Shutterstock

Je! Umewahi kuwa katika sehemu zaidi ya moja kwa wakati mmoja? Ikiwa wewe ni mkubwa zaidi kuliko chembe, jibu litakuwa hapana.

Lakini atomi na chembe zinatawaliwa na sheria za ufundi wa quantum, ambayo hali kadhaa tofauti zinaweza kuishi mara moja.

Mifumo ya Quantum inatawaliwa na kile kinachoitwa "kazi ya mawimbi": kitu cha kihesabu ambacho kinaelezea uwezekano wa hali hizi tofauti.

Na uwezekano huu tofauti unaweza kuishi katika kazi ya wimbi kama kile kinachoitwa "upendeleo" wa majimbo tofauti. Kwa mfano, chembe iliyopo katika sehemu kadhaa tofauti mara moja ndio tunayoiita "nafasi ya nafasi".

Ni wakati tu kipimo kinapofanyika ambapo kazi ya mawimbi "huanguka" na mfumo unaishia katika hali moja dhahiri.

Kwa ujumla, mitambo ya quantum inatumika kwa ulimwengu mdogo wa atomi na chembe. Jury bado iko nje juu ya maana ya vitu vikubwa.

Katika utafiti wetu, iliyochapishwa leo huko Optica, tunapendekeza jaribio ambalo linaweza kutatua swali hili lenye mwiba mara moja na kwa wote.

Paka wa Erwin Schrödinger

Mnamo miaka ya 1930, mwanafizikia wa Austria Erwin Schrödinger alikuja na jaribio lake maarufu la kufikiria juu ya paka kwenye sanduku ambalo, kulingana na fundi wa quantum, anaweza kuwa hai na kufa wakati huo huo.

Ndani yake, paka huwekwa kwenye sanduku lililofungwa ambalo tukio la bahati nasibu lina nafasi ya 50-50 ya kuiua. Mpaka sanduku lifunguliwe na paka inazingatiwa, paka wote wamekufa na hai wakati huo huo.

Kwa maneno mengine, paka inapatikana kama kazi ya mawimbi (na uwezekano mwingi) kabla ya kuzingatiwa. Inapozingatiwa, inakuwa kitu dhahiri.

{vembed Y = UpGO2kuQyZw}
Paka wa Schrödinger ni nini?

Baada ya mjadala mwingi, jamii ya wanasayansi wakati huo ilifikia makubaliano na "Tafsiri ya Copenhagen”. Hii kimsingi inasema mitambo ya quantum inaweza kutumika tu kwa atomi na molekuli, lakini haiwezi kuelezea vitu vikubwa zaidi.

Inageuka kuwa walikuwa wamekosea.

Katika miongo miwili iliyopita au hivyo, wanafizikia wameunda quantum inasema katika vitu vilivyotengenezwa na trilioni za atomi - kubwa ya kutosha kuonekana kwa macho. Ingawa, hii ina bado ni pamoja na usimamizi wa anga.

Je! Kazi ya wimbi inakuwa kweli?

Lakini ni vipi kazi ya wimbi inakuwa kitu "halisi"?

Hii ndio wanafizikia wanaita "shida ya kipimo cha quantum". Imewashangaza wanasayansi na wanafalsafa kwa karibu karne moja.

Ikiwa kuna utaratibu ambao huondoa uwezekano wa kuongezeka kwa idadi kubwa kutoka kwa vitu vikubwa, itahitaji kwa namna fulani "kusumbua" kazi ya wimbi - na hii ingeweza kuunda joto.

Ikiwa joto kama hilo linapatikana, hii inamaanisha kiwango cha juu cha idadi kubwa haiwezekani. Ikiwa joto kama hilo limetengwa, basi hali ya asili haifai "kuwa kiasi" kwa saizi yoyote.

Ikiwa mwisho ni hivyo, na teknolojia ya maendeleo tunaweza kuweka vitu vikubwa, labda hata viumbe wenye hisia, katika majimbo ya kiasi.

Huu ni mfano wa resonator katika uwasilishaji wa idadi kubwa. Wimbi nyekundu linawakilisha kazi ya wimbi. Christopher Baker, mwandishi zinazotolewa

Wataalam wa fizikia hawajui ni nini utaratibu wa kuzuia viwango vikubwa vya idadi kubwa vingeonekana. Kulingana na wengine, ni uwanja usiojulikana wa cosmolojia. Wengine mvuto wa mtuhumiwa inaweza kuwa na kitu cha kufanya nayo.

Mshindi wa Tuzo ya Nobel ya mwaka huu kwa fizikia, Roger Penrose, anafikiria inaweza kuwa matokeo ya ufahamu wa viumbe hai.

Chasing harakati za miniscule

Katika kipindi cha miaka kumi au zaidi iliyopita, wanafizikia wamekuwa wakitafuta joto kali ambayo inaweza kuonyesha usumbufu katika utendaji wa wimbi.

Ili kujua hili, tungehitaji njia ambayo inaweza kukandamiza (kikamilifu iwezekanavyo) vyanzo vingine vyote vya joto "kupita kiasi" ambavyo vinaweza kupata njia ya kipimo sahihi.

Tungehitaji pia kuweka athari inayoitwa "kurudi nyuma" kwa kiasi, ambayo kitendo cha kujichunguza kinaunda joto.

Katika utafiti wetu, tumeandaa jaribio kama hilo, ambalo linaweza kufunua ikiwa upendeleo wa anga unawezekana kwa vitu vikubwa. Bora majaribio hadi sasa hawajaweza kufanikisha hili.

Kupata jibu na mihimili midogo ambayo hutetemeka

Jaribio letu lingetumia resonators kwa masafa ya juu zaidi kuliko vile imetumika. Hii ingeondoa suala la joto lolote kutoka kwa friji yenyewe.

Kama ilivyokuwa katika majaribio ya hapo awali, tungehitaji kutumia friji kwa digrii 0.01 za kelvin juu ya sifuri kabisa. (Zero kabisa ni joto la chini kabisa kinadharia iwezekanavyo).

Pamoja na mchanganyiko huu wa joto la chini sana na masafa ya juu sana, mitetemo katika resonators hupitia mchakato unaoitwa "Bose condensation".

Unaweza kufikiria hii kama resonator inavyohifadhiwa sana kwamba joto kutoka kwenye friji haliwezi kuizungusha, hata kidogo.

Tungeweza pia kutumia mkakati tofauti wa kipimo ambao hauangalii harakati za resonator hata kidogo, lakini badala ya kiwango cha nishati inayo. Njia hii ingekandamiza sana joto la kurudi nyuma, pia.

Lakini tungefanyaje hii?

Chembe moja ya nuru ingeingia kwenye resonator na kurudi nyuma na kurudi mara milioni chache, ikichukua nguvu yoyote ya ziada. Hatimaye wangeondoka kwenye resonator, wakibeba nishati ya ziada mbali.

Kwa kupima nishati ya chembe nyepesi zinazotoka, tunaweza kuamua ikiwa kulikuwa na joto katika resonator.

Ikiwa joto lilikuwepo, hii ingeonyesha chanzo kisichojulikana (ambacho hatukuweza kudhibiti) kilikuwa kimesumbua kazi ya mawimbi. Na hii inamaanisha kuwa haiwezekani kwa nafasi ya juu kutokea kwa kiwango kikubwa.

Je! Kila kitu ni kiasi?

Jaribio tunalopendekeza ni changamoto. Sio aina ya kitu ambacho unaweza kuanzisha kwa kawaida Jumapili alasiri. Inaweza kuchukua miaka ya maendeleo, mamilioni ya dola na kundi zima la wataalam wa fizikia wenye ujuzi.

Walakini, inaweza kujibu moja ya maswali ya kufurahisha zaidi juu ya ukweli wetu: je! Kila kitu ni kiasi? Na kwa hivyo, tunafikiri ni sawa na juhudi.

Ama kuweka mwanadamu, au paka, katika sehemu ya juu ya uwingi - kwa kweli hakuna njia kwetu kujua jinsi hii itakavyokuwa na athari hiyo.

Kwa bahati nzuri, hili ni swali ambalo hatupaswi kufikiria, kwa sasa.

Kuhusu Mwandishi

Stefan Forstner, Mfanyikazi wa Utafiti wa Postdoctoral, Chuo Kikuu cha Queensland

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.