Μεγαλομόρια στο μέγεθος πρωτεϊνών,
συμπεριφέρονται κβαντομηχανικά
Ο Erwin Schrödinger, το 1935, για να τονίσει τα προφανή παράδοξα της κβαντικής θεωρίας, παρουσίασε το διάσημο πλέον πείραμα στο οποίο πρωταγωνιστής είναι ένας γάτος – ο γάτος του Schrödinger.
Το αν ο γάτος θα έχει δηλητηριαστεί ή όχι εξαρτάται από την κατάσταση ενός ραδιενεργού πυρήνα – μια κατάσταση που διέπεται από κβαντικούς κανόνες. Εφόσον η κβαντική θεωρία επιτρέπει υπέρθεση (επαλληλία) αυτών των καταστάσεων, τότε και ο γάτος του Schrödinger θα μπορούσε να υπάρχει σαν μια υπέρθεση των καταστάσεων «ζωντανός» – «νεκρός».
Το παράδοξο αυτό αναδεικνύει το ζήτημα του πως και πότε οι κανόνες του κβαντικού κόσμου – στον οποίο τα αντικείμενα όπως τα άτομα μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα σε διαφορετικές θέσεις ταυτόχρονα – αντικαθίστανται από τους κανόνες της «κλασικής» μηχανικής με τους οποίους περιγράφεται ο μακροσκοπικός κόσμος της καθημερινής μας εμπειρίας, όπου τα πράγματα πρέπει να βρίσκονται στην μια ή στην άλλη κατάσταση, ποτέ όμως και στις δυο ταυτόχρονα.
Το αν ο γάτος θα έχει δηλητηριαστεί ή όχι εξαρτάται από την κατάσταση ενός ραδιενεργού πυρήνα – μια κατάσταση που διέπεται από κβαντικούς κανόνες. Εφόσον η κβαντική θεωρία επιτρέπει υπέρθεση (επαλληλία) αυτών των καταστάσεων, τότε και ο γάτος του Schrödinger θα μπορούσε να υπάρχει σαν μια υπέρθεση των καταστάσεων «ζωντανός» – «νεκρός».
Το παράδοξο αυτό αναδεικνύει το ζήτημα του πως και πότε οι κανόνες του κβαντικού κόσμου – στον οποίο τα αντικείμενα όπως τα άτομα μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα σε διαφορετικές θέσεις ταυτόχρονα – αντικαθίστανται από τους κανόνες της «κλασικής» μηχανικής με τους οποίους περιγράφεται ο μακροσκοπικός κόσμος της καθημερινής μας εμπειρίας, όπου τα πράγματα πρέπει να βρίσκονται στην μια ή στην άλλη κατάσταση, ποτέ όμως και στις δυο ταυτόχρονα.
Ερευνητές στην Αυστρία πέτυχαν την κβαντική υπέρθεση – μια κατάσταση στην οποία ένα αντικείμενο υπάρχει ταυτόχρονα σε δυο ή περισσότερες καταστάσεις – με μόρια που αποτελούνται μέχρι και 430 άτομα το καθένα, αρκετές φορές μεγαλύτερα από τα μόρια που χρησιμοποιήθηκαν στον παρελθόν σε παρόμοια πειράματα.
Είναι αποδεκτό ότι η «κβαντικότητα» χάνεται σε μια διαδικασία που ονομάζεται αποσυνοχή (decoherence). Στην διαδικασία αυτή οι διαταραχές από το άμεσο περιβάλλον κάνουν την κβαντική κυματοσυνάρτηση – που περιγράφει υπερθέσεις πολλών καταστάσεων – να καταρρέει σε μια καλά καθορισμένη μοναδική κλασική κατάσταση.
Το φαινόμενο αυτό γίνεται πιο έντονο όταν το αντικείμενο είναι μεγαλύτερο, διότι τότε αυξάνονται οι πιθανότητες αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον.
Μια εκδήλωση της κβαντικής υπέρθεσης είναι η συμβολή που προκύπτει όταν κβαντικά σωματίδια διέρχονται από δυο ή περισσότερες λεπτές σχισμές. Στον κλασικό κόσμο τα σωματίδια θα περάσουν μέσα από συγκεκριμένες σχισμές έχοντας απόλυτα καθορισμένες τροχιές.
Όμως τα κβαντικά σωματίδια συμπεριφέρονται σαν κύματα που συμβάλλουν το ένα με το άλλο, καθώς διέρχονται από τις σχισμές, είτε ενισχύοντας είτε ακυρώνοντας το ένα το άλλο παράγοντας μια σειρά από φωτεινές και σκοτεινές ζώνες.
Αυτή η συμβολή των κβαντικών σωματιδίων – που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά με ηλεκτρόνια το 1927 – οφείλεται στο γεγονός ότι το κάθε σωματίδιο διέρχεται από περισσότερες από μια σχισμές, δημιουργώντας το φαινόμενο της κβαντικής υπέρθεσης.
Καθώς όμως το πείραμα πραγματοποιείται με όλο και μεγαλύτερα σε μέγεθος σωματίδια, από κάποιο σημείο και μετά δεν παρατηρείται το φαινόμενο της συμβολής και η κβαντική συμπεριφορά (συμβολή) δίνει τη θέση της στην κλασική συμπεριφορά.
Αλλά πόσο μεγάλα μπορούν να είναι τα σωματίδια για αν συμβεί αυτό;
Το 1999 μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης πραγματοποίησε συμβολή σε πείραμα με πολλές σχισμές, χρησιμοποιώντας δέσμη από μόρια άνθρακα 60 ατόμων (C60), τα οποία είχαν το σχήμα κοίλων σφαιρών.
Τώρα οι ερευνητές πραγματοποίησαν το ίδιο πείραμα με μεγαλύτερα μόρια – έως 6 νανόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου) – που αποτελούνται μέχρι και 430 άτομα. Αυτά τα μόρια είναι μεγαλύτερα από κάποια μικρά μόρια πρωτεϊνών, όπως η ινσουλίνη.
Τώρα οι ερευνητές πραγματοποίησαν το ίδιο πείραμα με μεγαλύτερα μόρια – έως 6 νανόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου) – που αποτελούνται μέχρι και 430 άτομα. Αυτά τα μόρια είναι μεγαλύτερα από κάποια μικρά μόρια πρωτεϊνών, όπως η ινσουλίνη.
Στο πείραμα αυτό οι δέσμες των μορίων διέρχονταν μέσα από τρεις ομάδες σχισμών.
Αν και τα παραπάνω μπορεί να μην ακούγονται σαν το πείραμα με τον γάτο του Schrödinger, περιγράφουν όμως παρόμοια κβαντικά φαινόμενα. Αυτά τα πειράματα μπορούν να αναδείξουν θεμελιώδεις πτυχές της κβαντικής θεωρίας, όπως το πώς καταρρέουν οι κυματοσυναρτήσεις κατά τη διάρκεια της παρατήρησης.
Επίσης μπορεί να ελεγχθεί πειραματικά το πώς η βαρύτητα μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση κυματοσυνάρτησης πέρα από ένα ορισμένο όριο μάζας.
Θα μπορούσαν επίσης και ζωντανοί οργανισμοί – ίσως όχι οι γάτες, αλλά μικροοργανισμοί όπως τα βακτηρίδια ή ιοί (αν και αυτοί δεν θεωρούνται ζωντανοί οργανισμοί) – να βρεθούν σε καταστάσεις υπέρθεσης !
Περισσότερες λεπτομέρειες στη διεύθυνση: nature.com
πηγή-physicsgg.me
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου