Schrödinger'S Bacteria? Natuurkundig Experiment Leidt Tot 1E Verstrengeling Van Levende Organismen

{h1}

Een paper gepubliceerd in 2017 bleek een beperkt kwantumeffect te vertonen in bacteriën. Nu stellen wetenschappers dat er iets veel vreemder is gebeurd.

Veel wetenschappers denken dat grote kwantumeffecten, zoals verstrengeling, waarbij deeltjes die door enorme afstanden op mysterieuze wijze worden gescheiden, hun staten verbinden, niet voor levende wezens mogen werken. Maar een nieuw artikel stelt dat het al heeft gedaan - dat wetenschappers in 2016 al een soort Schrödingers kat hebben gemaakt - alleen met kwantumverstrengelde bacteriën.

Gewoonlijk beschrijven we de kwantumfysica als een verzameling regels die het gedrag van extreem kleine dingen besturen: lichtdeeltjes, atomen en andere oneindig kleine voorwerpen. De grotere wereld, op de bacteriële schaal (die ook onze schaal is - het chaotische rijk van het leven), hoort niet ergens in de buurt van dat raar te zijn.

Dat was wat de natuurkundige Erwin Schrödinger bedoelde toen hij zijn beroemde gedachte-experiment met de kat van Schrödinger voorstelde, zoals Jonathan O'Callaghan in Scientific American opmerkte. In dat gedachte-experiment zou een kat in een doos worden blootgesteld aan een radioactief deeltje dat zelfs maar de kans had om te vervallen of niet. Tot de doos werd geopend, zou de arme kat tegelijkertijd zowel levend als dood zijn, wat Schrödinger duidelijk absurd leek. Er is gewoon iets over de kwantumwereld dat in de onze niet logisch lijkt. [Hoe Quantum Verstrengeling Werkt (Infographic)]

Maar wetenschappers zijn het er niet over eens waar de grens tussen de gewone en de kwantumwereld ligt - of dat het zelfs helemaal bestaat. Chiara Marletto, een natuurkundige aan de Universiteit van Oxford en een co-auteur van het recente artikel, dat op 10 oktober in The Journal of Physics Communications werd gepubliceerd, zei dat er geen reden is om te verwachten dat er een limiet is aan de omvang van kwantumeffecten.

"Ik ben geïnteresseerd in het bestuderen van de grens waar kwantumregels niet meer gelden", vertelde ze aan WordsSideKick.com. "Sommige mensen zeggen dat de kwantumtheorie geen universele theorie is, dus het is niet van toepassing op een object in het universum, maar het zal op een bepaald moment afgebroken worden. Mijn interesse is om te laten zien dat dat in feite niet het geval is."

Daartoe zijn Marletto en haar collega's teruggegaan en gekeken naar een paper die in 2017 werd gepubliceerd in het tijdschrift Small dat beperkte kwantumeffecten in bacteriën leek te vertonen. Ze bouwden een theoretisch model van wat er echt aan de hand was in dat University of Sheffield-experiment en het laat zien dat die bacteriën in feite verstrikt kunnen raken in lichtdeeltjes.

Dit is waarom dat zo'n radicaal idee is:

Kijk naar jezelf en kijk dan naar de persoon naast je. Je bent fysiek gescheiden wezens, toch?

Maar de kwantummechanica vertelt ons dat dit niet het geval hoeft te zijn. Deeltjes, of verzamelingen van deeltjes, kunnen in elkaar worden gebonden, "verstrikt", zodat hun golfvormen in elkaar grijpen. Geen van beide deeltjes kan worden begrepen of beschreven zonder ook de andere te beschrijven. En het meten van een fysiek kenmerk van één deeltje "verzwakt" de golfvorm van beide deeltjes. Scheid de deeltjes met duizenden mijlen, en je kunt nog steeds ogenblikkelijk de fysieke staat van een van hen leren door alleen de andere te meten.

Volgens de huidige kwantumtheorie is er geen limiet aan dit effect. Wat werkt voor een proton zou moeten werken voor een olifant. Maar in de praktijk zijn grotere systemen veel moeilijker te verwarren. En wetenschappers hebben gedebatteerd of levende wezens gewoon te ingewikkeld zijn om te verwarren. Je zou worstelen om twee olifanten te verstrikken om dezelfde reden als je het moeilijk zou vinden om olifanten te leren paren te schaatsen op Olympisch niveau: er is geen specifieke natuurwet die zegt dat het onmogelijk is, maar de meeste mensen zijn het erover eens dat dit niet mogelijk is.

En toch zei een team van onderzoekers aan de Universiteit van Sheffield in 2017 dat ze een toestand hadden gecreëerd van wat bekend staat als quantumkoppeling in fotosynthetische bacteriën. Ze plaatsten een paar honderd bacteriën in een kleine, spiegelende kamer en stuiterden tegen licht. (Op basis van de lengte van de minikamer bleef in de loop van de tijd alleen een bepaalde golflengte van licht bestaan, bekend als de resonantiefrequentie.) In de loop van de tijd leken zes van de bacteriën een beperkte kwantumverbinding met het licht te ontwikkelen. Dus leek de resonerende frequentie van het licht in de kleine ruimte te synchroniseren met de frequentie waarmee elektronen in en uit de polymeerspots van de fotosynthetische moleculen sprongen. (Kijk voor meer informatie over dit effect op deze link.)

Marletto zei dat haar model laat zien dat dit effect waarschijnlijk meer inhield dan alleen kwantumkoppeling. Er was waarschijnlijk nog iets vreemder aan de hand dan wat die experimentalisten beschreven, zei ze

De bacteriën, toonden zij en haar collega's, raakten waarschijnlijk verstrikt in het licht. Wat dit betekent is dat de vergelijkingen die worden gebruikt om elk van de golfvormen te definiëren - van zowel het licht als de bacteriën - één vergelijking worden. Geen van beide is oplosbaar zonder de ander. (Volgens de kwantummechanica kunnen alle objecten worden beschreven als zowel deeltjes als golven, maar praktisch gezien zijn "in" grote "objecten zoals bacteriën de golfvormen onmogelijk te zien of te meten.)

Net als de spreekwoordelijke kat van Schrödinger in een doos, leek het hele systeem te bestaan ​​in een onzekere onderwereld: de lichtdeeltjes lijken de bacteriën tegelijk te hebben geraakt en gemist.

Dit bewijst echter niet dat de bacteriën en het licht zeker verstrikt zijn geraakt - er zijn andere mogelijke verklaringen die klassieke fysica inhouden, en die zijn nog niet uitgesloten, zei ze.

"Wat ontbreekt in dit experiment is de mogelijkheid om verstrengeling op een diepere manier te bevestigen," zei ze.

Kwantumexperimenten omvatten vaak het meten van fysieke kenmerken van een verward deeltje om erachter te komen of die kenmerken het andere deeltje beïnvloeden. In dit geval zou dat betekenen dat we fysieke eigenschappen van de bacteriën meten in combinatie met fysieke eigenschappen van het licht. Dat was niet mogelijk in dit experiment, maar Marletto zei dat er al experimenten worden ontworpen die echte verstrengeling kunnen aantonen.

Nog interessanter, zei ze, is de vraag of de bacteriën de verstrengeling gebruiken op een manier die voor hen nuttig is, hoewel het beantwoorden van die vraag veel meer experimenteel werk zou vergen.

"Het is mogelijk dat natuurlijke selectie ertoe heeft geleid dat de bacteriën profiteren van kwantumeffecten," zei ze.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com