Квантовый эффект Зенона – это интересный парадокс квантовой физики. Он гласит, что наблюдение какой-то квантовой системы предотвращает ее распад. И чем чаще происходит наблюдение, тем дольше система остается стабильной.
Классический парадокс Зенона
Название этого явление происходит от классического логического (и научного) парадокса. Впервые его сформулировал древний философ Зенон. В чем его суть? Представьте, что Вы пьете чай у себя в гараже. И вдруг у Вас возникла острая необходимость посчитать, сколько же шагов в длину имеет Ваше любимое помещение. Вы делаете шаг. Потом второй. Но по какой-то необъяснимой причине Вы вдруг уменьшаетесь в два раза. С подозрением поглядывая на пачку чая, которая стоит на полке, и которую Вам привезли друзья из Индии, Вы делаете еще один шаг. И еще раз уменьшаетесь вдвое. Очевидно, что Вы все же продвигаетесь вперед. Но с каждым шагом Ваш рост и, соответственно, длина Вашего шага уменьшаются в два раза. Вы продвигаетесь все медленнее и медленнее. И вскоре становится очевидно, что противоположной стены Вам никогда не достичь. В этом и состоит знаменитый парадокс Зенона. Вы двигаетесь. Вы приближаетесь к цели. Но никогда ее не достигнете.
В углу гаража Вы вдруг замечаете черепаху и какого-то бородатого мужика в сандалиях. Они смотрят на Вас с нескрываемой нежностью и машут платочками. И тут Вы просыпаетесь.
Квантовый эффект Зенона
Квантовый эффект Зенона впервые был сформулирован в 1977 году в статье «Парадокс Зенона в квантовой теории» (Журнал математической физики). Авторами статьи были физики Байдьянатх Мишра и Джорж Сударшан.
В статье описывается ситуация с радиоактивной частицей (или, как описано в оригинальной статье, «нестабильной квантовой системой»). Положения квантовой теории говорят о том, что существует определенная вероятность того, что эта частица (или «система») в течение определенного периода времени перейдет в состояние, отличное от того, в котором она находилась изначально.
Однако Мишра и Сударшан предложили сценарий, в котором повторное наблюдение частицы фактически предотвращает ее переход в новое состояние.
Как работает квантовый эффект Зенона
Физическое объяснение этого явления довольно сложная штука. Но давайте попробуем. Начнем с того, что будем думать о ситуации, как будто ничего необычного не происходит. То есть без квантового эффекта Зенона. Описанная выше «нестабильная квантовая система» имеет два состояния. Назовем их состоянием A (состояние без распада) и состоянием B (состояние с распадом).
Если за системой не наблюдают, то со временем ее состояние можно описать суперпозицией, состоящей и состояния A и состояния B. Причем вероятность нахождения в любом из этих состояний зависит от времени. Когда делается новое наблюдение, волновая функция, описывающая эту суперпозицию состояний, коллапсирует либо в состояние A, либо в B. Вероятность того, в какое состояние она коллапсирует, коррелирует с количеством прошедшего времени.
Это последняя часть, которая является ответом на вопрос – что же такое квантовый эффект Зенона? Если Вы выполните несколько наблюдений через короткие промежутки времени, вероятность того, что система будет находиться в состоянии A во время каждого измерения, будет значительно выше, чем вероятность того, что система будет в состоянии B. Другими словами, система, с большой долей вероятности, будет находится в первоначальном состоянии.
Как бы странно это ни звучало, но квантовый эффект Зенона был подтвержден экспериментально.