Молекулы могут находиться в двух местах одновременно

Квантовая механика, представляющая из себя самый таинственный и малоизученный раздел физики, уже не раз удивляла ученых все новыми и новыми своими свойствами, мало согласующихся с традиционным макроскопическим миром. То, где же именно находится граница между ним и квантовым мирами, до сих пор остается нераскрытой загадкой. Вместе с тем, в своем недавнем эксперименте, физикам наконец-то удалось немного приоткрыть завесу тайны и показать, что даже массивные молекулы могут существовать в двух местах одновременно.

Споры о том, возможно ли будет однажды мгновенно переместить человека на более или менее значительное расстояние, не утихают до сих пор. Новое открытие, показывающее, что не только атомы, но и относительно крупные молекулы способны находиться в двух местах одновременно, на шаг приближает человечество к его давней мечте — покорению больших расстояний за долю секунды. Уникальное открытие было сделано благодаря использованию несколько модернизированного двухщелевого эксперимента, часто применяющемся в физике при изучении свойств фотонов света. Именно благодаря ему ученые в свое время смогли прийти к понятию о двойственности света, ведущего себя как частица и волна одновременно.

Провести двухщелевой эксперимент довольно просто на практике. В первую очередь нужно проследить, чтобы источник света был направлен к поверхности, которая имеет две вырезанные в ней прорези. Сзади заданной поверхности необходимо разместить другую поверхность, на которую будет проецироваться свет. Если бы свет состоял только из обычных частиц, то рисунок на задней поверхности проявлялся бы только в форме и размере щелей. Однако двухщелевой эксперимент тем и уникален, что волны света начинают неожиданно отскакивать друг от друга, как рябь в воде, создавая своего рода тигровый узор на поверхности.

Но самое странное в эксперименте заключается в том, что даже когда опыт проводится с отдельными частицами света, появляется все тот же полосатый узор. Каким-то образом эти фотоны, похоже, не идут только по одному пути, как можно было бы ожидать, а пересекаются и смешиваются друг с другом.

В физике подобное явление называется квантовой суперпозицией, которая наиболее хорошо иллюстрируется кошкой Шредингера. В этом мысленном эксперименте кошка, спрятанная в коробке, не является ни живой, ни мертвой, но существует в двух состояниях одновременно. В момент открытия коробки наблюдателем, суперпозиция коллапсирует в одно состояние или в другое. Еще большей необычности опыту придает тот факт, что если бы детекторы были установлены в щелях в качестве инструмента измерения пройденного светом пути, то полосатые узоры сразу бы исчезли. Размытость результата проясняется только тогда, как только он измеряется.

Вместе с тем, явление суперпозиции, по-видимому, применимо только в квантовой области, ведь по мере того, как объекты становятся больше, двойственность света практически полностью исчезает в макроскопическом мире. Если так, то есть ли предел размера того самого объекта, который без каких-либо проблем способен находиться в двух местах одновременно? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, ученые из университетов Вены и Базеля провели двойной щелевой эксперимент с самыми большими молекулами, которые были протестированы в истории физики.

Предыдущий рекорд включал молекулы, содержащие более 800 атомов, но команда исследователей сумела расширить его до 2000 атомов. Молекулы существовали в состоянии квантовой суперпозиции и показали аналогичный результат квантовой раздвоенности. Подобный результат подталкивает границу микроскопического ближе к нашему макро-миру, при этом практически полностью стирая между ними какую-либо грань.