Гравитация делает Вселенную «классической»

Исследование крупномасштабной суперпозиции состояний на группе атомов <a target=”blank” href=http://rubidium.atomistry.com/>рубидия</a>. (кликните картинку для увеличения)

Исследование крупномасштабной суперпозиции состояний на группе атомов рубидия. (кликните картинку для увеличения)

19.07.2013 (9:22)
Просмотров: 3028
Рейтинг: 1.29
Голосов: 7

Теги:
гравитация, вселенная, суперпозиция,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Возможно, Вселенная и начала свое существование в рамках некоторого квантового события. Но наблюдаемые с поверхности Земли астрофизические явления сегодня демонстрируют ярчайшее «классическое» поведение, без малейшего намека на квантовую неопределенность. Как считают ученые из США, конечной причиной этого может быть небольшой, но вездесущий фон гравитационных волн, оставшийся со времен Большого Взрыва. Эти волны случайным образом нарушают квантовые состояния, так что можно быть уверенными, что реальной кошки Шредингера никто и никогда не видел.

Квантовая механика допускает существование странных состояний, получивших название суперпозиции. К примеру, электрон может иметь спин, одновременно направленный и вверх, и вниз. Хотя единичные частицы могут быть достаточно стабильны в подобных состояниях, теоретиков давно занимал вопрос, почему крупные объекты никогда не демонстрируют подобного поведения (почему, к примеру, никто никогда не видел реального кота Шредингера, который одновременно и жив, и мертв?). Многие теоретики считают, что макроскопические суперпозиции состояний, где большое число квантовых компонент должны поддерживать определенную связь друг с другом, разрушаются под воздействием внешней среды. Среда при этом оказывает разное влияние на компоненты суперпозиции, что «декогерирует» систему в классическое состояние. Эксперименты показывают, что даже такие малые системы, как отдельные атомы, при условии чрезвычайной защиты от электромагнитных полей, не могут оставаться в суперпозиции состояний.

Поскольку гравитация является широко распространенной (и в каком-то смысле неизбежной), исследователи предположили, что именно она играет важную роль в обеспечении «классического» поведения макроскопических систем. Группа ученых из Dartmouth College (США) в своей последней работе, опубликованной в Physical Review Letters, предположила, что виной всему реликтовое гравитационное излучение – мелкая «рябь» в пространстве-времени, представляющая собой «эхо» Большого Взрыва. По их мнению, данное излучение является родственным космическому микроволновому фону, но, как полагают ученые, соответствует несколько меньшей температуре (около 1 градуса по шкале Кельвина). Хотя подобные гравитационные волны вряд ли могут повлиять на крупные объекты, ученые поставили перед собой задачу убедиться, что это и есть гарантия того, что мы не увидим суперпозиции состояний макроскопических объектов в реальном мире.

Гравитационная волна представляет собой нарушения в пространстве и времени. Когда такое возмущение встречается с суперпозицией состояний, оно может «рассинхронизировать» его компоненты. Чтобы получить представление о масштабах этих эффектов, ученые изучили простую модель объекта, находящегося в суперпозиции состояний (сам объект представлял собой сочетание массы и энергии в некотором фиктивном поле). В рамках исследования ученые предположили, что воображаемый объект находится в суперпозиции основного и возбужденного состояния, разделенных энергией в 1 эВ. Далее было оценено время, за которое гравитационное взаимодействие «рассинхронизирует» это состояние.

Для небольшого объекта расчеты показали достаточно длительный период времени, сопоставимый с возрастом Вселенной. Однако ученые также доказали, что скорость декогеренции возрастает, пропорционально квадрату разности энергий между состояниями, входящими в суперпозицию. Для больших объектов, имеющих количество атомов порядка числа Авогадро, скорость падает до 0,01 секунд.

Как считают коллеги ученых, предложенная теория вполне жизнеспособна. Хотя в космологической модели, скорее всего, гравитационный фон будет более сложным, чем в модели, использованной американскими учеными, полученный результат, безусловно, интересен для научной общественности.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100