Quanten-Zeno-Effekt

Das Quanten-Zeno-Effekt ist ein Phänomen in der Quantenphysik, bei dem die Beobachtung eines Teilchens verhindert, dass es zerfällt, wie es ohne Beobachtung der Fall wäre.

Klassisches Zeno Paradox

Der Name leitet sich aus dem klassischen logischen (und wissenschaftlichen) Paradoxon des alten Philosophen Zeno von Elea ab. In einer der einfacheren Formulierungen dieses Paradoxons müssen Sie die Hälfte der Entfernung zu diesem Punkt zurücklegen, um einen entfernten Punkt zu erreichen. Aber um das zu erreichen, muss man die halbe Strecke zurücklegen. Aber zuerst die Hälfte dieser Strecke. Und so weiter ... so dass es sich herausstellt, dass Sie tatsächlich eine unendliche Anzahl von Halbentfernungen überqueren müssen und Sie es daher niemals schaffen können!

Ursprünge des Quanten-Zeno-Effekts

Der Quanten-Zeno-Effekt wurde ursprünglich in der 1977 erschienenen Arbeit "The Zeno's Paradox in Quantum Theory" (Zeitschrift für mathematische Physik, PDF) von Baidyanaith Misra und George Sudarshan vorgestellt.

In dem Artikel ist die beschriebene Situation ein radioaktives Teilchen (oder, wie in dem ursprünglichen Artikel beschrieben, ein "instabiles Quantensystem"). Nach der Quantentheorie gibt es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass dieses Teilchen (oder "System") in einem bestimmten Zeitraum in einen anderen Zustand zerfällt als den, in dem es begonnen hat.

Misra und Sudarshan schlugen jedoch ein Szenario vor, in dem die wiederholte Beobachtung des Teilchens den Übergang in den Zerfallszustand tatsächlich verhindert. Dies mag sicherlich an die übliche Redewendung erinnern, "ein beobachteter Topf kocht nie", es sei denn, es handelt sich lediglich um eine Beobachtung über die Schwierigkeit der Geduld, die ein tatsächliches physikalisches Ergebnis ist, das experimentell bestätigt werden kann (und wurde).

So funktioniert der Quantum Zeno-Effekt

Die physikalische Erklärung in der Quantenphysik ist komplex, aber ziemlich gut verstanden. Denken wir zunächst an die Situation, wie sie normalerweise ohne den Quanten-Zeno-Effekt abläuft. Das beschriebene "instabile Quantensystem" hat zwei Zustände, nennen wir sie den Zustand A (den nicht verfallenen Zustand) und den Zustand B (den verfallenen Zustand)..

Wenn das System nicht beobachtet wird, entwickelt es sich im Laufe der Zeit vom unverfallbaren Zustand in eine Überlagerung von Zustand A und Zustand B, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass es sich in einem der beiden Zustände befindet, auf der Zeit basiert. Wenn eine neue Beobachtung gemacht wird, kollabiert die Wellenfunktion, die diese Überlagerung von Zuständen beschreibt, entweder in den Zustand A oder in den Zustand B. Die Wahrscheinlichkeit, in welchen Zustand sie kollabiert, basiert auf der verstrichenen Zeit.

Dies ist der letzte Teil, der für den Quanten-Zeno-Effekt entscheidend ist. Wenn Sie nach kurzer Zeit eine Reihe von Beobachtungen machen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System während jeder Messung im Zustand A befindet, dramatisch höher als die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System im Zustand B befindet. Mit anderen Worten, das System kollabiert immer wieder in den unverfallenen Zustand und hat nie Zeit, sich in den verfallenen Zustand zu entwickeln.

So kontraintuitiv dies auch klingt, dies wurde experimentell bestätigt (wie der folgende Effekt hat).

Anti-Zeno-Effekt

Es gibt Hinweise auf einen gegenteiligen Effekt, der bei Jim Al-Khalili beschrieben wird Paradox als "das Quantenäquivalent, einen Kessel anzustarren und ihn schneller zum Kochen zu bringen. Obwohl diese Forschung noch etwas spekulativ ist, befasst sie sich mit einigen der tiefgreifendsten und möglicherweise wichtigsten Bereiche der Wissenschaft im einundzwanzigsten Jahrhundert." wie auf den Bau eines sogenannten Quantencomputers hinzuarbeiten. " Dieser Effekt wurde experimentell bestätigt.