Im Jahr 2017 scheinen Forscher der Universität Cambridge das Unmögliche geschafft zu haben – sie haben eine Möglichkeit entdeckt, Quantenteilchen zu beobachten, ohne sie direkt zu beobachten! Eine der Grundideen der Quantentheorie besagt, dass Quantenobjekte gleichzeitig in zwei Zuständen existieren können: Wellen und Teilchen. Außerdem kann kein Teilchen ohne das andere existieren, bis beide vom Beobachter gemessen werden. Die Arbeit britischer Forscher präsentiert Quantenteilchen in einem ganz neuen Licht und hilft möglicherweise anderen Wissenschaftlern, ihre Bewegung und ihr Verhalten zu verstehen. Interessanterweise dient die Entdeckung als Voraussetzung für das berühmte Gedankenexperiment von Erwin Schrödinger: Stellt man eine Flasche mit einer radioaktiven Substanz und einem speziellen Mechanismus, der sie öffnet, in eine Kiste, nimmt dann eine Katze und verschließt sie in dieser Kiste, die cat wird in Überlagerung sein – die Gesamtheit aller Zustände, in denen es gleichzeitig eine Katze geben kann. In gewisser Weise konnten die Forscher den “verbotenen Bereich” erkunden. Quantenmechanik, die die Bewegung von Quantenteilchen verfolgt, ohne sie direkt zu beobachten.
Forscher haben einen Weg gefunden, Quantenteilchen zu verfolgen, ohne sie zu beobachten
Die Quantenmechanik ist eine grundlegende physikalische Theorie, die eine Methode zur Beschreibung und Bewegungsgesetze von Mikroteilchen (Moleküle, Atome, Atomkerne, Teilchen)
< h2> Wer ist in Superposition?
Heute wissen wir um die Existenz eines ganzen Zoos von Elementarteilchen, die in das Standardmodell eingeordnet wurden – für das Auge unsichtbare Teilchen sind die grundlegenden Bausteine des Universums. Die Atome, aus denen wir bestehen, wurden als Ergebnis von Supernova-Explosionen irgendwo im Weltraum geboren. Wir können kaum mit jeder neuen Entdeckung auf dem Gebiet der Quantenmechanik Schritt halten – alles geht schnell.
Aber zurück zur Katze in der Superposition – der Wellenfunktion, wenn auch auf wissenschaftliche Weise. Das Ziel von Schrödingers Gedankenexperiment war es, die Frage zu beantworten, wann Quantensuperposition und Realität zur Wahrscheinlichkeit werden.
Die Katze ist gleichzeitig lebendig und tot
Das sagen die Autoren eines in der Zeitschrift Physical Review veröffentlichten Artikels dazu: Jedes Mal, wenn ein Partikel mit seiner Umgebung interagiert, hinterlässt es eine Art „Tag“, dank dem Informationen in Partikeln kodiert werden .
Im Wesentlichen haben die Forscher eine Theorie aufgestellt, die es ihnen ermöglicht, diese & # 171;-Tags & # 187; ohne dass Partikel direkt beobachtet werden müssen – ihre Bewegung kann verfolgt werden nicht durch Messen, sondern durch Beobachten der Wirkung von Partikeln auf die Umgebung.
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Wie kann man sehen, was nicht ist?
Wie die Autoren der Studie festhalten, interagieren die Tags, die Partikel erzeugen, mit den Umgebung – aber nur, wenn niemand sie beobachtet – wie im berühmten Experiment mit einer Katze. Also haben es Physiker auf sich genommen, einen Weg zu finden, die geheimen Bewegungen von Quantenteilchen zu verfolgen.
Ganz einfach, wenn sich Partikel bewegen, markieren sie &# 187; deine Umgebung. Jede solche Markierung oder Interaktion mit der Umgebung kodiert Informationen in den Partikeln, erklärt David Arvidsson-Shukur, Mitautor der Studie und Doktorand am Cavendish Laboratory in Cambridge.
Grundlegende & # 171;Wahrheiten & # 187; Quantenphysik kann mit vorhandenen Daten und neuen Informationen getestet werden. Wir warten also auf neue und unglaubliche neue aufregende Entdeckungen.
Nach den & # 171;-Tags & # 187; Die Forscher fanden heraus, dass sie am Ende des Experiments, also wenn die Teilchen beobachtet werden, Informationen aus den Teilchen entschlüsseln konnten. Auf diese Weise können Sie die Bewegung der Partikel verfolgen und viel mehr Informationen über ihr seltsames Verhalten erfahren. Mit der neuen Methode können Sie die Anzeige von & # 171;, die mit & # 187; Interaktionen, ohne sie direkt zu beobachten.
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Nun zum spaßigen Teil – diese Art der Verfolgung nicht beobachtbarer Quantenteilchen wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die uralten Vorhersagen der Quantenmechanik zu testen. In der jüngeren Vergangenheit galt die Wellenfunktion als abstraktes Rechenwerkzeug, das nur zur Vorhersage der Ergebnisse von Quantenexperimenten verwendet wurde.
Eine Wellenfunktion ist eine Größe, die den Zustand eines Mikroobjekts (zum Beispiel eines Elektrons, Protons, Atoms, Moleküls) vollständig beschreibt
Aber die Studie zeigte, dass die in jedem Quantenteilchen nach jeder Wechselwirkung kodierten Informationen direkt mit der Wellenfunktion zusammenhängen, die wiederum eng mit dem tatsächlichen Zustand der Teilchen zusammenhängt. So ist es Wissenschaftlern gelungen, das “verbotene Gebiet” zu erkunden. Quantenmechanik: Bestimme den Weg von Quantenteilchen, wenn sie niemand beobachtet.
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Was ist in naher Zukunft , dann erwartet uns definitiv eine Reihe erstaunlicher Entdeckungen auf dem Gebiet der Quantenmechanik. Wir haben kürzlich über Zeitreisen in der Quantenwelt gesprochen – es hat sich herausgestellt, dass die Zeit auf der Quantenebene sowohl vorwärts als auch rückwärts laufen kann. Das ist Physik, komplex, aber erstaunlich.