Вирус Шредингера

Кот Шредингера, пока мы не заглянем в ящик, чтобы посмотреть, как там дела, – и жив, и мертв одновременно.
Источник: kabmir.com

Самый известный и одновременно самый садистский мысленный эксперимент в квантовой механике, известный под названием «Кот Шредингера», ученые предлагают проделать, но уже не мысленно, а над реальным живым организмом – пока вирусом. В прессе это вызвало большой шум. Откликнулся даже столп научной периодики – журнал Nature.

Эксперимент с котом был придуман одним из основоположников квантовой механики Эрвином Шредингером для демонстрации так называемого принципа суперпозиции. Согласно этому принципу, электрон или любой другой квантовый объект занимает сразу все дискретные состояния, в которых он в данный момент может находиться, и только процедура измерения его состояний вынуждает его сделать выбор. На этом основана вся квантовая механика.

В нормальном мире, мире так называемого здравого смысла, мы говорим: «Я не знаю, в каком состоянии находится объект, пока я этого состояния не измерю, но в каком-то он все-таки находится». В мире квантовой механики мы вынуждены говорить: «До момента измерения я знаю, что объект находится сразу во всех мыслимых состояниях».

Пытаясь доказать, что законы квантовой механики распространяются и на наш мир, Шредингер мысленно проделал такой эксперимент. «Допустим, – сказал он, – что в закрытом ящике находятся кот, радиоактивное ядро, счетчик Гейгера и соединенная со счетчиком емкость с ядовитым газом. Как только ядро распадается, счетчик срабатывает, газ выпускается наружу, и кот умирает. Но согласно принципу суперпозиции, ядро и распадается, и не распадается одновременно, и, следовательно, кот, пока мы не заглянем в ящик, чтобы посмотреть, как там дела, тоже – и жив, и мертв одновременно».

Логический парадокс с мертво-живым котом в свое время весьма озадачил ученых. Принцип суперпозиции, никем не оспариваемый, убедительно демонстрировали эксперименты с электронами, а один раз даже с атомом гелия, однако считается, что в реальности к более крупным формам, а уж тем более к живым организмам он все-таки неприменим.

Группа физиков под руководством профессора Ориола Ромеро-Исарта из Института квантовой оптики имени Макса Планка (Германия) утверждает, что можно доказать обратное в лазерном эксперименте с вирусом «табачной мозаики», имеющим 50 нанометров в диаметре и 1 микрометр в длину. Можно, говорят они, захватить вирус в оптическую ловушку, устроенную в вакууме двумя лазерами, обездвижить его (говоря языком квантовой механики, перевести его на самый низкий, «основной», энергетический уровень) и начать обстреливать фотонами третьего лазера. Тогда фотон будет передавать вирусу присущую ему суперпозицию, и вирус окажется сразу в двух энергетических состояниях – грубо говоря, он начнет извиваться и одновременно оставаться в неподвижности. Как заявил один из комментаторов идеи, «это эквивалент того, как если бы вы одновременно косили лужайку и занимались шопингом».

Как водится, коллеги отнеслись к идее по-разному – одни назвали ее изобретательной и реализуемой, другие скептически пожали плечами. Многие, например, считают, что вирус, избранный для эксперимента, нельзя считать живым организмом, однако, по мнению Ромеро-Исарта, подобный же трюк можно проделать с водяными тихоходками – микроскопическими, но на сто процентов живыми организмами. Правда, не совсем понятно, зачем авторы вообще делают акцент на живых организмах, ведь, по общему мнению, их поведение не будет отличаться от поведения сложных молекул, попавших в ту же ловушку.

Профессор Ромеро-Исарт отказался комментировать для «НГ» эту идею. «Статья, – заявил он в беседе с корреспондентом «НГ», – опубликована пока в интернет-архиве ArXive.org, однако в настоящее время готовится публикация в одном из журналов, и по правилам мне нельзя давать комментарии по этому поводу, пока там не появится публикация».

Олег Лойко, сотрудник Отдела теоретической физики Физического института РАН, исполнительный директор Международного центра фундаментальной физики, тоже относится к эксперименту если не скептически, то с прохладцей.

«То, что мы имеем, – подчеркнул он в разговоре с корреспондентом «НГ», – это мысленный эксперимент, размещенный в ArXive.org, а там, как известно, можно вывесить все что угодно. Мысленных экспериментов можно придумать много, но это еще не значит, что их можно реализовать. Но даже если такой эксперимент будет поставлен, я не совсем понимаю, что он даст физике».

Пока Ромеро-Исарт молчит, ясно одно – кошки могут жить спокойно, объектами квантово-механического эксперимента они сегодня не станут. Никто не станет их замораживать до абсолютного нуля, помещать в вакуум, обстреливать лазерами, а потом интересоваться – живы они или полуживы.