Сообщение о наблюдении квантового дрожания подверглось критике
|
Опубликованное год назад сообщение о наблюдении квантового дрожания крупного объекта подверглось резкой критике. По мнению авторов критической заметки, использованная методика эксперимента даже в принципе не способна на такие подвиги.
Квантовая механика — теория, описывающая поведение микрочастиц, — предсказывает, что движение не замирает даже в состоянии с минимально возможной энергией. Амплитуда таких квантовых колебаний тем больше, чем меньше масса частицы. Именно поэтому это движение так важно для атомов (например, именно оно не дает гелию замерзнуть даже при нулевой абсолютной температуре) и так незаметно для более крупных частиц.
Однако современная сверхточная экспериментальная техника всё чаще позволяет достичь того, что ранее считалось недостижимым. В начале 2005 года в публикации группы физиков из Бостонского университета A. Gaidarzhy et al., Physical Review Letters, 94, 030402 (25 January 2005) было осторожно объявлено о том, что квантовое дрожание впервые наблюдалось и для достаточно крупного объекта («нанорасчески» длиной 10 микрон и шириной около 1 микрона). Авторы этой работы наблюдали скачкообразную зависимость амплитуды колебаний от вынуждающей силы и предположили, что такое поведение есть следствие перескоков между основным и возбужденным квантовыми состояниями.
Эта новость облетела многие средства массовой информации; на русском языке об этой работе можно прочитать, например, в заметке Механический осциллятор как квантовый объект. Однако, как выяснилось, с такой интерпретацией не всё гладко. В недавнем выпуске журнала Physical Review Letters был опубликован критический комментарий целой группы американских физиков из различных институтов (Phys. Rev. Lett. 95, 248901, 2005), ставящий под сомнение выводы группы из Бостона.
Критика затрагивает как саму постановку эксперимента, так и интерпретацию наблюдений. Апеллируя к основам квантовой механики, авторы заметки напоминают, что сам процесс измерения какой-либо физической величины вносит в движение системы непоправимые искажения. Эти искажения отсутствуют только в одном типе экспериментов — с так называемыми квантово-неразрушающими измерениями, — но данный опыт к такой категории заведомо не принадлежит. При попытке наблюдения настоящих квантовых уровней в рамках описанной методики квантовые скачки потонут в неизбежных флуктуациях. Кроме того, авторы обращают внимание на несколько нестыковок результатов бостонской группы с прочими экспериментами.
В целом, суть критики можно выразить так: квантовые колебания столь больших объектов слишком хрупки и эфемерны, чтобы их можно было обнаружить с помощью столь грубой техники.
По традиции, журнал Physical Review Letters предоставляет трибуну не только для критических комментариев, но и для ответов на них. (Стоит, кстати, обратить внимание на сроки: первоначальная статья была опубликована 25 января, критика поступила в редакцию 26 февраля, а ответ на критику 1 августа.) В своем ответе (Phys. Rev. Lett. 95, 248902, 2005) авторы эксперимента, также апеллируя к основам квантовой механики, напоминают, что квантово-неразрушающие наблюдения необходимы, когда речь идет о непрерывном слежении за квантовой системой, что к данному эксперименту отношения не имеет. Приводятся также ответы и на частные замечания, касающиеся методики эксперимента.
Трудно сейчас сказать, какая из сторон окажется ближе к истине. Подчеркнем, однако, что речь ни в коей мере не идет о сомнениях в применимости квантовой механики. Кроме непосредственно квантовой механики интерпретация результатов зависит и от правильного понимания многих других факторов — механики сконструированной «нанорасчески», ее взаимодействия с магнитным полем, ее тепловыделения, — и распутать их все очень трудно. Окончательный ответ на эти вопросы может дать детальное компьютерное моделирование всех этих эффектов — с этим согласны обе спорящие стороны.
Интересная, кстати, намечается тенденция в современной физике: в очередной раз проверка правильности вывода была отдана не теоретикам, не экспериментаторам, а специалистам по компьютерному моделированию явлений.
Игорь Иванов
