О границах применимости квантовой механики

[(KROT)]

Один из самых распространенных мифов связан с тем, что квантовая механика якобы работает только в мире микрочастиц

Между тем количество макроскопических тел, описываемых квантовыми законами, достаточно велико

Самые "классические примеры" - сверхтекучий гелий и сверхпроводящий ток

Но с каждым годом количество таким примеров множится

Согласно новым вычислениям физиков Британии, Австрии и Португалии, квантовое связывание (entanglement) может происходить не только при температурах, близких к абсолютному нулю. Так, Влатко Ведрал (Vlatko Vedral) из Университета Лидса (University of Leeds) и его коллеги из университетов Порто и Вены обнаружили, что фотоны лазерного луча оказываются связанными с кол****иями макроскопического зеркала – вне зависимости от того, какова его температура. Полученный результат оказался неожиданным, так как традиционно горячие объекты считаются классическими, а не квантовыми. Таким образом, макроскопическое связывание оказывается сделать проще, чем считалось раньше, и такое открытие может способствовать созданию в будущем квантового компьютера, работающего при комнатной температуре (Phys. Rev. Lett. 96 060407).

Связывание – одно из наиболее загадочных и фундаментальных явлений квантовой механики. Если две частицы являются связанными, то возможно узнать состояние одной частицы, зная состояние другой. Однако связанные состояния исчезают при высоких температурах из-за явления декогерентности.

Между тем, Ведрал и его коллеги показали обратное. Они вычислили, что связанное состояние между фотонами лазерного импульса и фононами (кол****иями кристаллической решетки зеркала) сохраняется при относительно высокой температуре. Физики получили свои результаты, рассмотрев лазерные импульсы и зеркало как простые квантовомеханические гармонические осцилляторы. При этом фотоны и фононы взаимодействовали через механизм так называемого давления света, когда фотоны, попадающие на зеркало, оказывают на него давление. Последнее зависело от количества фотонов: чем больше фотонов, тем больше давление, и тем сильнее колеблется зеркало. Ученые вычислили, что если в лазерном импульсе будет измерено 5 фотонов, то и в кол****ии зеркала будет 5 фононов, если 10 фотонов – то 10 фононов, и так далее. Это является типичным свойством связанного состояния, но теперь оно выполняется и для макроскопических систем.

«Если наши вычисления подтвердятся в эксперименте (а у меня нет причин в этом сомневаться), - говорит Ведрал, - то это расширит границы применимости квантовой механики. Возможно, это окажет влияние и на развитие квантовых компьютеров»

[(KROT)]

Есть также тела, которые мы не можем "получить в лаборатории", но уверенно наблюдаем на расстоянии

Это звезды белые карлики и нейтронные звезды

[Oleg R]

да, все эти примеры - вещество находится в экстремальных условиях, в таких условиях можно достичь той самой грани, где одно перетекает в другое (классика - кванты). именно поэтому это примеры не макро объектов в квантовом состоянии, а квантовые обекты в макро количестве.
да, и количество не может перейти в качество из за экстремальности условий.
у кое-кого личка переполнена )

[(KROT)]

Сообщение от Oleg R

не макро объектов в квантовом состоянии, а квантовые обекты в макро количестве

Знаете, чем первое отличается от второго?

В первом случае волновая функция охватывает весь макрообъект, а вот втором случае мы имеем множество волновых функций микрообъектов

Так вот, нейтронные звезды, сверхтекучий гелий, сверхпроводящий ток имеют волновую функцию, охватывающую их полностью

Так что мы имеем макрообъекты в квантовом состоянии

[(KROT)]

Для случая сверхпроводимости

До сих пор мы рассматривали только одну куперовскую пару, тогда как в действительности в 1 см3 вещества находится примерно 10 в 20 степени куперовских пар. Легко представить себе, что искажение решетки, создаваемое одной куперовской парой, могло бы нарушить притяжение в других парах. В 1957 Дж.Бардин, Л.Купер и Дж.Шриффер предложили так называемую теорию БКШ (Бардина – Купера – Шриффера), за которую они были удостоены в 1972 Нобелевской премии по физике. Согласно этой теории, пары образуют когерентное состояние, в котором все они имеют один и тот же импульс. Говорят, что эти когерентные электроны находятся в едином квантовом состоянии; они образуют так называемую квантовую, или сверхтекучую, жидкость. Эта когерентность электронов в большом масштабе – замечательная макроскопическая демонстрация квантовых принципов

[(KROT)]

Для случая сверхтекучести

Состояние сверхтекучего жидкого 3Не, заполняющего некоторый объем, описывается макроскопической волновой функцией. Эта функция характеризуется, в частности, фазой, которая, однако, сама по себе не проявляется ни в каких физических процессах. Если же имеются два объема сверхтекучей жидкости, соединенных тонкой трубкой или системой трубок, то наблюдаемой величиной становится разность фаз двух волновых функций, отвечающих состояниям гелия в каждом из слабосвязанных резервуаров, поскольку поток жидкости через трубки напрямую зависит именно от разности фаз

Вот чудеса, а? Макроскопический поток жидкости зависит от разности волновых функций гелия в двух резервуарах! Нагляднейшее проявление квантовых свойств у макрообъекта!

[(KROT)]

Короче, всегда, когда волновая функция охватывает макрообъект, он становится квантовым

И кота Шредингера можно абстрактно охватить волновой функцией состояний жизни и смерти

Но там абстракция, а в сверхтекучем гелии мы видим фазу его волновой функции в непосредственном эксперименте. Вот что творится!

[(KROT)]

Кстати, про Кота Шредингера. Некоторые не верят, что он действительно находится в суперпозиции состояний. А он таки находится, но при соблюдении определенных условий

Если мы рассматриваем строго изолированную от внешнего мира систему, то никакой ошибки в рассуждении Шредингера нет. Чтобы разобраться в предельном переходе от микрообъектов к макрообъектам, мы должны несколько изменить постановку задачи и рассмотреть открытые системы, взаимодействующие с окружением. Эта задача была впервые поставлена в четкой математической форме в 1963 г. Р. Фейнманом. В результате ее тщательного исследования (важную роль здесь сыграли работы американских физиков В. Цурека, А. Леггетта и многих других ученых) оказалось, что взаимодействие с окружением разрушает квантовую интерференцию, превращая тем самым квантовую систему в классическую, причем тем быстрее, чем больше масса системы. Для такого объекта как кошка достаточно уже слабой «неизолированности», чтобы полностью разрушить квантовые эффекты. В итоге классические системы, в том числе измерительные приборы, существуют потому, что они взаимодействуют с окружающим миром

Тем не менее наблюдать "котов Шредингера", т.е. макрообъекты в состоянии суперпозиции, возможно, если предпринять специальные меры, изолирующие их от контакта с окружающим миром. Взаимодействие макрообъектов с окружением и связанные с этим эффекты разрушения квантовой интерференции сейчас изучаются на так называемых сверхпроводящих квантовых устройствах (СКВИДах), малых магнитных частицах и других объектах

[(KROT)]

Если же не требовать непременного материального существования суперпозиции, можно перейти на уровень абстракции, связанный с информацией о состоянии кота. Здесь ограничение по массе исчезает, и даже в случае отсутствия изолированности можно говорить суперпозиции информационного сигнала о состоянии кота, передаваемого посредством макрообъектов (при условии, что сигнал изолирован от наблюдателя кота)