Teoria Schrödingera w prostych słowach. „Kot Schrödingera” – zabawny eksperyment myślowy

Było coś w rodzaju „wtórnego”. Sam rzadko zajmował się konkretnym problemem naukowym. Jego ulubionym gatunkiem pracy była odpowiedź na czyjeś badania naukowe, opracowanie tej pracy lub jej krytykę. Pomimo tego, że sam Schrödinger był z natury indywidualistą, zawsze potrzebował cudzej myśli, wsparcia dla dalsza praca. Pomimo tego osobliwego podejścia Schrödingerowi udało się dokonać wielu odkryć.

Informacje biograficzne

Teoria Schrödingera jest obecnie znana nie tylko studentom wydziałów fizyki i matematyki. Zainteresuje każdego, kto interesuje się popularnonauką. Teoria ta została stworzona przez słynnego fizyka E. Schrodingera, który przeszedł do historii jako jeden z twórców mechaniki kwantowej. Naukowiec urodził się 12 sierpnia 1887 roku w rodzinie właściciela fabryki ceraty. Przyszły naukowiec, który zasłynął na całym świecie ze swojej tajemnicy, jako dziecko lubił botanikę i rysunek. Jego pierwszym mentorem był jego ojciec. W 1906 Schrödinger rozpoczął studia na Uniwersytecie Wiedeńskim, podczas których zaczął podziwiać fizykę. Kiedy przyszedł pierwszy Wojna światowa naukowiec poszedł służyć jako artylerzysta. W czas wolny studiował teorie Alberta Einsteina.

Na początku 1927 r. w nauce rozwinęła się dramatyczna sytuacja. E. Schrödinger uważał, że idea ciągłości fal powinna stanowić podstawę teorii procesów kwantowych. Heisenberg natomiast uważał, że koncepcja dyskretności fal, a także idea skoków kwantowych, powinna być podstawą tego obszaru wiedzy. Niels Bohr nie przyjął żadnego ze stanowisk.

Postępy w nauce

Za koncepcję mechaniki falowej w 1933 Schrödinger otrzymał Nagrodę Nobla. Jednak wychowany w tradycjach fizyki klasycznej naukowiec nie mógł myśleć w innych kategoriach i nie uważał mechaniki kwantowej za pełnoprawną gałąź wiedzy. Nie mógł być usatysfakcjonowany dwoistym zachowaniem cząstek i próbował zredukować je wyłącznie do zachowania falowego. W rozmowie z N. Bohrem Schrödinger ujął to w ten sposób: „Jeśli planujemy zachować te skoki kwantowe w nauce, to generalnie żałuję, że połączyłem swoje życie z fizyką atomową”.

Dalsza praca badacza

Jednocześnie Schrödinger był nie tylko jednym z twórców nowoczesnej mechaniki kwantowej. To on wprowadził do użytku naukowego termin „obiektywizm opisu”. To jest okazja teorie naukowe opisywać rzeczywistość bez udziału obserwatora. Jego dalsze badania poświęcone były teorii względności, procesom termodynamicznym, nieliniowej elektrodynamice Borna. Ponadto naukowcy podjęli kilka prób stworzenia ujednoliconej teorii pola. Ponadto E. Schrödinger znał sześć języków.

Najsłynniejsza zagadka

Teoria Schrödingera, w której pojawia się ten sam kot, wyrosła z krytyki naukowca dotyczącej teorii kwantowej. Jednym z jego głównych postulatów jest to, że dopóki system nie jest obserwowany, znajduje się on w stanie superpozycji. Mianowicie w dwóch lub więcej stanach, które wykluczają wzajemne istnienie. Stan superpozycji w nauce ma następującą definicję: jest to zdolność kwantu, którym może być również elektron, foton lub np. jądro atomu, do przebywania jednocześnie w dwóch lub nawet dwóch stanach. wskazuje w przestrzeni w czasie, gdy nikt go nie obserwuje.

Przedmioty w różnych światach

Zwykłemu człowiekowi bardzo trudno jest zrozumieć taką definicję. W końcu każdy obiekt świata materialnego może znajdować się albo w jednym punkcie przestrzeni, albo w innym. Zjawisko to można zilustrować w następujący sposób. Obserwator bierze dwa pudełka i wkłada do jednego z nich piłkę tenisową. Będzie jasne, że jest w jednym pudełku, a nie w drugim. Ale jeśli umieścimy elektron w jednym z pojemników, prawdziwe będzie następujące stwierdzenie: ta cząsteczka znajduje się jednocześnie w dwóch pudełkach, bez względu na to, jak paradoksalne może się to wydawać. W ten sam sposób elektron w atomie nie znajduje się w ściśle określonym punkcie w takim czy innym czasie. Obraca się wokół jądra, znajdując się jednocześnie we wszystkich punktach orbity. W nauce zjawisko to nazywane jest „chmurą elektronów”.

Co naukowiec chciał udowodnić?

W ten sposób zachowanie małych i dużych obiektów jest zaimplementowane w zupełnie inny sposób. różne zasady. W świecie kwantowym istnieją pewne prawa, aw makrokosmosie - zupełnie inne. Nie ma jednak takiej koncepcji, która wyjaśniałaby przejście ze świata przedmioty materialne znane ludziom z mikroświata. Teoria Schrödingera powstała w celu wykazania niewystarczalności badań w dziedzinie fizyki. Naukowiec chciał pokazać, że istnieje nauka, której celem jest opisywanie małych obiektów i istnieje dziedzina wiedzy, która bada zwykłe przedmioty. W dużej mierze dzięki pracy naukowca fizyka została podzielona na dwa obszary: kwantową i klasyczną.

Teoria Schrödingera: opis

Naukowiec opisał swój słynny eksperyment myślowy w 1935 roku. W swojej realizacji Schrödinger oparł się na zasadzie superpozycji. Schrödinger podkreślał, że dopóki nie obserwujemy fotonu, może to być albo cząstka, albo fala; zarówno czerwony, jak i zielony; zarówno okrągłe, jak i kwadratowe. Ta zasada nieoznaczoności, która bezpośrednio wynika z koncepcji dualizmu kwantowego, została wykorzystana przez Schrödingera w swojej słynnej kociej zagadce. Znaczenie eksperymentu w skrócie jest następujące:

Kota umieszcza się w zamkniętym pudełku, a także w pojemniku zawierającym kwas cyjanowodorowy i substancję radioaktywną.
Jądro może rozpaść się w ciągu godziny. Prawdopodobieństwo tego wynosi 50%.
Jeśli jądro atomowe rozpadnie się, zostanie to odnotowane przez licznik Geigera. Mechanizm zadziała, a skrzynka z trucizną zostanie zepsuta. Kot umrze.
Jeśli rozkład nie nastąpi, kot Schrödingera będzie żywy.

Zgodnie z tą teorią, dopóki kot nie zostanie zaobserwowany, znajduje się on jednocześnie w dwóch stanach (martwym i żywym), podobnie jak jądro atomu (rozłożone lub nierozpadające się). Oczywiście jest to możliwe tylko zgodnie z prawami świata kwantowego. W makrokosmosie kot nie może być jednocześnie żywy i martwy.

Paradoks obserwatora

Aby zrozumieć istotę teorii Schrödingera, konieczne jest również zrozumienie paradoksu obserwatora. Jego znaczenie jest takie, że obiekty mikrokosmosu mogą znajdować się jednocześnie w dwóch stanach tylko wtedy, gdy nie są obserwowane. Na przykład tak zwany „eksperyment z 2 szczelinami i obserwatorem” jest znany w nauce. Na nieprzezroczystej płycie, w której wykonano dwie pionowe szczeliny, naukowcy skierowali wiązkę elektronów. Na ekranie za płytą elektrony malowały wzór fal. Innymi słowy, zostawili czarno-białe paski. Kiedy naukowcy chcieli obserwować, jak elektrony przelatują przez szczeliny, cząstki wyświetlały na ekranie tylko dwa pionowe paski. Zachowywały się jak cząsteczki, a nie fale.

Wyjaśnienie dotyczące Kopenhagi

Współczesne wyjaśnienie teorii Schrödingera nazywa się kopenhaskim. Opierając się na paradoksie obserwatora, brzmi to tak: dopóki nikt nie obserwuje jądra atomu w układzie, znajduje się ono jednocześnie w dwóch stanach - zepsutym i nierozłożonym. Jednak stwierdzenie, że kot jest jednocześnie żywy i martwy, jest skrajnie błędne. W końcu te same zjawiska nigdy nie są obserwowane w makrokosmosie jak w mikrokosmosie.

Dlatego rozmawiamy nie o systemie „kociego rdzenia”, ale o tym, że licznik Geigera i jądro atomu są ze sobą połączone. Jądro może wybrać taki lub inny stan w momencie dokonywania pomiarów. Wybór ten nie następuje jednak w momencie, gdy eksperymentator otwiera pudełko z kotem Schrödingera. W rzeczywistości otwarcie pudełka odbywa się w makrokosmosie. Innymi słowy, w systemie, który jest bardzo oddalony od świata atomowego. W związku z tym jądro wybiera swój stan dokładnie w momencie uderzenia w detektor licznika Geigera. Tak więc Erwin Schrödinger w swoim eksperymencie myślowym nie opisał w pełni systemu.

Ogólne wnioski

Zatem nie jest całkowicie poprawne kojarzenie makrosystemu ze światem mikroskopowym. W makrokosmosie prawa kwantowe tracą na sile. Jądro atomu może znajdować się jednocześnie w dwóch stanach tylko w mikrokosmosie. Tego samego nie można powiedzieć o kocie, ponieważ jest on obiektem makrokosmosu. Dlatego tylko na pierwszy rzut oka wydaje się, że kot przechodzi z superpozycji do jednego ze stanów w momencie otwierania pudełka. W rzeczywistości jego los jest determinowany w momencie interakcji jądra atomowego z detektorem. Wniosek można wysnuć w następujący sposób: stan systemu w zagadce Erwina Schrödingera nie ma nic wspólnego z osobą. Nie zależy to od eksperymentatora, ale od detektora – obiektu, który „obserwuje” jądro.

Kontynuacja koncepcji

Teoria Schrödingera w prostych słowach jest opisany w następujący sposób: podczas gdy obserwator nie patrzy na układ, może znajdować się jednocześnie w dwóch stanach. Jednak inny naukowiec - Eugene Wigner poszedł dalej i postanowił doprowadzić koncepcję Schrödingera do całkowitego absurdu. „Przepraszam!”, powiedział Wigner, „a co jeśli obok eksperymentatora obserwującego kota jest jego kolega?” Partner nie wie, co dokładnie sam eksperymentator widział w chwili, gdy otwierał pudełko z kotem. Kot Schrödingera wychodzi ze stanu superpozycji. Jednak nie dla kolegi obserwatora. Dopiero w tym momencie, kiedy los kota staje się znany temu ostatniemu, zwierzę można ostatecznie nazwać żywym lub martwym. Ponadto na planecie Ziemia żyją miliardy ludzi. A ostateczny werdykt można wydać tylko wtedy, gdy wynik eksperymentu stanie się własnością wszystkich żywych istot. Oczywiście wszystkim ludziom można pokrótce opowiedzieć o losie kota i teorii Schrödingera, ale jest to bardzo długi i żmudny proces.

Eksperyment myślowy Schrödingera nigdy nie obalił zasad dualizmu kwantowego w fizyce. W pewnym sensie każde stworzenie nie może być nazwane ani żywym, ani martwym (będącym w superpozycji), o ile jest przynajmniej jedna osoba, która go nie obserwuje.

Jeśli interesuje Cię artykuł na temat fizyki kwantowej, istnieje duże prawdopodobieństwo, że pokochasz serię Teoria Wielkiego Wybuchu. Sheldon Cooper wymyślił więc nową interpretację Eksperyment myślowy Schrödingera(Film z tym fragmentem znajdziecie na końcu artykułu). Aby jednak zrozumieć dialog Sheldona z sąsiadką Penny, zwróćmy się najpierw do interpretacji klasycznej. Tak więc Kot Schrödingera w prostych słowach.

W tym artykule przyjrzymy się:

Krótkie tło historyczne
Opis eksperymentu z Kotem Schrödingera
Rozwiązywanie paradoksu Kota Schrödingera

Od razu dobre wieści. Podczas eksperymentu Kot Schrödingera nie został skrzywdzony. Ponieważ fizyk Erwin Schrödinger, jeden z twórców mechaniki kwantowej, przeprowadził tylko eksperyment myślowy.

Zanim zagłębimy się w opis eksperymentu, zróbmy mini dygresję do historii.

Na początku ubiegłego wieku naukowcom udało się zajrzeć w mikrokosmos. Pomimo zewnętrznego podobieństwa modelu „atom-elektron” do modelu „Słońce-Ziemia”, okazało się, że znane nam newtonowskie prawa fizyki klasycznej nie działają w mikrokosmosie. Dlatego nie było nowa nauka- fizyka kwantowa i jej składnik - mechanika kwantowa. Wszystkie mikroskopijne obiekty mikroświata nazwano kwantami.

Uwaga! Jednym z postulatów mechaniki kwantowej jest „superpozycja”. Przyda nam się to do zrozumienia istoty eksperymentu Schrödingera.

„Superpozycja” to zdolność kwantu (może to być elektron, foton, jądro atomu) nie jest w jednym, ale w kilku stanach jednocześnie lub znajduje się w kilku punktach przestrzeni jednocześnie , jeśli nikt nie patrzy

Trudno nam to zrozumieć, ponieważ w naszym świecie obiekt może mieć tylko jeden stan, na przykład być, żywy lub martwy. I może być tylko w jednym konkretnym miejscu w przestrzeni. Możesz przeczytać o „superpozycji” i oszałamiających wynikach eksperymentów fizyki kwantowej w tym artykule.

Oto prosta ilustracja różnicy w zachowaniu obiektów mikro i makro. Umieść piłkę w jednym z 2 pudełek. Dlatego piłka jest obiektem naszego makroświata, pewnie powiecie: „Piłka leży tylko w jednym z pudełek, podczas gdy drugie jest puste”. Jeśli zamiast kuli weźmiesz elektron, wtedy prawdziwe będzie stwierdzenie, że jest on jednocześnie w 2 pudełkach. Tak działają prawa mikroświata. Przykład: elektron w rzeczywistości nie kręci się wokół jądra atomu, ale jednocześnie znajduje się we wszystkich punktach kuli wokół jądra. W fizyce i chemii zjawisko to nazywane jest „chmurą elektronów”.

Streszczenie. Zdaliśmy sobie sprawę, że zachowanie bardzo małego obiektu i dużego obiektu podlega różnym prawom. Odpowiednio prawa fizyki kwantowej i prawa fizyki klasycznej.

Ale nie ma nauki, która opisałaby przejście od makrokosmosu do mikrokosmosu. Tak więc Erwin Schrödinger opisał swój eksperyment myślowy tylko po to, by zademonstrować niekompletność ogólnej teorii fizyki. Chciał, aby paradoks Schrödingera pokazał, że istnieje nauka do opisywania dużych obiektów (fizyka klasyczna) i nauka do opisywania mikroobiektów (fizyka kwantowa). Ale nie ma wystarczającej nauki, aby opisać przejście od systemów kwantowych do makrosystemów.

Opis eksperymentu z Kotem Schrödingera

Erwin Schrödinger opisał eksperyment myślowy z kotami w 1935 roku. Oryginalna wersja opisu eksperymentu jest przedstawiona w Wikipedii ( Kot Schrödingera Wikipedia).

Oto wersja opisu eksperymentu Kot Schrödingera w prostych słowach:

Kot został umieszczony w zamkniętym stalowym pudełku.
W „skrzynce Schrödingera” znajduje się urządzenie z radioaktywnym rdzeniem i trującym gazem umieszczone w pojemniku.
Jądro może rozpaść się w ciągu 1 godziny lub nie. Prawdopodobieństwo rozpadu wynosi 50%.
Jeśli jądro rozpada się, licznik Geigera to zarejestruje. Przekaźnik zadziała i młotek rozbije zbiornik z gazem. Kot Schrödingera nie żyje.
Jeśli nie, to kot Schrödingera będzie żył.

Zgodnie z prawem „superpozycji” mechaniki kwantowej, w czasie, gdy nie obserwujemy układu, jądro atomu (a co za tym idzie kota) jest jednocześnie w 2 stanach. Jądro znajduje się w stanie zepsutym/nierozłożonym. A kot jest jednocześnie żywy i martwy.

Ale wiemy na pewno, że jeśli „pudełko Schrödingera” zostanie otwarte, kot może znajdować się tylko w jednym ze stanów:

jeśli rdzeń się nie rozpadł, nasz kot żyje
jeśli rdzeń się rozpadł, kot jest martwy

Paradoks eksperymentu polega na tym, że zgodnie z fizyką kwantową: przed otwarciem pudełka kot jest jednocześnie żywy i martwy, ale zgodnie z prawami fizyki naszego świata jest to niemożliwe. Kot może być w jednym konkretnym stanie - być żywym lub martwym. Nie ma jednocześnie „kotu żywego/martwego” w stanie mieszanym.

Zanim zdobędziesz wskazówkę, obejrzyj ten wspaniały film przedstawiający paradoks eksperymentu kota Schrödingera (mniej niż 2 minuty):

Rozwiązywanie paradoksu Kota Schrödingera – interpretacja kopenhaska

Teraz wskazówka. Zwróć uwagę na szczególną tajemnicę mechaniki kwantowej - paradoks obserwatora. Obiekt mikroświata (w naszym przypadku rdzeń) znajduje się w kilku stanach jednocześnie tylko tak długo, jak nie monitorujemy systemu.

Na przykład, słynny eksperyment z 2 szczelinami i obserwatorem. Kiedy wiązka elektronów została skierowana na nieprzezroczystą płytę z 2 pionowymi szczelinami, to na ekranie za płytą elektrony rysowały „wzór fal” - pionowe naprzemienne ciemne i jasne paski. Ale kiedy eksperymentatorzy chcieli „zobaczyć”, jak elektrony przelatują przez szczeliny i zainstalowali „obserwatora” z boku ekranu, elektrony rysowały na ekranie nie „wzór fal”, ale 2 pionowe paski. Tych. zachowywał się nie jak fale, ale jak cząsteczki.

Wydaje się, że cząstki kwantowe same decydują o tym, jaki stan przyjmą w momencie, gdy zostaną „mierzone”.

Na tej podstawie współczesne wyjaśnienie (interpretacja) kopenhaskie zjawiska „Kota Schrödingera” brzmi tak:

Podczas gdy nikt nie obserwuje systemu „kociego rdzenia”, rdzeń jest jednocześnie w stanie zepsutym/nierozłożonym. Ale błędem jest stwierdzenie, że kot jest jednocześnie żywy i martwy. Czemu? Tak, ponieważ zjawisk kwantowych nie obserwuje się w makrosystemach. Bardziej słusznie jest mówić nie o systemie „cat-core”, ale o systemie „jądro-detektor (licznik Geigera)”.

Jądro w momencie obserwacji (lub pomiaru) wybiera jeden ze stanów (z rozpadem/nierozpadem). Ale wybór ten nie ma miejsca w momencie, gdy eksperymentator otwiera pudełko (otwarcie pudełka następuje w makrokosmosie, bardzo daleko od świata jądra). Jądro wybiera swój stan w momencie uderzenia w detektor. Chodzi o to, że system nie jest wystarczająco opisany w eksperymencie.

Tak więc kopenhaska interpretacja paradoksu Kota Schrödingera zaprzecza temu, że przed otwarciem pudełka Kot Schrödingera znajdował się w stanie superpozycji – był jednocześnie w stanie żywego/martwego kota. Kot w makrokosmosie może i jest tylko w jednym stanie.

Streszczenie. Schrödinger nie opisał w pełni eksperymentu. Nie jest poprawny (a dokładniej niemożliwy do połączenia) układy makroskopowe i kwantowe. Prawa kwantowe nie działają w naszych makrosystemach. W tym eksperymencie nie oddziałuje „rdzeń kota”, ale „rdzeń detektora kota”. Kot pochodzi z makrokosmosu, a system „rdzeń detektora” z mikrokosmosu. I tylko w swoim kwantowym świecie jądro może znajdować się w 2 stanach jednocześnie. Dzieje się to przed momentem pomiaru lub interakcji jądra z detektorem. Kot w swoim makrokosmosie może być i jest tylko w jednym stanie. Dlatego, tylko na pierwszy rzut oka wydaje się, że stan kota „żywy lub martwy” jest określany w momencie otwarcia pudełka. W rzeczywistości o jego losie decyduje moment interakcji detektora z jądrem.

Podsumowanie końcowe. Stan układu „detektor-jądro-kot” jest związany NIE z osobą – obserwatorem za pudełkiem, ale z detektorem – obserwatorem za jądrem.

Uff. Prawie pranie mózgu! Ale jak przyjemnie jest zrozumieć klucz do paradoksu! Jak w starym studenckim dowcipie o nauczycielu: „Kiedy opowiadałem, sam to zrozumiałem!”.

Interpretacja Sheldona paradoksu kota Schrödingera

Teraz możesz usiąść i posłuchać najnowszej interpretacji eksperymentu myślowego Schrödingera autorstwa Sheldona. Istotą jego interpretacji jest to, że można ją zastosować w relacjach między ludźmi. Rozumieć dobry związek między mężczyzną a kobietą lub złym - musisz otworzyć pudełko (idź na randkę). A wcześniej są jednocześnie dobrzy i źli.

Jak ci się podoba ten „słodki eksperyment”? W naszych czasach Schrödinger zostałby ukarany przez obrońców praw zwierząt za tak brutalne eksperymenty myślowe z kotem. A może to nie był kot, tylko Kot Schrödingera?! Biedna dziewczyna, cierpiała na tego Schrodingera (((

Do zobaczenia w kolejnych postach!

Życzę wszystkim miłego dnia i miłego wieczoru!

PS Podziel się swoimi przemyśleniami w komentarzach. I zadawaj pytania.

PS Subskrybuj bloga – formularz zapisu znajduje się pod artykułem.

W 1935 roku wielki fizyk, laureat Nagrody Nobla i twórca mechaniki kwantowej Erwin Schrödinger sformułował swój słynny paradoks.

Naukowiec zasugerował, że jeśli weźmiesz pewnego kota i umieścisz go w nieprzezroczystym stalowym pudełku z „piekielną maszyną”, to za godzinę będzie on jednocześnie żywy i martwy. Mechanizm w pudełku jest następujący: wewnątrz licznika Geigera znajduje się mikroskopijna ilość materiału radioaktywnego, który może rozpaść się na jeden atom w ciągu godziny; w tym przypadku może nie rozpadać się z takim samym prawdopodobieństwem. Jeśli dojdzie do rozpadu, wówczas mechanizm dźwigni zadziała i młotek rozbije naczynie kwasem cyjanowodorowym i kot umrze; jeśli nie ma rozkładu, naczynie pozostanie nienaruszone, a kot będzie żywy i zdrowy.

Gdyby nie kot i pudełko, ale świat cząstek subatomowych, naukowcy powiedzieliby, że kot jest jednocześnie żywy i martwy, ale w makrokosmosie ten wniosek jest błędny. Dlaczego więc operujemy takimi koncepcjami, jeśli chodzi o mniejsze cząstki materii?

Ilustracja Schrödingera jest najlepszym przykładem opisu głównego paradoksu fizyki kwantowej: zgodnie z jej prawami cząstki, takie jak elektrony, fotony, a nawet atomy, istnieją jednocześnie w dwóch stanach („żywych” i „martwych”, jeśli pamiętasz cierpliwy kot). Stany te nazywane są superpozycjami.

Amerykański fizyk Art Hobson (Art Hobson) z University of Arkansas (Arkansas State University) zaproponował rozwiązanie tego paradoksu.

„Pomiary w fizyce kwantowej opierają się na działaniu pewnych urządzeń makroskopowych, takich jak licznik Geigera, który określa stan kwantowy układów mikroskopowych – atomów, fotonów i elektronów. jakieś urządzenie makroskopowe, rozróżniające dwa różne stany układu, wówczas urządzenie (np. licznik Geigera) wejdzie w stan splątania kwantowego i jednocześnie będzie w dwóch superpozycjach, jednak nie da się zaobserwować tego zjawiska bezpośrednio , co czyni go niedopuszczalnym – mówi fizyk.

Hobson mówi, że w paradoksie Schrödingera kot odgrywa rolę urządzenia makroskopowego, licznika Geigera, połączonego z radioaktywnym jądrem w celu określenia stanu rozpadu lub „nierozpadu” tego jądra. W tym przypadku żywy kot byłby wskaźnikiem „nierozkładu”, a martwy kot byłby wskaźnikiem rozkładu. Ale zgodnie z teorią kwantową kot, podobnie jak jądro, musi znajdować się w dwóch superpozycjach życia i śmierci.

Zamiast tego, zdaniem fizyka, stan kwantowy kota musi być spleciony ze stanem atomu, co oznacza, że są ze sobą w „nielokalnym połączeniu”. Oznacza to, że jeśli stan jednego z splątanych obiektów nagle zmieni się na przeciwny, to stan jego pary również zmieni się w ten sam sposób, bez względu na to, jak bardzo są od siebie oddalone. Czyniąc to, Hobson odwołuje się do tej teorii kwantowej.

„Najbardziej interesującą rzeczą w teorii splątania kwantowego jest to, że zmiana stanu obu cząstek następuje natychmiast: żaden sygnał świetlny ani elektromagnetyczny nie miałby czasu na przesłanie informacji z jednego układu do drugiego. Można więc powiedzieć, że jest to jeden obiekt podzielony na dwie części przestrzeni, bez względu na odległość między nimi”, wyjaśnia Hobson.

Kot Schrödingera nie jest już żywy i martwy jednocześnie. Jest martwy, jeśli rozkład się wydarzy, i żywy, jeśli rozkład nigdy się nie wydarzy.

Dodajmy, że podobne rozwiązania tego paradoksu były proponowane przez trzy kolejne grupy naukowców w ciągu ostatnich trzydziestu lat, ale nie były traktowane poważnie i pozostały niezauważone w szerokim środowisku naukowym. Hobson zauważa, że rozwiązanie paradoksów mechaniki kwantowej, przynajmniej teoretyczne, jest absolutnie niezbędne do jej głębokiego zrozumienia.

Ze wstydem chcę się przyznać, że słyszałem to wyrażenie, ale w ogóle nie wiedziałem, co ono oznacza i przynajmniej na jaki temat zostało użyte. Pozwól, że opowiem Ci, co przeczytałem w Internecie o tym kocie ...

« Kot Shroedingera» - tak nazywa się słynny eksperyment myślowy słynnego austriackiego fizyka teoretyka Erwina Schrödingera, który jest również laureatem nagroda Nobla. Za pomocą tego fikcyjnego eksperymentu naukowiec chciał pokazać niekompletność mechaniki kwantowej w przejściu od układów subatomowych do układów makroskopowych.

Oryginalny artykuł Erwina Schrödingera został opublikowany w 1935 roku. Oto cytat:

Możesz także konstruować futerały, w których wystarczy burleska. Niech jakiś kot zostanie zamknięty w stalowej komorze wraz z następującą diabelską maszyną (która powinna być niezależna od interwencji kota): wewnątrz licznika Geigera znajduje się maleńka ilość materiału radioaktywnego, tak mała, że tylko jeden atom może się w niej rozłożyć godzinę, ale z tym samym prawdopodobieństwo może się nie rozpaść; jeśli tak się stanie, rurka odczytowa jest rozładowana i aktywowany jest przekaźnik, obniżający młotek, który łamie stożek kwasu cyjanowodorowego.

Jeśli zostawimy cały ten układ samemu sobie na godzinę, to możemy powiedzieć, że po tym czasie kot będzie żył, o ile atom się nie rozpadnie. Pierwszy rozpad atomu zatrułby kota. Funkcja psi systemu jako całości wyrazi to poprzez zmieszanie się lub rozsmarowanie żywego i martwego kota (wybaczcie wyrażenie) w równych proporcjach. Typowe w podobne przypadki jest to, że niepewność pierwotnie ograniczona do świata atomowego przekształca się w niepewność makroskopową, którą można wyeliminować przez bezpośrednią obserwację. To uniemożliwia nam naiwne zaakceptowanie „modelu rozmycia” jako odzwierciedlającego rzeczywistość. Samo w sobie nie oznacza to nic niejasnego ani sprzecznego. Istnieje różnica między rozmytym lub nieostrym zdjęciem a ujęciem chmury lub mgły.

Innymi słowy:

Jest pudełko i kot. Pudełko zawiera mechanizm zawierający radioaktywne jądro atomowe oraz pojemnik z trującym gazem. Parametry eksperymentalne dobiera się tak, aby prawdopodobieństwo rozpadu jądrowego w ciągu 1 godziny wynosiło 50%. Jeśli rdzeń rozpadnie się, pojemnik z gazem się otworzy i kot umrze. Jeśli jądro się nie rozpadnie, kot pozostanie przy życiu i ma się dobrze.
Zamykamy kota w pudełku, czekamy godzinę i zadajemy sobie pytanie: czy kot żyje czy nie żyje?
Mechanika kwantowa niejako mówi nam, że jądro atomowe (a tym samym kot) znajduje się we wszystkich możliwych stanach w tym samym czasie (patrz superpozycja kwantowa). Zanim otworzyliśmy pudełko, układ „koci rdzeń” jest w stanie „rdzeń zepsuł się, kot nie żyje” z prawdopodobieństwem 50% oraz w stanie „jądro nie zepsuło się, kot żyje” z prawdopodobieństwem 50%. Okazuje się, że kot siedzący w pudełku jest jednocześnie żywy i martwy.
Zgodnie ze współczesną interpretacją kopenhaską kot jest nadal żywy/martwy bez żadnych stanów pośrednich. A wybór stanu rozpadu jądra następuje nie w momencie otwierania pudełka, ale nawet wtedy, gdy jądro wchodzi do detektora. Ponieważ redukcja funkcji falowej układu „kot-detektor-jądro” nie jest związana z ludzkim obserwatorem pudełka, ale jest połączona z detektorem-obserwatorem jądra.

Zgodnie z mechaniką kwantową, jeśli nie obserwuje się jądra atomu, to jego stan opisuje mieszanina dwóch stanów - rozłożonego jądra i nierozłożonego jądra, a więc kota siedzącego w pudełku i uosabiającego jądro atomu jest jednocześnie żywy i martwy. Jeśli pudełko jest otwarte, eksperymentator może zobaczyć tylko jeden konkretny stan - "jądro rozpadło się, kot nie żyje" lub "jądro nie rozpadło się, kot żyje".

Istota ludzkiego języka

Eksperyment Schrödingera pokazał, że z punktu widzenia mechaniki kwantowej kot jest jednocześnie żywy i martwy, co nie może być prawdą. W konsekwencji mechanika kwantowa ma poważne wady.

Pytanie brzmi: kiedy system przestaje istnieć jako mieszanina dwóch stanów i wybiera jeden konkretny? Celem eksperymentu jest wykazanie, że mechanika kwantowa jest niekompletna bez pewnych reguł, które określają, w jakich warunkach funkcja falowa załamuje się, a kot albo staje się martwy, albo pozostaje żywy, ale przestaje być mieszanką obu. Ponieważ jasne jest, że kot musi być albo żywy, albo martwy (nie ma stanu pośredniego między życiem a śmiercią), tak samo będzie z jądrem atomowym. Musi być albo podzielony, albo nie podzielony (Wikipedia).

Inną najnowszą interpretacją eksperymentu myślowego Schrödingera jest historia Sheldona Coopera, bohatera serii „Teoria wielkiego podrywu”, o której rozmawiał z mniej wykształconą sąsiadką Penny. W opowieści Sheldona chodzi o to, że pojęcie kota Schrödingera można zastosować do relacji między ludźmi. Aby zrozumieć, co dzieje się między mężczyzną a kobietą, jaki rodzaj relacji między nimi: dobry czy zły, wystarczy otworzyć pudełko. Do tego czasu relacje są zarówno dobre, jak i złe.

Poniżej znajduje się klip wideo z dialogu „Teoria Wielkiego Wybuchu” między Sheldonem i Peny.

Amerykański fizyk Art Hobson (Art Hobson) z University of Arkansas (Arkansas State University) zaproponował rozwiązanie tego paradoksu.

„Pomiary w fizyce kwantowej opierają się na działaniu pewnych urządzeń makroskopowych, takich jak licznik Geigera, które określają stan kwantowy układów mikroskopowych — atomów, fotonów i elektronów. Teoria kwantowa sugeruje, że jeśli podłączysz układ mikroskopowy (cząstka) do jakiegoś urządzenia makroskopowego, które rozróżnia dwa różne stany układu, to urządzenie (na przykład licznik Geigera) przejdzie w stan splątania kwantowego i jednocześnie będzie w dwóch superpozycjach. Nie da się jednak bezpośrednio zaobserwować tego zjawiska, przez co jest niedopuszczalne – mówi fizyk.

Hobson mówi, że w paradoksie Schrödingera kot odgrywa rolę urządzenia makroskopowego, licznika Geigera, połączonego z radioaktywnym jądrem w celu określenia stanu rozpadu lub „nierozpadu” tego jądra. W tym przypadku żywy kot będzie wskaźnikiem „nierozkładu”, a martwy kot będzie wskaźnikiem rozkładu. Ale zgodnie z teorią kwantową kot, podobnie jak jądro, musi znajdować się w dwóch superpozycjach życia i śmierci.

Zamiast tego, zdaniem fizyka, stan kwantowy kota musi być spleciony ze stanem atomu, co oznacza, że są ze sobą w „nielokalnym połączeniu”. Oznacza to, że jeśli stan jednego z splątanych obiektów nagle zmieni się na przeciwny, to stan jego pary również zmieni się w ten sam sposób, bez względu na to, jak bardzo są od siebie oddalone. Jednocześnie Hobson odwołuje się do eksperymentalnego potwierdzenia tej teorii kwantowej.

„Najbardziej interesującą rzeczą w teorii splątania kwantowego jest to, że zmiana stanu obu cząstek zachodzi natychmiast: żaden sygnał świetlny ani elektromagnetyczny nie miałby czasu na przesłanie informacji z jednego układu do drugiego. Można więc powiedzieć, że jest to jeden obiekt podzielony na dwie części przez przestrzeń, bez względu na to, jak duża jest odległość między nimi”, wyjaśnia Hobson.

Kot Schrödingera nie jest już żywy i martwy jednocześnie. Jest martwy, jeśli rozkład się wydarzy, i żywy, jeśli rozkład nigdy się nie wydarzy.

Schrödinger

I dopiero niedawno TEORETYCY WYJAŚNIAJĄ W JAKI SPOSÓB ZABIJA GRAWITACJA KOT SCHROEDINGER, ale jest coraz trudniej...

Z reguły fizycy wyjaśniają zjawisko, że superpozycja jest możliwa w świecie cząstek, ale niemożliwa w przypadku kotów lub innych makroobiektów, ingerencji ze strony środowisko. Gdy obiekt kwantowy przechodzi przez pole lub wchodzi w interakcję z przypadkowymi cząsteczkami, natychmiast przyjmuje tylko jeden stan - tak jakby był mierzony. W ten sposób załamuje się superpozycja, jak wierzyli naukowcy.

Ale nawet gdyby w jakiś sposób udało się wyizolować makroobiekt, który jest w stanie superpozycji, od oddziaływań z innymi cząstkami i polami, to prędzej czy później przyjmie on jeden stan. Przynajmniej dotyczy to procesów zachodzących na powierzchni Ziemi.

„Gdzieś w przestrzeni międzygwiezdnej kot miałby szansę zachować spójność kwantową, ale na Ziemi lub w pobliżu jakiejkolwiek planety jest to niezwykle mało prawdopodobne. Powodem tego jest grawitacja ”- wyjaśnia główny autor nowego badania, Igor Pikovski z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovsky i jego koledzy z Uniwersytet Wiedeński twierdzą, że grawitacja ma destrukcyjny wpływ na superpozycje kwantowe makroobiektów i dlatego nie obserwujemy takich zjawisk w makrokosmosie. Nawiasem mówiąc, podstawową koncepcję nowej hipotezy podsumowano w: film fabularny"Międzygwiezdny".

Ogólna teoria względności Einsteina stwierdza, że niezwykle masywny obiekt wypaczy czasoprzestrzeń w jego pobliżu. Biorąc pod uwagę sytuację na mniejszym poziomie, można powiedzieć, że dla cząsteczki umieszczonej blisko powierzchni Ziemi czas będzie płynął nieco wolniej niż dla tej znajdującej się na orbicie naszej planety.

Ze względu na wpływ grawitacji na czasoprzestrzeń, cząsteczka, która znajduje się pod tym wpływem, doświadczy odchylenia swojego położenia. A to z kolei powinno wpływać również na jego energię wewnętrzną – drgania cząsteczek w cząsteczce, które zmieniają się w czasie. Jeśli cząsteczka zostanie wprowadzona w stan kwantowej superpozycji dwóch lokalizacji, to związek między pozycją a energią wewnętrzną wkrótce zmusi cząsteczkę do „wybrania” tylko jednej z dwóch pozycji w przestrzeni.

„W większości przypadków zjawisko dekoherencji jest związane z wpływami zewnętrznymi, ale w ta sprawa wewnętrzne wibracje cząstek oddziałują z ruchem samej cząsteczki” – wyjaśnia Pikovsky.

Efekt ten nie został jeszcze zaobserwowany, ponieważ inne źródła dekoherencji, takie jak: pola magnetyczne, promieniowanie cieplne i wibracje są na ogół znacznie silniejsze i powodują awarię systemów kwantowych na długo przed grawitacją. Ale eksperymentatorzy starają się sprawdzić postawioną hipotezę.

Podobną konfigurację można by również wykorzystać do testowania zdolności grawitacji do niszczenia systemów kwantowych. Aby to zrobić, konieczne będzie porównanie interferometrów pionowych i poziomych: w pierwszym superpozycja wkrótce zniknie z powodu dylatacji czasu na różnych „wysokościach” ścieżki, podczas gdy w drugim superpozycja kwantowa może się utrzymywać .

Kot Schrödingera to słynny eksperyment myślowy. Umieścił go sławny Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki – austriacki naukowiec Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger.

Istota eksperymentu była następująca. Kota umieszczono w zamkniętej komorze (pudełku). Pudełko jest wyposażone w mechanizm, który zawiera radioaktywny rdzeń i trujący gaz. Parametry są tak dobrane, aby prawdopodobieństwo rozpadu jądrowego w ciągu jednej godziny wynosiło dokładnie pięćdziesiąt procent. Jeśli rdzeń rozpadnie się, mechanizm zadziała i otworzy się pojemnik z trującym gazem. Dlatego kot Schrödingera umrze.

Zgodnie z prawem, jeśli nie obserwujesz jądra, to jego stany będą opisane według dwóch głównych stanów - jądra zepsutego i nierozłożonego. I tu pojawia się paradoks: kot Schrödingera, który siedzi w pudełku, może być jednocześnie martwy i żywy. Ale jeśli pudełko zostanie otwarte, eksperymentator zobaczy tylko jeden konkretny stan. Albo „jądro rozpadło się i kot nie żyje” albo „jądro się nie rozpadło i kot Schrödingera żyje”.

Logicznie rzecz biorąc, będziemy mieli jedno z dwóch wyjść: albo żywy kot, albo martwy. Ale w potencjale zwierzę znajduje się jednocześnie w obu stanach. Schrodinger próbował w ten sposób udowodnić swoją opinię na temat ograniczeń mechaniki kwantowej.

Zgodnie z interpretacją kopenhaską, a w szczególności z tym eksperymentem, kot w jednej ze swoich potencjalnych faz (martwy żywy) nabywa te właściwości dopiero po ingerencji obserwatora z zewnątrz. Ale tak długo, jak ten obserwator nie jest obecny (to oznacza obecność konkretnej osoby, która ma cnoty jasności widzenia i świadomości), kot będzie w zawieszeniu „między życiem a śmiercią”.

Słynna starożytna przypowieść o samotnie chodzącym kocie nabiera nowych, ciekawych odcieni w kontekście tego eksperymentu.

Według Everetta, który wyraźnie różni się od klasycznego kopenhaskiego, proces obserwacji nie jest uważany za coś specjalnego. Obie tezy stwierdzają, że kot Schrödingera może być w tej interpretacji. Ale dekoherują ze sobą. Oznacza to, że jedność tych stanów zostanie naruszona właśnie w wyniku interakcji z świat zewnętrzny. To obserwator otwiera pudełko i wprowadza niezgodę w stan kota.

Panuje opinia, że decydujące słowo w tej sprawie należy pozostawić takiemu stworzeniu jak kot Schrödingera. Sensem tej opinii jest akceptacja faktu, że w całym eksperymencie to zwierzę jest jedynym absolutnie kompetentnym obserwatorem. Na przykład naukowcy Max Tegmark, Bruno Marshal i Hans Moraven przedstawili modyfikację powyższego eksperymentu, w którym głównym punktem widzenia jest opinia kota. W tym przypadku kot Schrödingera niewątpliwie przeżyje, ponieważ tylko kot, który przeżył, może obserwować wyniki. Ale naukowiec Nadav Katz opublikował swoje wyniki, w których był w stanie „przywrócić” stan cząstki po zmianie jej stanu. W ten sposób szanse na przeżycie kota znacznie wzrastają.

Portal dla kobiet Flero