Принцип неопределённости Гейзенберга продемонстрирован на макроуровне

Принцип неопределённости Гейзенберга продемонстрирован на макроуровне

 Александр Березин 

Если вы «стукнете» фотоном об электрон, то узнаете местоположение последнего, но при этом повлияете на его скорость. Подобных явлений в макромире вроде бы не отмечают: мы можем измерить скорость и местонахождение человека, не влияя таким действием на него самого. Считается, что квантовые эффекты в нашем мире — макромире — отсутствуют, потому что тонут, скажем так, «в шуме».

Том Пёрди (Tom Purdy) создал вместе с коллегами по Колорадскому университету в Боулдере (США) барабан, «натянув» 40-нанометровый (в толщину) лист нитрида кремния на раму со стороной в полмиллиметра. Размеры полученного инструмента соответствовали песчинке, и всё-таки это уже объект макромира. Затем учёные поместили «барабан» в вакуумную камеру и охладили его до нескольких градусов выше абсолютного нуля, когда случайные флуктуации не гасят квантовые эффекты.

Принципиальная схема экспериментальной установки (здесь и ниже иллюстрации T. Purdy et all.)...

Далее «барабан» стали обстреливать фотонами, что давало нарастающее точное измерение положения колеблющегося листа в любой момент времени. Кроме того, лист начал вибрировать, и вот это уже происходило с неизвестной для экспериментаторов частотой. Когда они попробовали определить его импульс, ошибки в измерениях стали стремительно нарастать — именно так, как завещал принцип неопределённости.

И это, конечно, с одной стороны, не удивляет, а с другой — может оказаться причиной для потрясения основ. Да, вроде бы сверхпроводимость, достигаемая в макромире в сходных условиях, имеет какие-то квантовые корни. Но вот прямое наблюдение принципа неопределённости на полумиллиметровом масштабе — это нечто не столь ожидаемое. «Обычно, когда речь идёт об объектах, которые вы можете положить себе на ладонь, вам не приходится думать о квантовой механике», — констатирует Том Пёрди.

А раз уж квантовая механика на таком объекте проявилась (хотя по поводу этого эксперимента наверняка ещё будут интерпретационные споры), то вполне может статься, что предсказанные ОТО гравитационные волны, за которыми охотятся физики и астрономы, так никогда и не будут пойманы.

...И её детальная версия.

Дело в том, что детекторы гравитационных волн отслеживают ничтожно слабые изменения в дистанции между двумя экспериментальными массами. Если через детектор пройдёт гравитационная волна от далёкого космического события, то пространство-время между такими массами искривится, а расстояние изменится.

Однако если принцип неопределённости Гейзенберга работает для тел в макромире, то малые колебания, которые, согласно теории, вызовут гравитационные волны, просто «утонут» в фоновой квантовой неопределённости, что и не позволит выявить такие волны.

Команда г-на Пёрди прорабатывает сейчас пути ликвидации такой неопределённости. «Вы не можете избежать принципа неопределённости... но можете исхитриться и сделать так, что увеличение импульса не усилит неопределённость в местоположении [тела после такого увеличения]».

Как отмечает Джерард Милбурн из Квинслендского университета (Австралия), этот эксперимент — отличная демонстрация конца традиционного представления о том, что мир на атомном уровне функционирует как квантовый, в то время как макроскопический мир является классическим. Отметим, впрочем, что демонстраций этих в последнее время становится всё больше.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам NewScientist.