Yurii Mongol
0 
1369
64
Mange forskere mener at store kvanteeffekter som forviklinger, der partikler adskilt med store avstander mystisk knytter sammen tilstandene deres, ikke burde fungere for levende ting. Men en ny artikkel argumenterer for at den allerede har gjort - at forskere i 2016 allerede har laget en slags Schrödingers katt - bare med kvantefviklede bakterier.
Vanligvis beskriver vi kvantefysikk som et sett med regler som styrer oppførselen til ekstremt små ting: lette partikler, atomer og andre uendelig små gjenstander. Den større verden, på bakterieskalaen (som også er vår skala - livets kaotiske verden) er ikke ment å være noe sted i nærheten av det rare.
Det var hva fysikeren Erwin Schrödinger mente å si da han foreslo den berømte Schrödingers kattetankekspertisen, slik Jonathan O'Callaghan påpekte i Scientific American. I det tankeeksperimentet ville en katt i en kasse bli utsatt for en radioaktiv partikkel som til og med hadde odds for å råtne eller ikke. Inntil boksen ble åpnet, ville den stakkars katten være både levende og død på samme tid, noe som virket tydelig absurd for Schrödinger. Det er bare noe med kvanteverdenen som ikke ser ut til å være fornuftig i vår. [Hvordan kvantforvirring fungerer (infografisk)]
Men forskere er ikke enige om hvor grensen mellom den vanlige og kvanteverdenen ligger - eller om den til og med eksisterer i det hele tatt. Chiara Marletto, en fysiker ved University of Oxford og en medforfatter på den nylige artikkelen, som ble publisert 10. oktober i The Journal of Physics Communications, sa at det ikke er noen grunn til å forvente at det er en grense for størrelsen på kvanteeffekter.
"Jeg er interessert i å studere grensen der kvante regler slutter å gjelde," fortalte hun. "Noen mennesker sier at kvanteteori ikke er en universell teori, så den gjelder ikke noe objekt i universet, men faktisk vil på et tidspunkt bryte sammen. Min interesse er å vise at det faktisk ikke er tilfelle."
For det formål gikk Marletto og hennes kolleger tilbake og så på et papir som ble publisert i 2017 i tidsskriftet Small som så ut til å vise noen begrensede kvanteeffekter i bakterier. De bygde en teoretisk modell av hva som virkelig kunne ha skjedd i det eksperimentet fra University of Sheffield, og det viser at disse bakteriene faktisk kan ha blitt viklet inn i lyspartikler.
Her er grunnen til at det er en så radikal ide:
Se på deg selv, og se på personen ved siden av deg. Du er fysisk separate vesener, ikke sant?
Men kvantemekanikk forteller oss at dette ikke trenger å være tilfelle. Partikler, eller samlinger av partikler, kan bli bundet opp i hverandre, "sammenfiltret" slik at deres bølgeformer er sammenflettet. Ingen av partiklene kan forstås eller beskrives uten også å beskrive den andre. Og å måle en fysisk egenskap av en partikkel "kollapser" bølgeformen til begge partiklene. Skill partiklene med tusenvis av miles, og du kan fremdeles øyeblikkelig lære den fysiske tilstanden til en av dem ved å måle bare den andre.
I henhold til gjeldende kvante teori er det ingen grenser for denne effekten. Det som fungerer for en proton, skal fungere for en elefant. Men i praksis er større systemer vanskeligere å sammenfiltrere. Og forskere har diskutert om levende ting rett og slett er for komplisert til å vikle inn. Du vil kjempe for å sammenfiltrere to elefanter av samme grunn som du ville kjempe for å lære disse elefantene å gjøre parløp på olympisk nivå: Det er ingen spesifikk naturlov som sier at det er umulig, men de fleste vil være enige om at det ikke er mulig.
Og likevel, i 2017, sa et team av forskere med base ved University of Sheffield i England at de hadde opprettet en tilstand med det som er kjent som kvantekobling i fotosyntetiske bakterier. De plasserte noen hundre bakterier i et lite, speilet rom og sprang lys rundt. (Basert på lengden på minirommet var det bare en viss bølgelengde av lys som vedvarte over tid, kjent som resonansfrekvensen.) Over tid så ut til at seks av bakteriene utviklet en begrenset kvanteforbindelse til lyset. Så resonansfrekvensen av lys inne i det lille rommet så ut til å synkronisere med frekvensen som elektroner hoppet inn og ut av posisjon inne i bakteriens fotosyntetiske molekyler. (For mer informasjon om denne effekten, sjekk ut denne lenken.)
Marletto sa at modellen hennes viser at denne effekten sannsynligvis innebar mer enn bare kvantekobling. Det var sannsynligvis noe som skjedde enda mer lurt enn det eksperimentellene beskrev, sa hun
Bakteriene, hun og kollegene hennes, viste sannsynligvis sammenfiltring av lyset. Hva dette betyr er at ligningene som brukes til å definere hver av bølgeformene - av både lyset og bakteriene - blir en ligning. Verken er løsbar uten den andre. (I følge kvantemekanikk kan alle objekter beskrives som både partikkel og bølge, men praktisk talt, i "store" objekter som bakterier, er bølgeformene umulige å se eller måle.)
Som Schrödingers ordspråklige katt i en boks, så hele systemet ut til å eksistere i en usikker verden: Lyspartiklene ser ut til å ha både truffet og savnet bakteriene samtidig.
Dette viser ikke bakteriene og lyset var definitivt viklet inn - det er andre mulige forklaringer som involverer klassisk fysikk, og de er ikke utelukket ennå, sa hun.
"Det som mangler i dette eksperimentet er evnen til å bekrefte forviklinger på en dypere måte," sa hun.
Kvanteeksperimenter involverer ofte måling av fysiske trekk ved den ene sammenfiltrede partikkelen for å finne ut om disse funksjonene påvirker den andre partikkelen. I dette tilfellet ville det betydd å måle fysiske egenskaper hos bakteriene i samsvar med fysiske trekk ved lyset. Det var ikke mulig i dette eksperimentet, men Marletto sa at eksperimenter allerede er designet for å demonstrere ekte forviklinger.
Enda mer interessant, sa hun, er spørsmålet om bakteriene bruker sammenfiltringen på en eller annen måte som er nyttige for dem, selv om det å svare på det spørsmålet vil kreve mye mer eksperimentelt arbeid..
"Det er mulig at naturlig seleksjon har ført til at bakteriene har utnyttet kvanteeffekter," sa hun.
Opprinnelig publisert på .