Der kan være en måde at snige sig et højdepunkt ved Schrödingers kat - det berømte kattebaserede tankeeksperiment, der beskriver den mystiske opførsel af subatomære partikler - uden at dræbe det (hypotetiske) dyr permanent.
Den uheldige, imaginære kat er samtidig levende og død inde i en kasse eller findes i en superposition af "døde" og "levende" tilstande, ligesom subatomære partikler findes i en superposition af mange stater på én gang. Men at kigge inde i boksen ændrer kattenes tilstand, som derefter bliver enten levende eller død.
Nu beskriver imidlertid en undersøgelse, der blev offentliggjort 1. oktober i New Journal of Physics, en måde at potentielt kigge på katten uden at tvinge den til at leve eller dø. Dermed fremmer det forskernes forståelse af et af de mest grundlæggende paradokser i fysik.
I vores almindelige, store skala ser det ikke ud til at se på et objekt ændre det. Men zoom ind nok, og det er ikke tilfældet.
"Vi synes normalt, at den pris, vi betaler for at se, ikke er noget," sagde studielederforfatter Holger F. Hofmann, lektor i fysik ved Hiroshima University i Japan. "Det er ikke korrekt. For at se ud, skal du have lys, og lys ændrer objektet." Det skyldes, at selv en enkelt foton af lys overfører energi væk fra eller til det objekt, du ser.
Hofmann og Kartik Patekar, som var en besøgende bachelorstuderende på Hiroshima University på det tidspunkt og nu er på Indian Institute of Technology Bombay, spekulerede på, om der var en måde at se ud på uden at "betale prisen." De landede på en matematisk ramme, der adskiller den indledende interaktion (ser på katten) fra aflæsningen (ved at vide, om den er i live eller død).
"Vores vigtigste motivation var at se meget omhyggeligt på den måde, hvorpå en kvantemåling sker," sagde Hofmann. "Og det centrale punkt er, at vi adskiller målingen i to trin."
Ved at gøre dette er Hoffman og Patekar i stand til at antage, at alle de fotoner, der er involveret i den indledende interaktion, eller kigger på katten, er fanget uden at miste nogen information om kattens tilstand. Så inden aflæsningen er alt, hvad der er at vide om kattens tilstand (og om, og hvordan man ser på den ændrede det) stadig tilgængeligt. Det er først, når vi læser informationen, at vi mister nogle af dem.
”Det, der er interessant, er, at aflæsningsprocessen vælger en af de to typer information og sletter den anden fuldstændigt,” sagde Hofmann.
Her er, hvordan de beskrev deres arbejde med Schrödingers kat. Lad os sige, at katten stadig er i kassen, men snarere end at kigge ind for at afgøre, om katten er i live eller død, sætter du et kamera uden for kassen, der på en eller anden måde kan tage et billede inde i den (af hensyn til tankeeksperimentet, ignorere det faktum, at fysiske kameraer faktisk ikke fungerer sådan). Når billedet er taget, har kameraet to slags oplysninger: hvordan katten ændrede sig som et resultat af det tagede billede (hvad forskerne kalder et kvantemærke), og om katten er i live eller død efter interaktionen. Ingen af disse oplysninger er gået tabt endnu. Og afhængigt af hvordan du vælger at "udvikle" billedet, henter du det ene eller det andet stykke information.
Tænk på en møntflip, fortalte Hofmann til Live Science. Du kan vælge enten at vide, om en mønt blev vippet, eller om det i øjeblikket er hoveder eller haler. Men du kan ikke kende begge dele. Hvad mere er, hvis du ved, hvordan et kvantesystem blev ændret, og hvis denne ændring er reversibel, er det muligt at gendanne dets oprindelige tilstand. (I tilfælde af mønt, vil du vende den tilbage.)
"Du skal altid forstyrre systemet først, men nogle gange kan du fortryde det," sagde Hofmann. Hvad katten angår, ville det betyde at tage et billede, men i stedet for at udvikle den til at se katten tydeligt, udvikle den på en sådan måde, at katten gendannes tilbage til sin død-og-levende limbo-tilstand.
Af afgørende betydning kommer valget af aflæsning med en afvejning mellem opløsningen af målingen og dens forstyrrelse, som er nøjagtigt ens, viser papiret. Opløsningen henviser til, hvor meget information, der udvindes fra kvantesystemet, og forstyrrelsen henviser til, hvor meget systemet ændres irreversibelt. Med andre ord, jo mere du ved om kattens nuværende tilstand, jo mere har du uændret ændret den.
"Det, som jeg fandt overraskende, er, at evnen til at fortryde forstyrrelsen er direkte relateret til, hvor meget information du får om den observerbare," eller den fysiske mængde, de måler, sagde Hofmann. "Matematikken er temmelig nøjagtig her."
Selvom tidligere arbejde har peget på en afvejning mellem opløsning og forstyrrelse i en kvantemåling, er dette papir den første til at kvantificere det nøjagtige forhold, fortalte Michael Hall, en teoretisk fysiker ved Australian National University, til Live Science i en e-mail.
"Så vidt jeg ved, har ingen tidligere resultater form af en nøjagtig ligestilling vedrørende opløsning og forstyrrelse," sagde Hall, der ikke var involveret i undersøgelsen. "Dette gør fremgangsmåden i papiret meget pæn."
