Mungkin terdapat satu cara untuk menyelinap ke puncak di kucing Schrödinger - eksperimen pemikiran kucing yang terkenal yang menggambarkan perilaku misteri zarah subatomik - tanpa membunuh binatang (hipotetikal) secara kekal.
Kucing khayalan secara malangnya hidup dan mati di dalam kotak, atau wujud dalam superposisi "mati" dan "hidup" negeri, sama seperti zarah subatomik wujud dalam superposisi banyak negeri sekaligus. Tetapi melihat di dalam kotak mengubah keadaan kucing, yang kemudian menjadi sama ada hidup atau mati.
Walau bagaimanapun, kajian yang diterbitkan pada Oktober 1 di New Journal of Physics menggambarkan cara untuk berpandangan pada kucing tanpa memaksa ia hidup atau mati. Dengan berbuat demikian, ia memajukan pemahaman saintis mengenai salah satu paradoks yang paling asas dalam fizik.
Di dunia biasa kita, skala besar, melihat sesuatu objek nampaknya tidak berubah. Tetapi zum cukup, dan itu bukan kes itu.
"Kita biasanya berfikir bahawa harga yang kita bayar untuk melihat tidak ada apa-apa," kata pengetua utama kajian Holger F. Hofmann, profesor fizik bersekutu di Universiti Hiroshima di Jepun. "Itu tidak betul. Untuk melihat, anda perlu mempunyai cahaya, dan perubahan ringan objek itu." Itu kerana walaupun satu foton cahaya memindahkan tenaga jauh dari atau ke objek yang anda lihat.
Hofmann dan Kartik Patekar, yang merupakan pelajar sarjana melawat Universiti Hiroshima pada masa itu dan sekarang di Institut Teknologi India Bombay, tertanya-tanya apakah ada cara untuk melihat tanpa membayar harga. Mereka mendarat di rangka matematik yang memisahkan interaksi awal (melihat kucing) dari bacaan (mengetahui sama ada ia hidup atau mati).
"Motivasi utama kami adalah untuk melihat dengan teliti dengan cara pengukuran kuantum berlaku," kata Hofmann. "Dan perkara utama ialah kita memisahkan pengukuran dalam dua langkah."
Dengan berbuat demikian, Hoffman dan Patekar dapat menganggap bahawa semua foton yang terlibat dalam interaksi awal, atau mengintip kucing, ditangkap tanpa kehilangan apa-apa maklumat tentang keadaan kucing. Jadi sebelum pembacaan, segala-galanya yang perlu diketahui tentang keadaan kucing (dan kira-kira dan bagaimana melihatnya berubah itu) masih ada. Ia hanya apabila kita membaca maklumat yang kita kehilangan sebahagian daripadanya.
"Apa yang menarik ialah proses pembacaan memilih salah satu daripada dua jenis maklumat dan menghapuskan yang lain," kata Hofmann.
Inilah cara mereka menerangkan kerja mereka dari segi kucing Schrödinger. Katakanlah kucing itu masih dalam kotak, tetapi bukannya melihat ke dalam untuk menentukan sama ada kucing masih hidup atau mati, anda memasang kamera di luar kotak yang entah bagaimana boleh mengambil gambar di dalamnya (demi percubaan pemikiran, mengabaikan hakikat bahawa kamera fizikal sebenarnya tidak berfungsi seperti itu). Sebaik sahaja gambar itu diambil, kamera mempunyai dua jenis maklumat: bagaimana kucing berubah sebagai hasil dari gambar yang diambil (apa yang penyelidik memanggil tag kuantum) dan sama ada kucing hidup atau mati selepas interaksi. Tiada maklumat yang telah hilang lagi. Dan bergantung pada bagaimana anda memilih untuk "membangunkan" imej, anda mengambil satu atau maklumat lain.
Fikirkan sejenis duit syiling, Hofmann memberitahu Live Science. Anda boleh memilih untuk mengetahui sama ada syiling telah dibalikkan atau jika saat ini kepala atau ekor. Tetapi anda tidak boleh mengetahui keduanya. Terlebih lagi, jika anda tahu bagaimana sistem kuantum berubah, dan jika perubahan itu dapat diterbalikkan, maka mungkin untuk mengembalikan keadaan awalnya. (Dalam kes duit syiling, anda akan membalikkannya.)
"Anda sentiasa perlu mengganggu sistem terlebih dahulu, tetapi kadangkala anda boleh membatalkannya," kata Hofmann. Dari segi kucing, itu bermakna mengambil gambar, tetapi bukannya membangunkannya untuk melihat kucing dengan jelas, membangunkannya sedemikian rupa untuk memulihkan kucing kembali ke keadaan hampa mati dan mati.
Secara asasnya, pilihan pembacaan datang dengan pertukaran antara resolusi pengukuran dan gangguannya, yang sama persis, kertas menunjukkan. Resolusi ini merujuk kepada berapa banyak maklumat yang diekstrak dari sistem kuantum, dan gangguan itu merujuk kepada berapa banyak sistem yang berubah secara tidak berubah. Dengan kata lain, semakin banyak yang anda ketahui tentang keadaan semasa kucing, semakin banyak anda telah mengubahnya.
"Apa yang saya dapati mengejutkan adalah bahawa keupayaan untuk membatalkan gangguan itu secara langsung berkaitan dengan berapa banyak maklumat yang anda dapatkan tentang yang boleh diperhatikan," atau kuantiti fizikal yang mereka sukai, kata Hofmann. "Matematik ini cukup tepat di sini."
Walaupun kerja terdahulu menunjuk pada penyelesaian antara resolusi dan gangguan dalam pengukuran kuantum, makalah ini adalah yang pertama untuk mengukur hubungan yang tepat, Michael Hall, seorang ahli fizik teori di Australian National University, memberitahu Live Science dalam e-mel.
"Setakat yang saya tahu, tiada hasil sebelumnya mempunyai bentuk persamaan yang tepat yang berkaitan dengan resolusi dan gangguan," kata Hall, yang tidak terlibat dalam kajian itu. "Ini menjadikan pendekatan dalam kertas itu sangat kemas."
