Что такое квантовый эффект Зенона?

В микромире элементарные частицы и атомы очень малы. На столько малы, что когда мы пытаемся приборами измерить какие-то характеристики атомов и элементарных частиц, то мы своими приборами вносим в эти характеристики свои изменения.

Одно из последствий этого факта хорошо известно на примере соотношения неопределенности. Например, при попытке измерить одну компоненту момента вращения, мы приборами вносим такое изменение в систему, что начинается прецессия (или что-то подобное), и в результате две другие компоненты момента вращения становятся неопределенными.

А квантовый эффект Зенона имеет место, когда мы проводим измерение системы в метастабильном состоянии. Как известно, система из такого состояния с помощью квантового подбарьерного туннелирования должна перейти в основное состояние (или просто более низкоуровневое), если энергетический барьер имеет конечную высоту и конечную ширину. Есть некоторая вероятность такого перехода, которая зависит от параметров барьера (высоты и ширины) и соотношения уровней энергии частицы, основного состояния и метастабильного состояния. Плотность вероятности обнаружить частицу, как бы, вытекает из метастабильного состояния в основное состояние и переходит в стационарное распределение.

Спрашивается, а что будет, если начать очень часто проводить какие-нибудь измерения частицы, находящейся в метастабильном состоянии? Например, очень часто мерить её координату, если переход частицы в основное состояние связан с изменением её координаты.

Будет квантовый эффект Зенона. Оказывается, что при таких измерениях мы будем мешать частицы перейти в основное состояние и она будет находиться в метастабильном состоянии очень долго, пока идут эти измерения.

В классической аналогии это выглядело бы так, словно тело катится в гору (и кинетической энергии вполне достаточно для преодоления горы), но кто-то очень большой и сильный бьет по телу так, что оно разворачивается и катится в обратную сторону. Потом, оттолкнувшись от противоположной стенки, тело снова катится на штурм горы, но снова получает удар, который не дает ей преодолеть гору.

Иначе говоря, система не может измениться, пока вы наблюдаете за ней.

Квантовый эффект Зенона наблюдается для частиц с дискретным энергетическим спектром, то есть для частиц, которые совершают финитное (ограниченное по пространству) движение.

Эффект назван в честь древнегреческого автора знаменитых парадоксов Зенона Элейского. А конкретно имелся в виду парадокс (точнее софизм) о летящей стреле, который формулируется так: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент она покоится, а поскольку она покоится в каждый момент времени, то она покоится всегда".