יתכן שיש דרך להתגנב בשיא החתול של שרדינגר - ניסוי המחשבה המפורסם המבוסס על חתולים המתאר את התנהגותם המסתורית של חלקיקים תת-אטומיים - מבלי להרוג לצמיתות את החיה (ההיפותטית).
החתול האומלל והמדומיין חי בו בזמן ומת ומת בתוך תיבה, או קיים בסופרפוזיציה של מצבים "מתים" ו"חי ", כשם שקיימים חלקיקים תת-אטומיים בסופרפוזיציה של מדינות רבות בבת אחת. אך מבט בתוך התיבה משנה את מצבו של החתול, אשר הופך להיות חי או מת.
אולם, כעת, מחקר שפורסם ב- 1 באוקטובר בכתב העת החדש לפיזיקה מתאר דרך להציץ לחתול באופן פוטנציאלי מבלי להכריח אותו לחיות או למות. בכך הוא מקדם את הבנת המדענים את אחד הפרדוקסים הבסיסיים ביותר בפיזיקה.
בעולמנו הרגיל, בקנה מידה גדול, נראה שההסתכלות על אובייקט לא משנה אותו. אבל התקרב מספיק, וזה לא המקרה.
"בדרך כלל אנו חושבים שהמחיר שאנו משלמים עבור חיפוש אינו דבר," אמר הסופר הראשי של המחקר הולגר פ. הופמן, פרופסור חבר לפיזיקה באוניברסיטת הירושימה ביפן. "זה לא נכון. כדי להסתכל צריך להיות אור ואור משנה את האובייקט." הסיבה לכך היא שאפילו פוטון יחיד של אור מעביר אנרגיה הרחק מהאובייקט שאתה צופה אליו או אליו.
הופמן וקרטיק פטקר, שהיו אז סטודנט לתואר ראשון באוניברסיטת הירושימה וכעת נמצא במכון ההודי לטכנולוגיה בומביי, תהו אם יש דרך להסתכל מבלי "לשלם את המחיר". הם נחתו על מסגרת מתמטית המפרידה בין האינטראקציה הראשונית (מסתכלים על החתול) למקרא (בידיעה אם הוא חי או מת).
"המוטיבציה העיקרית שלנו הייתה להסתכל היטב על הדרך בה מתרחשת מדידה קוונטית", אמר הופמן. "ונקודת המפתח היא שאנחנו מפרידים את המדידה בשני שלבים."
בכך, הופמן ופטקר מסוגלים להניח שכל הפוטונים המעורבים באינטראקציה הראשונית, או מציצים לחתול, נלכדים מבלי לאבד כל מידע על מצבו של החתול. אז לפני הקריאה, כל מה שיש לדעת על מצבו של החתול (ועל האופן בו ההתבוננות בו שינה אותו) עדיין זמין. רק כאשר אנו קוראים את המידע אנו מאבדים חלק ממנו.
"מה שמעניין הוא שתהליך הקריאה בוחר את אחד משני סוגי המידע ומוחק לחלוטין את השני", אמר הופמן.
כך תיארו את עבודותיהם במונחים של החתול של שרדינגר. נניח שהחתול עדיין בתיבה, אבל במקום להסתכל פנימה כדי לקבוע אם החתול חי או מת, אתה מגדיר מצלמה מחוץ לתיבה שיכולה איכשהו לצלם בתוכה תמונה (לצורך ניסוי המחשבה, התעלם מהעובדה שהמצלמות הפיזיות אינן עובדות ככה). ברגע שצולמה התמונה, יש למצלמה שני סוגים של מידע: כיצד החתול השתנה כתוצאה מהתמונה שצולמה (מה החוקרים מכנים תג קוונטי) והאם החתול חי או מת לאחר האינטראקציה. אף אחד מאותם מידע לא אבד עדיין. ובהתאם לאופן בו אתם בוחרים "לפתח" את התמונה, אתה מאחזר פיסת מידע זו או אחרת.
חשוב על היפוך מטבעות, אמר הופמן ל- Live Science. אתה יכול לבחור לדעת אם מטבע הוטל או אם הוא כרגע ראשים או זנבות. אבל אינך יכול לדעת את שניהם. מה שכן, אם אתה יודע כיצד שונתה מערכת קוונטית, ואם שינוי זה הפיך, ניתן לשחזר את מצבה הראשוני. (במקרה של המטבע, הייתם מחליפים אותו בחזרה.)
הופמן תמיד צריך להפריע למערכת, אבל לפעמים אתה יכול לבטל אותה. מבחינת החתול פירוש הדבר היה לצלם תמונה, אך במקום לפתח אותו כדי לראות את החתול בבירור, לפתח אותו בצורה שתחזיר את החתול למצב הלימבו המת והחי.
באופן חיוני, הבחירה בפיזור באה עם חלופה בין רזולוציית המדידה וההפרעה שלה, שהם בדיוק שווים, כך מדגים העיתון. הרזולוציה מתייחסת לכמות המידע המופק ממערכת הקוונטים, וההפרעה מתייחסת לכמה המערכת משתנה באופן בלתי הפיך. במילים אחרות, ככל שאתה יודע יותר על מצבו הנוכחי של החתול, כך שינית אותו באופן בלתי הפיך.
הופמן אמר כי "מה שמצאתי מפתיע הוא שהיכולת לבטל את ההפרעה קשורה ישירות לכמה מידע שאתה מקבל על הצפייה," או לכמות הפיזית שהם מודדים, אמר הופמן. "המתמטיקה די מדויקת כאן."
אף על פי שעבודות קודמות הצביעו על מחלף בין רזולוציה והפרעה במדידה קוונטית, מאמר זה הוא הראשון לכמת את הקשר המדויק, אמר מייקל הול, פיזיקאי תיאורטי באוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, ל- Live Science במייל.
"ככל הידוע לי, אין תוצאות קודמות בצורה של שוויון מדויק הנוגע לפיתרון והפרעה", אמר הול, שלא היה מעורב במחקר. "זה הופך את הגישה בעיתון למסודרת מאוד."
