Можно ли не дать атому измениться, постоянно проверяя его состояние?
При подходящих условиях повторные измерения могут подавлять переход атома в другое состояние. При других условиях тот же процесс измерения способен ускорить изменение.
В повседневной жизни более частая проверка того, тает ли кусочек льда, не сохранит его замёрзшим. Проверка хода часов тысячу раз в секунду тоже не остановит время. Пока всё соответствует знакомой нам физике. Но на этом история не заканчивается.
На квантовом уровне измерение — это не просто наблюдение за системой, а физический процесс, напрямую влияющий на то, что она будет делать дальше. Представьте, что вы создали установку, переводящую атом из начального состояния в другое. Затем вы вмешиваетесь и очень часто проверяете, остаётся ли атом в начальном состоянии.
Следствие таково: чем чаще вы проверяете, тем меньше вероятность перехода атома в другое состояние. Измерения, с помощью которых вы отслеживаете изменение, подавляют само изменение. В физике это называется квантовым эффектом Зенона.
Удивительно то, что вероятность выхода квантовой системы из начального состояния не подчиняется привычному представлению об изменении с постоянной скоростью. На коротких интервалах эта вероятность растёт пропорционально квадрату прошедшего времени. Если уменьшить время вдвое, вероятность изменения уменьшится не вдвое, а примерно вчетверо. Когда интервал между измерениями стремится к нулю, этот переход может быть полностью остановлен. Поэтому действие, которое выглядит как простое наблюдение за системой, не обязательно является пассивным наблюдением.
А если измерение ускоряет изменение, вместо того чтобы замедлять его?
В 2001 году физики исследовали этот вопрос и получили весьма неожиданный результат. Изучая выход холодных атомов натрия из ловушки посредством квантового туннелирования, они обнаружили, что выход из начального состояния можно также облегчить — в зависимости от свойств системы и интервала между измерениями. Это называется антизеноновским эффектом.
Можно представить это как постоянное наблюдение за кастрюлей воды на плите, barbar. В повседневной жизни говорят, что «кастрюля, за которой следят, не закипает», хотя в конце концов вода всё равно закипит. В квантовом мире, в зависимости от того, как и насколько часто вы смотрите на эту кастрюлю, вода могла бы действительно никогда не закипеть или внезапно выплеснуться через край. Это лишь аналогия, помогающая представить идею.
Интересно то, что в квантовом мире физический способ и частота, с которыми вы спрашиваете систему «Ты изменилась?», могут коренным образом изменить вероятность получаемого ответа. Установка, созданная для наблюдения за изменением, становится одним из главных факторов, определяющих его скорость.
Наблюдение здесь не означает сосредоточение внимания человека или мистическое вмешательство сознания в систему. Измерение происходит благодаря физическому взаимодействию атома с измерительным прибором. Результат будет тем же, даже если эксперимент проводит автоматическое устройство в запертой комнате. Кроме того, подавляется не само время, а лишь конкретный переход, контролируемый измерением.