Бактерии Шредингера: квантовая запутанность работает и на органике?

Многие ученые считают, что крупные квантовые эффекты, такие как запутанность, не должны работать на живых существах. Но, согласно новой статье, физикам все же удалось воссоздали этот эффект на живых организмах – бактериях. Получились бактерии Шредингера (по аналогии с котом).

Обычно квантовую физику описывают как набор правил, которые управляют поведением чрезвычайно маленьких вещей: легких частиц, атомов и других бесконечно малых объектов. И согласно этим представлениям о квантовой физике, большой мир (в том числе, и бактерии) не должен подчиняться тем же законам.

Это то, что хотел сказать физик Эрвин Шредингер, когда предложил свой знаменитый эксперимент с котом. В этом мысленном эксперименте кот находится в коробке и подвергается воздействию радиоактивной частицы, которая может распасться, а может и нет. Пока коробка остается закрытой, кот для нас одновременно жив и мертв, что казалось Шредингеру очевидным абсурдом. То есть в квантовом мире есть что-то, что не имеет смысла в нашем обычном мире.

Тем не менее, в недавнем исследовании физики Оксфордского университета высказали несогласие с тем, где проходит граница между обычным и квантовым миром, и усомнились, существует ли она вообще.

«Мне интересно изучить границу, где квантовые правила перестают применяться», – рассказала одна из соавторов работы Киара Марлетто в интервью Live Science. – «Некоторые люди говорят, что квантовая теория не является универсальной, поэтому она не относится ни к одному объекту во Вселенной и в какой-то момент сломается. Я хотела бы показать, что, на самом деле, это не так»

С этой целью Марлетто и ее коллеги просмотрели статью, опубликованную в 2017 году в журнале Small, в которой упоминались некоторые ограниченные квантовые эффекты у бактерий. Они построили теоретическую модель того, что, возможно, действительно происходило в этом эксперименте Университета Шеффилда, и выяснили, что эти бактерии, возможно, запутались с легкими частицами света.

В чем радикальность идеи?

Посмотрите на себя и на человека рядом с вами. Физически вы разные существа, верно? Но квантовая механика говорит нам, что это не обязательно так. Частицы или собрания частиц, могут стать связанными друг с другом, «запутанными», так что их формы волн (как составляющие физической среды) окажутся переплетены. Ни одну из этих частиц невозможно описать или осознать без другой. Разделите частицы на тысячи километров – и вы все равно сможете мгновенно узнать физическое состояние одной из них, исследуя другую.

Согласно современной квантовой теории, этому эффекту нет предела. То, что работает на протоне, должно работать и на слоне. Но на практике более крупные системы гораздо сложнее запутать. И ученые обсуждают, являются ли живые существа слишком сложными, чтобы запутаться.

В 2017 году группа исследователей из Университета Шеффилда в Англии заявила, что создала квантовую связь в фотосинтетических бактериях. Ученые поместили несколько сотен бактерий в крошечную зеркальную комнату и отразили свет вокруг. В связи с небольшой длиной мини-комнаты с течением времени сохранялась только определенная длина волны света, известная как резонансная частота. Со временем у шести бактерий развилась ограниченная квантовая связь со светом. Таким образом, резонансная частота света внутри крошечной комнаты будто бы синхронизировалась с частотой, с которой электроны запрыгивали и выпрыгивали из положения внутри фотосинтетических молекул бактерий. Как и в случае с котом Шредингера в коробке, вся система, казалось, существовала в неопределенном мире мертвых: легкие частицы, похоже, одновременно поражали и пропускали бактерии.

Это не доказывает, что бактерии и свет были точно запутаны, говорят ученые. По их словам, в этом эксперименте не хватило возможности глубже подтвердить запутанность. Теперь физики работают над созданием экспериментов, которые помогут проверить истинную запутанность на живых существах. Один из главных вопросов, который волнует исследователей, – несет ли запутанность какую-то пользу для бактерий.

Источник: Live Science