Es mag ein Hoffnungsschimmer für die berühmteste zum Scheitern verurteilte Katze der Physik, Schrödingers Katze, geben.
In dem bizarren Gedankenexperiment, das den seltsamen Zustand subatomarer Teilchen in der Quantenphysik symbolisiert, ist eine Katze, die auf eine Kiste beschränkt ist, sowohl tot als auch lebendig, bis die Kiste geöffnet wird. An diesem Punkt fällt die Katze entweder tot um oder springt glücklich davon.
Es wurde einmal gedacht, dass dieser Moment der Wahrheit augenblicklich und völlig unvorhersehbar sei. In einer Studie, die am 3. Juni in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, konnten Yale-Physiker Schrödingers Katze in Aktion beobachten, das Schicksal der Katze vorhersagen und die Katze sogar vor einem vorzeitigen Tod retten.
Mit dieser neuen Erkenntnis konnten die Physiker "den Prozess stoppen und die Katze in ihren lebendigen Zustand zurückversetzen", sagte Michel Devoret, Physiker in Harvard und einer der Mitautoren der Studie, gegenüber Live Science.
In der Physik ist Schrödingers Katze ein Gedankenexperiment, bei dem eine Katze in einer Kiste mit einem Teilchen gefangen ist, das eine 50-50-Chance hat, zu verfallen. Wenn das Teilchen zerfällt, stirbt die Katze; Ansonsten lebt die Katze. Bis Sie die Schachtel öffnen, haben Sie jedoch keine Ahnung, was mit der Katze passiert ist. Sie existiert also in einer Überlagerung von sowohl toten als auch lebendigen Zuständen, so wie Elektronen und andere subatomare Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren (wie z. B. mehrere Energien) Ebenen), bis sie beobachtet werden. Wenn ein Teilchen beobachtet wird und zufällig nur ein Energieniveau einnimmt, spricht man von einem Quantensprung. Die Physiker dachten ursprünglich, Quantensprünge seien augenblicklich und diskret: Poof! Und plötzlich befindet sich das Teilchen in dem einen oder anderen Zustand.
In den neunziger Jahren begannen jedoch mehr Physiker zu vermuten, dass die Teilchen beim Sprung einem linearen Pfad folgen, bevor sie in ihren Endzustand eintreten. Zu dieser Zeit verfügten die Physiker nicht über die Technologie, um diese Flugbahnen zu beobachten, sagte Todd Brun, ein Physiker an der University of Southern California, der nicht an der Forschung beteiligt war. Hier kommen Devoret und seine Co-Autoren ins Spiel.
Die Yale-Physiker strahlten ein Atom hell an und beobachteten, wie das beim Quantensprung gestreute Licht gestreut wurde. Sie fanden heraus, dass die Quantensprünge eher kontinuierlich als diskret waren und dass sie zu unterschiedlichen diskreten Energieniveaus sprangen, die auf bestimmten "Flug" -Pfaden gehalten wurden.
Sobald die Physiker den spezifischen Zustand des Atoms kannten, konnten sie diesen Flug umkehren, indem sie eine Kraft in genau die richtige Richtung mit genau der richtigen Stärke aufbrachten, sagte der Hauptautor und Physiker der Yale University, Zlatko Minev. Die korrekte Identifizierung der Art des Sprungs sei entscheidend für die erfolgreiche Umkehrung des Fluges, fügte er hinzu. "Es ist sehr prekär", sagte Minev gegenüber Live Science.
Einige Physiker wie Brun sind von dem Ergebnis nicht überrascht: "Dies unterscheidet sich nicht von allem, was jemand vorhergesagt hat", sagte Brun gegenüber Live Science. "Das Interessante ist, dass sie es experimentell durchgeführt haben."
Der neue Befund ist besonders wichtig für Forschungseinrichtungen wie das Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO), in dem Physiker Gravitationswellen beobachten, sagte Devoret. In diesen Forschungseinrichtungen ist die Unvorhersehbarkeit von Partikeln, auch Quantenrauschen genannt, der Fluch der Bemühungen der Wissenschaftler, genaue Messungen durchzuführen.
"Wie Physiker gerne sagen, kann mit Quantenrauschen nicht einmal Gott wissen, was Sie messen werden", sagte Devoret. Mithilfe der Forschung können Physiker Quantenrauschen "stumm schalten" und genauere Messungen durchführen.
Partikel und das Schicksal von Schrödingers Katze werden auf lange Sicht immer etwas unvorhersehbar sein, sagte Devoret. Die wichtigste Erkenntnis von ihm und seinen Mitautoren ist, dass ihre Schicksale beobachtet und vorhergesagt werden können, sobald sie eintreten.
"Es ist ein bisschen wie bei Vulkanausbrüchen", erklärte Devoret, "sie sind auf lange Sicht unvorhersehbar. Aber auf kurze Sicht kann man sehen, wann man ausbrechen wird."
