřejněna 10. října v časopise The Journal of Physics Communications, uvedla, že není důvod očekávat, že existuje omezení velikosti kvantových efektů..
„Mám zájem studovat hranici, kde kvantová pravidla přestávají platit,“ řekla. „Někteří lidé říkají, že kvantová teorie není univerzální teorií, takže se nevztahuje na žádný objekt ve vesmíru, ale ve skutečnosti se v určitém okamžiku rozpadne. Mým zájmem je ukázat, že ve skutečnosti tomu tak není.“
Za tímto účelem se Marletto a její kolegové vrátili zpět a podívali se na článek publikovaný v roce 2017 v časopise Small, který podle všeho vykazoval určité omezené kvantové účinky na bakterie. Postavili teoretický model toho, co by se mohlo v tomto experimentu na University of Sheffield skutečně odehrávat, a ukazuje, že tyto bakterie se ve skutečnosti mohly zaplétat s částicemi světla.
Proto je to tak radikální nápad:
Podívej se na sebe a pak na osobu vedle tebe. Jste fyzicky oddělené bytosti, správně?
Kvantová mechanika nám však říká, že tomu tak nemusí být. Částice nebo soubory částic se mohou navzájem svázat, „zamotat se“ tak, aby se proplétaly jejich průběhy. Žádnou částici nelze pochopit ani popsat, aniž by byla popsána druhá. A měření fyzické vlastnosti jedné částice „zhroutí“ tvar vlny obou částic. Oddělte částice tisíce kilometrů a stále byste se mohli okamžitě naučit fyzický stav jedné z nich měřením pouze druhé.
Podle současné kvantové teorie není tento efekt nijak omezen. Co funguje pro proton, by mělo fungovat pro slona. V praxi je však mnohem obtížnější zaplétat větší systémy. A vědci diskutovali o tom, zda jsou živé věci jednoduše příliš složité, než aby se zapletly. Snažili byste se zamotat dva slony ze stejného důvodu, že byste se snažili naučit tyto slony dělat párové krasobruslení na olympijské úrovni: Neexistuje žádný konkrétní zákon přírody, který by tvrdil, že je to nemožné, ale většina lidí by souhlasila, že to není možné.
A přesto v roce 2017 tým vědců z University of Sheffield v Anglii uvedl, že vytvořili stav tzv. Kvantové vazby fotosyntetických bakterií. Umístili několik stovek bakterií do malé, zrcadlené místnosti a odrazili světlo kolem. (Na základě délky mini místnosti přetrvávala v průběhu času pouze určitá vlnová délka světla, známá jako rezonanční frekvence.) V průběhu času se zdálo, že u šesti bakterií došlo k omezenému kvantovému spojení se světlem. Zdálo se tedy, že rezonanční frekvence světla uvnitř malé místnosti se synchronizuje s frekvencí, při které elektrony vyskočily dovnitř a ven z pozice uvnitř fotosyntetických molekul bakterie. (Další informace o tomto efektu najdete v tomto odkazu.)
Marletto uvedla, že její model ukazuje, že tento efekt pravděpodobně zahrnuje více než jen kvantové spojení. Pravděpodobně se něco děje ještě divnější než to, co popsali experti, řekla
Bakterie, jak ukázala ona a její kolegové, se pravděpodobně zapletly do světla. To znamená, že rovnice použité k definování každého z průběhů - světla i bakterií - se stávají jednou rovnicí. Ani jeden není řešitelný bez druhého. (Podle kvantové mechaniky mohou být všechny objekty popsány jako částice i vlny, ale prakticky ve „velkých“ objektech, jako jsou bakterie, nelze průběhy vidět ani měřit.)
Jako Schrödingerova příslovečná kočka v krabici se zdálo, že celý systém existuje v nejistém podsvětí: Zdá se, že světelné částice současně bakterie zasáhly i zmeškaly bakterie.
To však neprokazuje, že bakterie a světlo byly určitě zapleteny - existují však možná vysvětlení, která zahrnují klasickou fyziku, a ty, které ještě nebyly vyloučeny, řekla..
„V tomto experimentu chybí schopnost potvrdit zapletení hlouběji,“ řekla.
Kvantové experimenty často zahrnují měření fyzických vlastností jedné zamotané částice, aby se zjistilo, zda tyto vlastnosti ovlivňují druhou částici. V tomto případě by to znamenalo měření fyzických vlastností bakterií ve shodě s fyzickými vlastnostmi světla. To v tomto experimentu nebylo možné, ale Marletto říkala, že experimenty již byly navrženy tak, aby mohly prokázat skutečné zapletení.
Ještě zajímavější je, řekla, otázka, zda bakterie používají zapletení nějakým způsobem, který je pro ně užitečný, i když odpověď na tuto otázku by vyžadovala mnohem experimentálnější práci.
„Je možné, že přirozený výběr vedl bakterie, aby využily kvantových efektů,“ řekla.
Původně publikováno dne .