Наблюдаемое квантовое состояние не меняется. Реален ли эффект Зенона?

Квантовый эффект Зенона гласит: если вы наблюдаете за квантовым состоянием, оно не изменяется. Является ли это реальным эффектом? Что он означает и когда его можно наблюдать? Я готов поделиться с вами ответами на эти вопросы.

Кастрюля, за которой наблюдают, никогда не закипит, а квантовая частица, за которой следят, не сдвинется с места. В двух словах, это явление называется квантовым эффектом Зенона. Если вам кажется, что это звучит удивительно, на самом деле это еще более поразительно.

Лучший способ понять квантовый эффект Зенона — это представить себе квантовую частицу, которая может находиться только в двух состояниях. Давайте назовем их «первым» и «вторым». Частица начинает в первом состоянии и с определенной вероятностью переходит во второе. Если бы это была обычная частица, то это означало бы, что она остается в первом состоянии до тех пор, пока в какой-то момент не перейдет во второе.

Однако для квантовой частицы вероятность — это лишь способ описать то, что происходит, когда вы наблюдаете за ней. Пока вы не наблюдаете за частицей, она находится в обоих состояниях одновременно. Когда вы начинаете наблюдать, у нее появляется небольшая вероятность оказаться во втором состоянии.

Теперь представьте, что у вас есть много таких частиц. Вы помещаете их в определенное место, ожидаете некоторое время, а затем измеряете, сколько из них упало. Вы возвращаете их обратно, снова ожидаете и измеряете, и так далее. Это позволяет вам увидеть вероятность как функцию времени.

Эффект Зенона заключается в том, что если вы наблюдаете за частицей, вероятность ее падения уменьшается. Если вы постоянно наблюдаете за частицей, она вообще не падает. Это кажется странным, но на самом деле это так.

Вы можете сказать, что, когда вы наблюдаете за частицей, вы взаимодействуете с ней, и это не так удивительно. Однако самое удивительное начинается, когда вам не нужно смотреть на частицу. Вместо этого вы можете просто проверить, не находится ли частица в нижнем состоянии. Если ее там нет, вы знаете, что она все еще там, даже если вы на нее не смотрели. И это действительно работает!

Вот небольшой пример, который поможет вам понять, что происходит.

Предположим, вы — тюремный надзиратель, и ваша работа — следить за заключенным. Ваша смена длится четыре часа, и если вы не будете следить за ним в течение определенного времени, он может сбежать. Допустим, после одного часа без присмотра вероятность его побега составляет 12,5 процента и удваивается каждый час.

Таким образом, через два часа вероятность того, что он все еще там, составляет 25 процентов, через три — 50 процентов, а через четыре часа он точно уйдет, и вы останетесь без работы.

Однако ваш заключенный знает, когда вы приходите его искать. Каждый раз, когда вы заходите и проверяете его, увеличение вероятности сбрасывается. Предположим, вы проверяете его через два часа. Вероятность того, что он там, составляет 100 минус 25, то есть 75 процентов. Вы уходите и возвращаетесь через два часа, то есть в общей сложности через четыре часа. Тогда вероятность того, что он все еще там, составляет 75 умножить на 75 процентов, то есть около 56%. Это заметно больше, чем если бы вы не следили за ним.

Интересно, что чем чаще вы будете следить за ним, тем выше вероятность, что он все еще будет там через четыре часа. Если вы будете следить за ним раз в час, то вероятность составит 67%. Если вы будете следить за ним каждые 10 минут, то вероятность будет еще выше. А если вы будете следить за ним постоянно, то он вообще не сбежит.

Теперь вы можете сказать, что в этом нет ничего удивительного. Это не так уж удивительно, если вы наблюдаете за человеком с памятью, который знает, что вы его проверяете. Но у частицы нет памяти, и тем не менее с ней происходит то же самое. И это квантовый эффект Зенона.

Да, это реальный эффект. Он был теоретически предсказан еще в 1970-х годах и с тех пор неоднократно подтверждался экспериментально.

Теперь вы можете задаться вопросом, как это связано с радиоактивным распадом. Если я наблюдаю за плутонием, значит ли это, что он не будет распадаться? К сожалению, нет, и на то есть интересная причина. У радиоактивного распада нет памяти. Вероятность распада радиоактивного ядра определяется так называемым распределением Пуассона.

Забавно, что независимо от того, сколько событий произошло в прошлом, вероятность того, что событие произойдет в какой-то момент в будущем, остается неизменной.

То же самое происходит с квантовыми частицами, движущимися вокруг, и другими распространёнными примерами. Ни один из них не демонстрирует эффект Зенона.

Это может показаться несущественным, но что такое память Пуассона? Но в природе вы в основном ожидаете, что события будут происходить без памяти. Это означает, что если вы хотите увидеть эффект Зенона, вам нужно создать довольно специфическую систему.

Например, двухкомпонентную систему, о которой я говорил в начале. Так что это реальный эффект, но он проявляется только при определенных обстоятельствах и не для всех квантовых процессов.

Это также пример того, как, казалось бы, странный и загадочный квантовый процесс внезапно перестает казаться таким уж загадочным, если вы немного разбираетесь в математике.

✯ РАДИО 24\7 - https://myradio24.com/astrax

Остаёмся на связи:
✯ Telegram - https://t.me/radioastrax
✯ Космический ДАЙДЖЕСТ - https://dzen.ru/radioastrax
✯ Подкаст "Ночь на Астре" - https://radioastrax.mave.digital/