Talasno-čestični dualizam je kvantni fenomen koji se obično ograničava na fotone, elektrone, protone i druge subatomske čestice. Kvantna mehanika pokazuje da se i određeni objekti nekad ponašaju kao čestice, a nekad kao talasi. Svi predmeti pokazuju čestično-talasni dualizam u određenoj meri, ali što je posmatrani objekat veći to je teže uočiti ovaj dualizam. Čak su i pojedinačni molekuli nekad preveliki da bi se pokazalo kvantno-mehaničko ponašanje.
Fizičari sa Univerziteta u Parizu (fr. Université de Paris) su klasičnim eksperimentom demonstrirali čestično-talasni dualizam na kapljici ulja 1. U ovom eksperimentu kapljica ulja „poskakuje“ po tankom filmu ulja pri čemu pravi talase na površini ulja koji, povratno, utiču na kretanje kapljice. Kada kapljica prvi put padne na ravnu površinu ulja, ona napravi talase na toj površini. Već sledeći put kada padne, njeno kretanje će biti drugačije od kretanja koje bi imala da je pala na površinu ulja koja je mirna (bez talasa). Takođe, pri drugom padu, i svakom sledećem, kapljica će promeniti talase na površini koji će, opet, promeniti njeno kretanje pri sledećem padu. Rezultat je da kapljica i talasi grade jedan entitet koji se sastoji od hibridnih čestičnih i talasnih osobina. U istom eksperimentu, kapljica je prolazila kroz uzan razrez na zaklonu, pri čemu su joj talasi na površini dozvoljavali da reaguje sa sopstvenim kretanjem, slično tome kako foton interferira sa samim sobom u kvantnoj mehanici (Slika 1).
Slika 1. Fotografija eksperimenta 1 gde kapljica prolazi kroz razrez na zaklonu
Jasno je da je kapljica „predstavnik“ klasičnog sveta, medjutim ovaj eksperiment pokazuje jasnu analogiju sa kvantnim pojavama (interakcija kapljice sa svojim kretanjem) i to u veličini koju je daleko lakše vizualizovati i istraživati u odnosu na eksperimente koji se izvode na subatomskom ili atomskom nivou.
Slika 2. Ilustracija eksperimenta kvantne superpozicije živih organizama uhvaćenih u optičkoj šupljini
Istraživačke grupe sa Maks Plank instituta za kvantnu optiku (de. Max Planck Institut für Quantenoptik) i Instituta za fotonske nauke (es. Institut de Ciències Fotòniques), koriste principe misaonog eksperimenta „Šredingerova mačka“, kako bi testirale kvantne osobine objekata sastavljenih od nekoliko milijardi molekula. Ovi istraživači veruju da će kao objekat moći da koriste i virus gripa (slika 2) 2. U ovom istraživanju 2, opisana je priprema za jedan ovakav eksperiment za testiranje stanja superpozicije na većim, živim objektima. Kvantna optika je polje u kojoj se istražuju kvantne osobine atoma i malih molekula. Ono što je inovativno u ovom radu je veličina sistema koji se ispituje kao i sama postavka eksperimenta. Pomoću ove tehnike, istraživači pretpostavljaju da su virusi jedan od tipova objekata na kojima će moći da rade ove eksperimente. U ovom radu 2, autori predlažu da objekti lebde unutar šupljine, što predstavlja novi kvantni optomehanički sistem. Kako ovi objekti nisu vezani za druge mehaničke objekte, izbegava se zagrevanje, koje je prisutno u drugim optomehaničkim sistemima, a što bi trebalo da olakša hlađenje osnovnog stanja. Autori takođe predlažu da se kvantne superpozicije objekta mogu dobiti slanjem svetlosnog pulsa u šupljinu u kojoj se nalazi objekat. Objekat se hvata u optičku šupljinu pomoću sistema ogledala (Slika 3b), pri čemu se usporava u osnovno stanje zračenjem iz lasera. Jedan laser se koristi kao izvor zračenja za usporavanje objekta (Slika 3c), dok se drugi laser koristi za izazivanje superpozicije objekta u optičkoj šupljini. Rotaciono kretanje objekta se takođe može usporiti, pomoću stojećeg svetlosnog talasa (Slika 3d). Šematski prikaz eksperimenta, prikazan je na Slici 3a.
Slika 3. Prikaz eksperimenta kvantne optomehanike, a) šematski prikaz eksperimenta, b) objekat uhvaćen u optičkoj šupljini, c) usporavanje kretanja objekta, d) usporavanje rotacionog kretanja objekta
Ovaj eksperiment tek treba da bude urađen, ali istraživači se nadaju da će pored razvijanja nove kvantne tehnologije, omogućiti i testiranje kvantnih superpozicija na živim sistemima i drugim većim objektima. Istraživači sa pomenuta dva instituta uveliko spekulišu da će ovo omogućiti i eksperimentalno istraživanje svesti i smisla života na kvantnom nivou 2.
Reference:
- Yves Couder, Emmanuel Fort,Single-Particle Diffraction and Interference at a Macroscopic Scale, Phys. Rev. Lett.97, 154101 (2006)
- Oriol Romero-Isart, Mathieu L Juan, Romain Quidant, J Ignacio Cirac,Toward quantum superposition of living organisms, New J. Phys. 12, 033015 (2010)
