Quantum Zeno Effect

De kvant Zeno-effekt är ett fenomen i kvantfysik där observation av en partikel förhindrar att den förfaller som den skulle göra i frånvaro av observationen.

Klassisk Zeno-paradox

Namnet kommer från den klassiska logiska (och vetenskapliga) paradoxen som presenterades av den antika filosofen Zeno från Elea. I en av de mer enkla formuleringarna av denna paradox måste du korsa hälften av avståndet till den punkten för att nå någon avlägsen punkt. Men för att nå det måste du korsa halva avståndet. Men först halva avståndet. Och så vidare ... så att det visar sig att du faktiskt har ett oändligt antal halvavstånd att korsa och därför kan du faktiskt aldrig nå det!

Origins of the Quantum Zeno Effect

Den kvanta Zeno-effekten presenterades ursprungligen i artikeln "The Zeno's Paradox in Quantum Theory" från 1977 (Journal of Mathematical Physics, PDF), skriven av Baidyanaith Misra och George Sudarshan.

I artikeln är den beskrivna situationen en radioaktiv partikel (eller, som beskrivs i den ursprungliga artikeln, ett "instabilt kvantsystem"). Enligt kvantteorin finns det en viss sannolikhet att denna partikel (eller "system") kommer att gå igenom en förfall under en viss tid till ett annat tillstånd än den där den började.

Misra och Sudarshan föreslog emellertid ett scenario där upprepad observation av partikeln faktiskt förhindrar övergången till sönderfallstillståndet. Detta kan säkert påminna om det vanliga formspråket "en övervakad kruka kokar aldrig", utom i stället för en ren observation om svårigheten med tålamod, är detta ett faktiskt fysiskt resultat som kan (och har varit) experimentellt bekräftas.

Hur Quantum Zeno-effekten fungerar

Den fysiska förklaringen i kvantfysik är komplex, men ganska väl förstått. Låt oss börja med att tänka på situationen eftersom det bara händer normalt, utan den kvanta Zeno-effekten på jobbet. Det "instabila kvantsystemet" som beskrivs har två tillstånd..

Om systemet inte observeras kommer det med tiden att utvecklas från det obestämda tillståndet till en superposition av tillstånd A och tillstånd B, med sannolikheten att befinna sig i endera tillståndet baserat på tid. När en ny observation görs kommer vågfunktionen som beskriver denna superposition av tillstånd att kollapsa i antingen tillstånd A eller B. Sannolikheten för vilket tillstånd den kollapsar i är baserad på hur lång tid som har gått.

Det är den sista delen som är nyckeln till kvant Zeno-effekten. Om du gör en serie observationer efter korta tidsperioder är sannolikheten att systemet kommer att vara i tillstånd A under varje mätning dramatiskt högre än sannolikheten för att systemet kommer att vara i tillstånd B. Med andra ord fortsätter systemet att kollapsa tillbaka till det obestämda tillståndet och har aldrig tid att utvecklas till det förfallna tillståndet.

Så lika intuitivt som detta låter har detta bekräftats experimentellt (som följande effekt).

Anti-Zeno-effekt

Det finns bevis för en motsatt effekt, som beskrivs i Jim Al-Khalilis Paradox som "kvantekvivalenten av att stirra på en vattenkokare och få den att koka upp snabbare. Även om det fortfarande är något spekulativt går sådan forskning till hjärtat i några av de mest djupgående och möjligen viktiga vetenskapsområdena under det tjugoförsta århundradet, som att arbeta för att bygga det som kallas en kvantdator. " Denna effekt har bekräftats experimentellt.