Cameron Merritt
0 
2315
261
Mange forskere mener, at store kvanteeffekter som sammenfiltring, hvor partikler adskilt med store afstande mystisk forbinder deres tilstande, ikke burde arbejde for levende ting. Men en ny artikel hævder, at den allerede har - at videnskabsfolk i 2016 allerede har oprettet en slags Schrödingers kat - kun med kvanteforviklinge bakterier.
Normalt beskriver vi kvantefysik som et sæt regler, der styrer opførelsen af ekstremt små ting: lette partikler, atomer og andre uendeligt små objekter. Den større verden i bakterieskalaen (som også er vores skala - livets kaotiske verden) er ikke meningen at være nogen steder i nærheden af det underlige.
Det var hvad fysikeren Erwin Schrödinger ville sige, da han foreslog sin berømte Schrödingers kattetankeeksperiment, som Jonathan O'Callaghan påpegede i Scientific American. I det tankeeksperiment ville en kat i en kasse blive udsat for en radioaktiv partikel, der havde endda odds for at forfaldne eller ej. Indtil kassen blev åbnet, ville den stakkels kat være både levende og død på samme tid, hvilket syntes Schrödinger klart absurd. Der er bare noget ved kvanteverdenen, der ikke synes at give mening i vores. [Sådan fungerer kvanteforviklinger (Infographic)]
Men forskere er ikke enige om, hvor grænsen mellem den almindelige og kvanteverden ligger - eller om den overhovedet eksisterer. Chiara Marletto, en fysiker ved University of Oxford og en medforfatter til det nylige papir, der blev offentliggjort 10. oktober i The Journal of Physics Communications, sagde, at der ikke er nogen grund til at forvente, at der er en grænse for størrelsen af kvanteeffekter.
”Jeg er interesseret i at studere grænsen, hvor kvante regler ikke længere finder anvendelse,” fortalte hun. "Nogle mennesker siger, at kvanteteori ikke er en universel teori, så den gælder ikke for noget objekt i universet, men faktisk vil på et tidspunkt bryde sammen. Min interesse er at vise, at det faktisk ikke er tilfældet."
Med henblik herpå gik Marletto og hendes kolleger tilbage og kiggede på et papir, der blev offentliggjort i 2017 i tidsskriftet Small, der syntes at vise nogle begrænsede kvanteeffekter i bakterier. De byggede en teoretisk model for, hvad der virkelig var sket i dette eksperiment fra University of Sheffield, og det viser, at disse bakterier faktisk er blevet sammenfiltret med lette partikler.
Her er grunden til, at det er sådan en radikal idé:
Se på dig selv, og se derefter på personen ved siden af dig. Du er fysisk adskilte væsener, ikke?
Men kvantemekanik fortæller os, at dette ikke behøver at være tilfældet. Partikler eller samlinger af partikler kan blive bundet op i hinanden, "sammenfiltret", så deres bølgeformer er sammenflettet. Ingen af partiklerne kan forstås eller beskrives uden også at beskrive den anden. Og måling af en fysisk egenskab ved en partikel "kollapser" bølgeformen af begge partikler. Adskill partiklerne med tusinder af miles, og du kunne stadig øjeblikkeligt lære den fysiske tilstand af en af dem ved kun at måle den anden.
I henhold til den aktuelle kvante teori er der ingen grænser for denne effekt. Hvad der fungerer for en proton, skal fungere for en elefant. Men i praksis er større systemer meget vanskeligere at sammenfiltrere. Og forskere har drøftet, om levende ting simpelthen er for kompliceret til at sammenfiltrere. Du ville kæmpe for at sammenfiltrere to elefanter af samme grund, som du kæmper for at lære disse elefanter at gøre par kunstskøjteløb på et olympisk niveau: Der er ingen specifik naturlov, der siger, at det er umuligt, men de fleste mennesker er enige om, at det ikke er muligt.
Og alligevel, i 2017, sagde et team af forskere med base på University of Sheffield i England, at de havde skabt en tilstand af det, der er kendt som kvantekobling i fotosyntetiske bakterier. De placerede et par hundrede bakterier i et lille spejlet rum og sprang lys rundt. (Baseret på minirumets længde var der kun en vis bølgelængde af lys vedvarende over tid, kendt som resonansfrekvensen.) Med tiden syntes seks af bakterierne at udvikle en begrænset kvanteforbindelse til lyset. Så resonansfrekvensen af lys i det lille rum syntes at synkronisere med den frekvens, hvormed elektroner sprang ind og ud af position inde i bakteriens fotosyntetiske molekyler. (For mere information om denne effekt, tjek dette link.)
Marletto sagde, at hendes model viser, at denne effekt sandsynligvis involverede mere end bare kvantekobling. Der var sandsynligvis noget, der foregik endnu mere underligt, end hvad eksperimenterne beskrev, sagde hun
Bakterien, som hun og hendes kolleger viste, blev sandsynligvis sammenfiltret med lyset. Hvad dette betyder er, at ligningerne, der bruges til at definere hver af bølgeformerne - af både lyset og bakterierne - bliver en ligning. Ingen af disse kan løses uden den anden. (I henhold til kvantemekanik kan alle objekter beskrives som både partikel og bølge, men praktisk taget er det i "store" objekter som bakterier bølgeformerne umulige at se eller måle.)
Ligesom Schrödingers ordlige kat i en kasse, syntes hele systemet at eksistere i en usikker verden: Lyspartiklerne ser ud til at have både ramt og savnet bakterierne.
Dette beviser ikke bakterierne, og lyset var dog bestemt sammenfiltret - der er andre mulige forklaringer, der involverer klassisk fysik, og de er endnu ikke blevet udelukket, sagde hun.
"Hvad der mangler i dette eksperiment er evnen til at bekræfte sammenfiltring på en dybere måde," sagde hun.
Kvanteeksperimenter involverer ofte måling af fysiske træk ved den ene sammenfiltrede partikel for at finde ud af, om disse egenskaber påvirker den anden partikel. I dette tilfælde ville det have betydet måling af fysiske egenskaber hos bakterierne i samspil med fysiske egenskaber ved lyset. Det var ikke muligt i dette eksperiment, men Marletto sagde, at der allerede er udviklet eksperimenter, der kunne demonstrere ægte sammenfiltring.
Endnu mere interessant, sagde hun, er spørgsmålet om, hvorvidt bakterierne bruger sammenfiltringen på en eller anden måde, der er nyttige for dem, skønt det at besvare dette spørgsmål ville kræve meget mere eksperimentelt arbejde.
”Det er muligt, at naturlig selektion har ført til, at bakterierne drager fordel af kvanteeffekter,” sagde hun.
Oprindeligt offentliggjort den .