Was ist der Quanten-Zeno-Effekt?

Das Quanten-Zeno-Effekt ist ein Phänomen in Quantenphysik wo die Beobachtung eines Teilchens verhindert, dass es zerfällt, wie es ohne die Beobachtung der Fall wäre.

Der Name stammt von dem klassischen logischen (und wissenschaftlichen) Paradoxon des alten Philosophen Zeno von Elea. In einer der einfacheren Formulierungen dieses Paradoxons müssen Sie die Hälfte der Entfernung zu diesem Punkt überqueren, um einen entfernten Punkt zu erreichen. Aber um das zu erreichen, muss man die halbe Strecke zurücklegen. Aber zuerst die Hälfte dieser Entfernung. Und so weiter... so dass sich herausstellt, dass Sie tatsächlich unendlich viele halbe Strecken zu überqueren haben und es daher nie schaffen können!

Der Quanten-Zeno-Effekt wurde ursprünglich in der Arbeit "The Zeno's Paradox in Quantum Theory" (Journal of Mathematical Physics, 1977) vorgestellt. PDF), geschrieben von Baidyanaith Misra und George Sudarshan.

In dem Artikel ist die beschriebene Situation ein radioaktives Teilchen (oder, wie im ursprünglichen Artikel beschrieben, ein "instabiles Quantensystem"). Nach der Quantentheorie besteht eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass dieses Teilchen (oder "System") in einem bestimmten Zeitraum einen Zerfall in einen anderen Zustand durchläuft als den, in dem es begonnen hat.

Misra und Sudarshan schlugen jedoch ein Szenario vor, in dem die wiederholte Beobachtung des Partikels tatsächlich den Übergang in den Zerfallszustand verhindert. Dies mag sicherlich an die übliche Redewendung erinnern: "Ein beobachteter Topf kocht nie", außer anstelle einer bloßen Beobachtung In Bezug auf die Schwierigkeit der Geduld ist dies ein tatsächliches physikalisches Ergebnis, das experimentell bestätigt werden kann (und wurde).

Die physikalische Erklärung in Quanten Physik ist komplex, aber ziemlich gut verstanden. Beginnen wir damit, die Situation so zu betrachten, wie sie normal abläuft, ohne den Quanten-Zeno-Effekt bei der Arbeit. Das beschriebene "instabile Quantensystem" hat zwei Zustände, nennen wir sie Zustand A (den nicht verfallenen Zustand) und Zustand B (den zerfallenen Zustand).

Wenn das System nicht beobachtet wird, entwickelt es sich im Laufe der Zeit vom unverfallenen Zustand zu einem Überlagerung von Zustand A und Zustand B, wobei die Wahrscheinlichkeit, in einem der beiden Zustände zu sein, auf basiert Zeit. Wenn eine neue Beobachtung gemacht wird, kollabiert die Wellenfunktion, die diese Überlagerung von Zuständen beschreibt, entweder in Zustand A oder B. Die Wahrscheinlichkeit, in welchen Zustand es zusammenbricht, hängt von der verstrichenen Zeit ab.

Es ist der letzte Teil, der der Schlüssel zum Quanten-Zeno-Effekt ist. Wenn Sie nach kurzer Zeit eine Reihe von Beobachtungen machen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System befindet Zustand A während jeder Messung ist dramatisch höher als die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System im Zustand befindet B. B. Mit anderen Worten, das System fällt immer wieder in den verfallenen Zustand zurück und hat nie Zeit, sich in den verfallenen Zustand zu entwickeln.

So kontraintuitiv dies auch klingt, dies wurde experimentell bestätigt (ebenso wie der folgende Effekt).

Es gibt Hinweise auf einen gegenteiligen Effekt, der in Jim Al-Khalilis beschrieben wird Paradox als "das Quantenäquivalent, einen Kessel anzustarren und ihn schneller zum Kochen zu bringen. Obwohl diese Forschung noch etwas spekulativ ist, geht sie einigen der tiefgreifendsten und tiefgreifendsten auf den Grund möglicherweise wichtige Bereiche der Wissenschaft im einundzwanzigsten Jahrhundert, wie die Arbeit am Aufbau dessen, was ist genannt Quantencomputer"Dieser Effekt war experimentell bestätigt.