Co to jest kot Schrödingera, kot Schrödingera, wszystko o kocie Schrödingera, paradoks kota Schrödingera, doświadczenie Schrödingera z kotem, kot w pudełku, ani żywy, ani martwy kot, to żywy kot Schrödingera, eksperyment z kotem

To kot, który jest jednocześnie żywy i martwy. Tak niekorzystny stan zawdzięcza laureatowi Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, austriackiemu naukowcowi Erwinowi Rudolfowi Josephowi Alexandrowi Schrödingerowi.

Sekcje:

Istota eksperymentu / paradoksu

Kot znajduje się w zamkniętej skrzyni, w której znajduje się mechanizm zawierający radioaktywny rdzeń oraz pojemnik z trującym gazem. Charakterystykę eksperymentu dobiera się tak, aby prawdopodobieństwo rozpadu jądra w ciągu 1 godziny wynosiło 50%. Jeśli rdzeń rozpadnie się, wprawia mechanizm w ruch, pojemnik z gazem otwiera się, a kot umiera. Zgodnie z mechaniką kwantową, jeśli nie prowadzi się obserwacji nad jądrem, to jego stan opisuje superpozycja (pomieszanie) dwóch stanów - jądra rozpadającego się i jądra nierozłożonego, dlatego kot siedzący w pudełku jest jednocześnie żywy i martwy w tym samym czasie.

Warto otworzyć pudełko – a eksperymentator powinien zobaczyć tylko jeden stan – „jądro się rozpadło, kot nie żyje” lub „jądro nie uległo rozkładowi, kot żyje”. Ale chociaż w tym procesie nie ma obserwatora, nieszczęsne małe zwierzątko pozostaje „martwe”.

marginesy

• Nieszczęście nigdy nie przychodzi samo
  Wątpliwości budzi nie tylko zdrowie ogoniastego mieszkańca pudła, ale także jego płeć: w pierwotnym eksperymencie kot Schrödingera był nadal kotem (die Katze).
• Nie ma „martwych” kotów
  Należy pamiętać, że eksperyment Schrödingera nie ma na celu udowodnienia istnienia „martwych” kotów (i wbrew temu, co powiedziano w drugiej części gry Portal, nie został wymyślony jako pretekst do zabijania kotów). Oczywiście kot musi koniecznie być albo żywy, albo martwy, ponieważ nie ma stanu pośredniego.
  Doświadczenie pokazuje, że mechanika kwantowa nie jest w stanie opisać zachowania makrosystemów (do których należy kot): jest niekompletna bez pewnych reguł, które wskazują, kiedy układ wybiera jeden konkretny stan, w jakich warunkach funkcja falowa się załamuje, a kot albo pozostaje żywy lub staje się martwy, ale przestaje być mieszanką obu.

Interpretacje interpretacja kopenhaska zaprzecza, jakoby przed otwarciem pudła kot znajdował się w stanie mieszania żywych i umarłych. Niektórzy uważają, że dopóki pudełko jest zamknięte, układ znajduje się w superpozycji stanów „zepsute jądro, martwy kot” i „nierozkładane jądro, żywy kot”, a kiedy pudełko jest otwarte, dopiero wtedy funkcja falowa się załamuje do jednej z opcji. Inne - ta "obserwacja" ma miejsce, gdy cząstka z jądra trafia do detektora; jednak, niestety, w interpretacji kopenhaskiej nie ma jasnej reguły, która mówiłaby, kiedy to się dzieje, a zatem interpretacja ta jest niekompletna, dopóki taka reguła nie zostanie do niej wprowadzona lub nie zostanie powiedziane, w jaki sposób można ją wprowadzić w zasadzie. Interpretacja wielu światów Everetta, w przeciwieństwie do Kopenhagi, nie uważa procesu obserwacji za coś szczególnego. Tutaj oba stany kota istnieją, ale ulegają dekoherencji – to znaczy, jak zrozumiał autor, jedność tych stanów zostaje naruszona w wyniku interakcji z środowisko. Kiedy obserwator otwiera pudełko, zostaje zaplątany (zmieszany) z kotem, co skutkuje dwoma stanami obserwatora, jednym odpowiadającym żywemu kotu, a drugim martwemu. Te stany nie wchodzą ze sobą w interakcje. Kot jako kompetentny obserwator
Autor uważa, że ​​decydujące słowo należało pozostawić kotu, który choć nie rozumie ani jednego belmesa z mechaniki kwantowej, to z pewnością najlepiej zdaje sobie sprawę ze swojego stanu. Jednak jego kompetencje jako obserwatora budzą oczywiście wśród naukowców wątpliwości. Wyjątkiem są Hans Moravec, Bruno Marshal i Max Tegmark, którzy zaproponowali modyfikację eksperymentu Schrödingera znaną jako „samobójstwo kwantowe”, czyli eksperyment z kotem z punktu widzenia kota. Naukowcy postawili sobie za cel pokazanie różnicy między kopenhaską a wieloświatową interpretacją mechaniki kwantowej. Jeśli wieloświatowa interpretacja jest poprawna, kot ku uciesze sympatyków staje się Tsoi i zawsze pozostaje żywy, gdyż uczestnik może obserwować wynik eksperymentu tylko w świecie, w którym przeżyje.

• Nadav Katz z Uniwersytetu Kalifornijskiego i jego współpracownicy opublikowali wyniki eksperymentu laboratoryjnego, w którym udało im się "przywrócić" cząstce stan kwantowy, zresztą po zmierzeniu tego stanu. W ten sposób możliwe jest uratowanie życia kota, niezależnie od warunków załamania się funkcji falowej. Nie ma znaczenia, czy żyje, czy nie: zawsze możesz odzyskać [link] .
• 06.03.2011 RIA Novosti poinformowała, że ​​chińscy fizycy byli w stanie tworzyć ośmiofotonowy „kot Schrodingera”[link], który powinien przyczynić się do rozwoju przyszłych komputerów kwantowych

Obraz w kulturze

Być może nikt nie zrobił więcej dla popularyzacji mechaniki kwantowej niż biedny kot. Nawet ludzie najdalsi od tej skomplikowanej dziedziny wiedzy, podekscytowani losem prawdopodobnie cierpiącego małego zwierzątka, próbują rozgryźć zawiłości eksperymentu, mając nadzieję, że nie wszystko jest takie złe. Kot inspiruje artystów i kulturę popularną.
Wymieńmy jego główne zasługi:

Literatura: Sytuację z kotem Schrodingera omawiają bohaterowie książki Dirk Gently's Detective Agency autorstwa Douglasa Adamsa. W Endymionie Dana Simmonsa główny bohater Raoul Endymion pisze swoją historię, krążąc wokół Armagasta w „pudełku dla kota” Schrödingera. W ostatniej trzeciej części książki Roberta Heinleina „Kot przechodzący przez ściany” pojawia się rudy kot Pixel, który ma właściwość kota Schrödingera, by znajdować się w dwóch stanach jednocześnie. W książce Terry'ego Pratchetta „Kot bez głupców” w humorystyczny sposób opisano rasę tak zwanych „kotów Schrödingera”, wywodzących się od tego samego kota Schrödingera. Również ten eksperyment myślowy jest wspominany więcej niż raz w innych dziełach Pratchetta, na przykład w powieści Panie i panowie. W opowiadaniu F. Gwinpleina McIntyre'a „Kot pielęgniarki Schrödingera” jedną z postaci jest zwierzak Schrödingera, kot Tibbles. W rzeczywistości wokół tego kota toczy się akcja humorystyczna historia, hojnie doprawione szczegółami z różne obszary fizyka. Fabuła powieści science fiction Fredericka Pohla The Coming of the Quantum Cats (1986) opiera się na idei interakcji „sąsiednich” Wszechświatów. W filozoficzno-satyrycznej miniaturze Nikołaja Bajtowa „Kot Schrödingera” paradoks Schrödingera zostaje wywrócony na lewą stronę: organizacja o nazwie „Liga Odwracalnego Czasu” od 50 lat nieprzerwanie monitoruje żywego kota w pudełku, wierząc, że chociaż obserwacja jest przeprowadzane - stan, w jakim przebywa kot, nie powinien ulec zmianie. W książce Lukyanenko „The Last Watch” główny bohater zostaje rzucony na szyję pętlą zwaną „Kotem Schrödingera”, której osobliwością jest to, że magowie nie rozumieją, czy to stworzenie żyje, czy nie. Wspomniany w powieści Grega Egana „Kwarantanna”, w powieści fantasy „Mag Healer” Christophera Stashefa, w Gregu Beerze (Gregory Dale Bear) w opowiadaniu „Dżuma Schrödingera”; Polski pisarz Sapkowski wspomina kota Kodringera. Cyberpunkowa powieść Mercy Shelley 2048 stwierdza, że ​​​​„facet o nazwisku, które wyglądało jak akta, umieszczał jakiegoś niefortunnego biorga w żelaznym pudełku zawierającym tylko fiolkę trucizny”. Wiersz Svetlany Shirankovej „Kot Schrödingera” ma bardzo inspirujący początek: „Doktorze Schrödinger, twój kot wciąż żyje”. Ekran: W filmie braci Coen Poważny człowiek student mówi do profesora: „Rozumiem eksperyment z martwym kotem”, co oczywiście sugeruje coś innego. W filmie „Repo Man” („Kolekcjonerzy”, w rosyjskiej kasie „Rozpruwacze”) główny bohater na początku filmu opowiada o nieznanym naukowcu, który ma kota. A ten kot jest w stanie "...żywy i martwy jednocześnie...". W jednym z odcinków serialu science fiction Stargate SG-1 pojawia się kot o imieniu Schrödinger. Bohater serialu science-fiction Sliders ma również to samo imię kot. W Gwiezdnych wrotach SG-1 rudy kot o imieniu Schrödinger został podarowany kosmicie. Martwy kot Schrödinger pojawia się w CSI: Las Vegas (sezon 8, odcinek 15: The Theory of Everything). Kot Schrödingera jest również wspomniany w serialu The Big Bang Theory, gdzie w odpowiedzi na pytanie dziewczyny, czy powinna iść na randkę, bohater rysuje analogię z kotem Schrödingera, co oznacza, że ​​dopóki nie spróbujesz, nie będziesz wiedział : „Penny, bo aby dowiedzieć się, czy kot żyje, czy nie, trzeba otworzyć pudełko. W serialu „Bugs” rolę kota Schrödingera odegrała wskazówka Czerwonej Merkurego w sejfie z pułapką. W japońskie anime„Hellsing (OVA)” (jak w mandze o tym samym tytule), jest postać-kot-człowiek o imieniu Schrödinger, ani żywa, ani martwa, z możliwością teleportacji („być wszędzie i nigdzie”) i absolutnie nie do zabicia. W anime „To Aru Majutsu no Index” bohaterka sprzeciwia się propozycji dziewczynki nazwania kotka Schrödinger, że kotów nie można tak nazywać. W anime Shigofumi występuje również kot o imieniu Schrödinger. W japońskim anime i grze Umineko no naku koro ni doświadczenie jest wykorzystywane w próbie udowodnienia przez Battlera niemożliwości magii (wykorzystywane są również Devil's Proof, Hempel's Crows, Laplace's Demon). W jednym z odcinków Futuramy Law and Oracle Schrödinger ukrył narkotyki w pudełku z kotem. Komiksy/mangi: Mały komiks o kocie Schrödingera i demonie Maxwella. On nie żyje: Schrödinger of the Cat: And More Comics na joyreactor.ru. Gry: Istnieje gra przygodowa „Powrót kota kwantowego”. W grze Nethack występuje potwór Quantum Mechanic, który czasami ma ze sobą pudełko z kotem. Stan kota nie jest określony do momentu otwarcia pudełka. W grze „Half-Life 2” w laboratorium był kot z teleporterami, koszmary, o których „nadal” odwiedza Barney. Portret kota Schrödingera znajduje się również w remake'u gry Half-Life z 1998 roku. - "Black Mesa" ("Black Mesa", wcześniej znany jako "Black Mesa: Źródło"). Link do notarialnego zrzutu ekranu. Na każdym poziomie Bioshock w kącie znajduje się martwy kot oznaczony jako Shrodinger. W drugiej części można go również znaleźć - kot spoczywa w jednej z kry w zamarzniętym pomieszczeniu z czterema kamerami monitorującymi w rogach. Kot NPC o tej samej nazwie pojawia się w japońskiej grze RPG Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. Główne hasło gry Portal, „Ciasto to kłamstwo”, jest erratą jednego z wyników eksperymentu Schrödingera, a mianowicie „Kot żyje”. W drugiej części gry nie zapomniano również o kocie. Wzmiankę o eksperymencie można znaleźć w regulaminie rosyjskim gra planszowa„Wiek Wodnika”. Kot ma tam nawet swoją charakterystyczną tabliczkę – jest zupełnie pusta, więc wydaje się, że jej tam nie ma. Muzyka: Tak zwany festiwal muzyki niestandardowej „Kot Schrödingera”, który odbył się pod hasłem „ Prawdziwe życie- prawdziwa śmierć - prawdziwa muzyka!" oraz „Czy kot Schrödingera żyje czy nie? A ty?" Google informuje też, że nazwa „Kot Schrödingera” to niemal muzyczny projekt bardzo niewielkiego zespołu z Korolewa pod Moskwą. Album brytyjskiego zespołu Tears for Fears „Saturnine Martial and Lunatic” zawiera utwór o tym samym tytule. Rosyjski zespół „Allein Fur” Immer wykonuje również piosenkę o tej samej nazwie. Humor: Każdy żart o kocie Schrödingera jest jednocześnie śmieszny i nieśmieszny. Schrödinger i Heisenberg jadą autostradą na konferencję, Schrödinger prowadzi. Nagle następuje uderzenie i zatrzymuje samochód. Heisenberg spogląda w dół drogi:
- Mój Boże, wygląda na to, że uderzyłem kota!
- Umarł?
- Nie mogę dokładnie powiedzieć. Schrödinger chodził po pokoju w poszukiwaniu kociaka, który miał gówno, a on siedział w pudełku, ani żywy, ani martwy. Różnorodny: Artyści zwracają uwagę na kota Schrödingera, próbując za pomocą malarstwa i grafiki oddać niejednoznaczność jego pozycji. Również wizerunki tego małego zwierzaka można zobaczyć na koszulkach i kubkach. Terroryści, o których nie wiadomo dokładnie, czy żyją, czy nie, są czasami określani jako „terroryści Schrödingera”. Spośród znanych osobistości na przykład Jaser Arafat był w tym stanie, gdy przed śmiercią zapadł w śpiączkę, a także Osama bin Laden. Według Absurdopedii kot w worku jest uproszczoną wersją eksperymentu z kotem Schrödingera [link]. Stephen Hawking sparafrazował tzw hasło Hans Jost „Kiedy słyszę o kulturze, chwytam za broń” tak: „Kiedy słyszę o kocie Schrödingera, sięgam po broń!”. Wyjaśnieniem jest to, że podobnie jak wielu innych fizyków, Hawking jest zdania, że ​​„szkoła kopenhaska” interpretacji mechaniki kwantowej bezzasadnie podkreśla rolę obserwatora. W związku z otwarciem Wydziału Teologicznego MEPhI w sieci obiegł następujący obraz:

Jak wyjaśnił nam Heisenberg, ze względu na zasadę nieoznaczoności opis obiektów w mikroświecie kwantowym ma inny charakter niż zwykły opis obiektów w makrokosmosie newtonowskim. Zamiast współrzędnych przestrzennych i prędkości, którymi opisywaliśmy ruch mechaniczny np. kuli na stole bilardowym, w mechanice kwantowej obiekty opisuje się tzw. funkcją falową. Grzbiet „fali” odpowiada maksymalnemu prawdopodobieństwu znalezienia cząstki w przestrzeni w momencie pomiaru. Ruch takiej fali opisuje równanie Schrödingera, które mówi nam, jak zmienia się stan układu kwantowego w czasie.

Teraz o kocie. Wszyscy wiedzą, że koty uwielbiają chować się w pudełkach (). Erwin Schrödinger również był tego świadomy. Co więcej, z czysto nordycką dzikością wykorzystał tę cechę w słynnym eksperymencie myślowym. Jego istotą było to, że kot był zamknięty w pudełku z piekielną maszyną. Maszyna jest połączona przekaźnikiem z układem kwantowym, na przykład radioaktywnie rozkładającą się substancją. Prawdopodobieństwo rozpadu jest znane i wynosi 50%. Piekielna maszyna działa, gdy zmienia się stan kwantowy systemu (następuje rozkład) i kot umiera całkowicie. Jeśli zostawimy układ „Kot-pudełko-piekielna maszyna-kwant” samemu sobie na godzinę i przypomnimy sobie, że stan układu kwantowego jest opisany w kategoriach prawdopodobieństwa, to staje się jasne, że aby dowiedzieć się, czy kot żyje, czy nie w ten moment czas na pewno nie zadziała, tak jak nie da się z góry dokładnie przewidzieć wypadnięcia reszki lub orła. Paradoks jest bardzo prosty: funkcja falowa opisująca układ kwantowy miesza ze sobą dwa stany kota – jest on jednocześnie żywy i martwy, tak jak związany elektron z równym prawdopodobieństwem może znajdować się w dowolnym miejscu w przestrzeni w równej odległości od jądra atomowego. Jeśli nie otworzymy pudełka, nie wiemy dokładnie, jaki jest kot. Nie dokonując obserwacji (odczytu pomiarów) jądra atomowego, możemy opisać jego stan jedynie poprzez superpozycję (pomieszanie) dwóch stanów: jądra rozpadającego się i nierozłożonego. Kot uzależniony od energii jądrowej jest jednocześnie żywy i martwy. Pytanie brzmi: kiedy system przestaje istnieć jako mieszanina dwóch stanów i wybiera jeden konkretny?

Kopenhaska interpretacja eksperymentu mówi nam, że system przestaje być mieszanką stanów i wybiera jeden z nich w momencie, gdy ma miejsce obserwacja, która jest jednocześnie pomiarem (pudełko się otwiera). Oznacza to, że sam fakt pomiaru zmienia rzeczywistość fizyczną, prowadząc do załamania się funkcji falowej (kot albo umiera, albo pozostaje żywy, ale przestaje być mieszanką obu)! Pomyśl o tym, eksperyment i towarzyszące mu pomiary zmieniają otaczającą nas rzeczywistość. Osobiście fakt ten sprawia, że ​​mój mózg jest znacznie silniejszy niż alkohol. Słynny Steve Hawking również ostro podchodzi do tego paradoksu, powtarzając, że kiedy słyszy o kocie Schrödingera, sięga po Browninga. Ostrość reakcji wybitnego fizyka teoretyka wynika z faktu, że jego zdaniem rola obserwatora w załamaniu się funkcji falowej (spadnięciu jej do jednego z dwóch stanów probabilistycznych) jest mocno przereklamowana.

Oczywiście, kiedy profesor Erwin wymyślił swoje oszustwo w 1935 roku, był to sprytny sposób na pokazanie niedoskonałości mechaniki kwantowej. Rzeczywiście, kot nie może być jednocześnie żywy i martwy. W rezultacie jedną z interpretacji eksperymentu była oczywista sprzeczność między prawami makroświata (na przykład druga zasada termodynamiki – kot żyje lub nie żyje) a mikroświatem (kot jest żywy i martwy jednocześnie).

Powyższe ma zastosowanie w praktyce: w informatyce kwantowej oraz w kryptografii kwantowej. Kabel światłowodowy wysyła sygnał świetlny będący w superpozycji dwóch stanów. Jeżeli atakujący podłączą się do kabla gdzieś pośrodku i wykonają tam podsłuch w celu podsłuchania przesyłanych informacji, to spowoduje to załamanie funkcji falowej (z punktu widzenia interpretacji kopenhaskiej dokonana zostanie obserwacja) i światło przejdzie w jeden ze stanów. Po przeprowadzeniu badań statystycznych światła na końcu odbiorczym kabla będzie można stwierdzić, czy światło jest w superpozycji stanów, czy też zostało już zaobserwowane i przekazane do innego punktu. To robi możliwe stworzenieśrodki łączności wykluczające niezauważalne przechwytywanie i podsłuchiwanie sygnału.

Inną najnowszą interpretacją eksperymentu myślowego Schrödingera jest historia Sheldona Coopera, bohatera serii Teoria wielkiego podrywu, którą rozmawiał z mniej wykształconą sąsiadką Penny. Istotą opowieści Sheldona jest to, że koncepcję 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.

Jurij Gordiejew
Programista, twórca gier, projektant, artysta

„Kot Schrödingera” to eksperyment myślowy zaproponowany przez jednego z pionierów fizyki kwantowej, aby pokazać, jak dziwnie wyglądają efekty kwantowe w zastosowaniu do układów makroskopowych.

Naprawdę postaram się wyjaśnić w prostych słowach: panowie fizyki, nie szukajcie. Wyrażenie „z grubsza” jest sugerowane dalej przed każdym zdaniem.

Na bardzo, bardzo małą skalę świat składa się z rzeczy, które zachowują się w bardzo nietypowy sposób. Jedną z najdziwniejszych cech takich obiektów jest zdolność do przebywania w dwóch wzajemnie wykluczających się stanach jednocześnie.

Co jeszcze bardziej niezwykłe z intuicyjnego punktu widzenia (ktoś powie, że nawet przerażające) – akt celowej obserwacji eliminuje tę niepewność, a obiekt, który właśnie znajdował się w dwóch przeciwstawnych stanach jednocześnie, pojawia się przed obserwatorem dopiero w jeden z nich, jak gdyby nigdy nic, patrzy w bok i niewinnie gwiżdże.

Na poziomie subatomowym wszyscy od dawna są przyzwyczajeni do tych wygłupów. Istnieje aparat matematyczny opisujący te procesy, a wiedza na ich temat znalazła wiele zastosowań: na przykład w komputerach i kryptografii.

Na poziomie makroskopowym efektów tych nie obserwuje się: znane nam obiekty znajdują się zawsze w jednym określonym stanie.

A teraz eksperyment myślowy. Bierzemy kota i umieszczamy go w pudełku. Umieszczamy tam również kolbę z trującym gazem, radioaktywny atom i licznik Geigera. Atom promieniotwórczy może, ale nie musi, ulec rozpadowi w dowolnym momencie. Jeśli się rozpadnie, licznik wykryje promieniowanie, prosty mechanizm rozbije kolbę z gazem, a nasz kot zginie. Jeśli nie, kot będzie żył.

Zamykamy pudełko. Od tego momentu, z punktu widzenia mechaniki kwantowej, nasz atom jest w stanie niepewności - rozpadł się z prawdopodobieństwem 50% i nie rozpadł się z prawdopodobieństwem 50%. Zanim otworzymy pudełko i zajrzymy do środka (zrobimy obserwację), będzie ono w obu stanach jednocześnie. A ponieważ los kota zależy bezpośrednio od stanu tego atomu, okazuje się, że kot jest jednocześnie dosłownie żywy i martwy („…smarowanie żywego i martwego kota (przepraszam za wyrażenie) w równych proporcjach…” – pisze autor eksperymentu). W ten sposób teoria kwantowa opisałaby tę sytuację.

Schrödinger nie spodziewał się, jakie poruszenie wywoła jego pomysł. Oczywiście sam eksperyment, nawet w oryginale, jest opisany wyjątkowo niegrzecznie i bez pretensji do naukowej dokładności: autor chciał przekazać swoim kolegom ideę, że teorię należy uzupełnić jaśniejszymi definicjami takich procesów, jak „obserwacja” w celu wyłączenia ze swojej jurysdykcji scenariuszy z kotami w boksach.

Idea kota została nawet wykorzystana do „udowodnienia” istnienia Boga jako superumysłu, który poprzez swoją ciągłą obserwację sprawia, że ​​nasze istnienie jest możliwe. W rzeczywistości „obserwacja” nie wymaga świadomego obserwatora, co pozbawia efekty kwantowe pewnego mistycyzmu. Ale mimo to fizyka kwantowa pozostaje dziś frontem nauki z wieloma niewyjaśnionymi zjawiskami i ich interpretacjami.

Iwan Boldin
Kandydat nauk fizycznych i matematycznych, pracownik naukowy, absolwent MIPT

Zachowanie się obiektów w mikroświecie (cząstki elementarne, atomy, molekuły) znacznie różni się od zachowania obiektów, z którymi zwykle mamy do czynienia. Na przykład elektron może przelecieć jednocześnie przez dwa odległe przestrzennie miejsca lub znajdować się jednocześnie na kilku orbitach w atomie. Aby opisać te zjawiska, stworzono teorię - fizykę kwantową. Zgodnie z tą teorią np. cząstki mogą być rozmazane w przestrzeni, ale jeśli mimo wszystko chce się ustalić, gdzie cząstka się znajduje, to zawsze znajdzie się w jakimś miejscu całą cząstkę, to znaczy, że zapadnie się ona ze swojego rozmazany stan w określone miejsce. Oznacza to, że uważa się, że dopóki nie zmierzysz położenia cząstki, nie ma ona żadnej pozycji, a fizyka może jedynie przewidzieć, z jakim prawdopodobieństwem w jakim miejscu można znaleźć cząstkę.

Erwin Schrödinger, jeden z twórców fizyki kwantowej, zadał sobie pytanie: co będzie, jeśli w zależności od wyniku pomiaru stanu mikrocząstki zdarzenie wystąpi lub nie. Na przykład można to wdrożyć w następujący sposób: przyjmuje się atom promieniotwórczy z okresem półtrwania, powiedzmy, godziną. Atom można umieścić w nieprzezroczystym pudełku, umieścić tam urządzenie, które po uderzeniu produktów rozpadu radioaktywnego atomu rozbija ampułkę z trującym gazem i umieścić w tym pudełku kota. Wtedy nie zobaczysz z zewnątrz, czy atom się rozpadł, czy nie, to znaczy zgodnie z teorią kwantową jednocześnie się rozpadł i nie rozpadł się, a zatem kot jest zarówno żywy, jak i martwy. Taki kot stał się znany jako kot Schrödingera.

Może wydawać się zaskakujące, że kot może być jednocześnie żywy i martwy, chociaż formalnie nie ma tu sprzeczności i nie jest to obalenie teorii kwantowej. Mogą jednak pojawić się pytania, na przykład: kto może przeprowadzić zapadnięcie się atomu ze stanu rozmazanego do określonego stanu i kto przy takiej próbie sam przechodzi w stan rozmazany? Jak przebiega ten proces upadku? Albo jak to się dzieje, że ten, kto dokonuje zawalenia, sam nie przestrzega praw fizyki kwantowej? Nadal nie jest jasne, czy te pytania mają sens, a jeśli tak, to jakie są na nie odpowiedzi.

Jerzego Panina
ukończył RKhTU im. DI. Mendelejew, Główny specjalista dział badań (badania rynku)

Jak wyjaśnił nam Heisenberg, ze względu na zasadę nieoznaczoności opis obiektów w mikroświecie kwantowym ma inny charakter niż zwykły opis obiektów w makrokosmosie newtonowskim. Zamiast współrzędnych przestrzennych i prędkości, którymi opisywaliśmy ruch mechaniczny np. kuli na stole bilardowym, w mechanice kwantowej obiekty opisuje się tzw. funkcją falową. Grzbiet „fali” odpowiada maksymalnemu prawdopodobieństwu znalezienia cząstki w przestrzeni w momencie pomiaru. Ruch takiej fali opisuje równanie Schrödingera, które mówi nam, jak zmienia się stan układu kwantowego w czasie.

Teraz o kocie. Wszyscy wiedzą, że koty uwielbiają chować się w pudełkach (thequestion.ru). Erwin Schrödinger również był tego świadomy. Co więcej, z czysto nordycką dzikością wykorzystał tę cechę w słynnym eksperymencie myślowym. Jego istotą było to, że kot był zamknięty w pudełku z piekielną maszyną. Maszyna jest połączona przekaźnikiem z układem kwantowym, na przykład radioaktywnie rozkładającą się substancją. Prawdopodobieństwo rozpadu jest znane i wynosi 50%. Piekielna maszyna działa, gdy zmienia się stan kwantowy systemu (następuje rozkład) i kot umiera całkowicie. Jeśli zostawimy układ „Kot-pudełko-piekielna maszyna-kwant” samemu sobie na godzinę i przypomnimy sobie, że stan układu kwantowego jest opisany w kategoriach prawdopodobieństwa, to stanie się jasne, że prawdopodobnie nie da się ustalić, czy kot żyje czy nie, w danym momencie, podobnie jak nie uda się z góry dokładnie przewidzieć wypadnięcia reszki lub orła. Paradoks jest bardzo prosty: funkcja falowa opisująca układ kwantowy miesza ze sobą dwa stany kota – jest on jednocześnie żywy i martwy, tak jak związany elektron z równym prawdopodobieństwem może znajdować się w dowolnym miejscu w przestrzeni w równej odległości od jądra atomowego. Jeśli nie otworzymy pudełka, nie wiemy dokładnie, jaki jest kot. Nie dokonując obserwacji (odczytu pomiarów) jądra atomowego, możemy opisać jego stan jedynie poprzez superpozycję (pomieszanie) dwóch stanów: jądra rozpadającego się i nierozłożonego. Kot uzależniony od energii jądrowej jest jednocześnie żywy i martwy. Pytanie brzmi: kiedy system przestaje istnieć jako mieszanina dwóch stanów i wybiera jeden konkretny?

Kopenhaska interpretacja eksperymentu mówi nam, że system przestaje być mieszanką stanów i wybiera jeden z nich w momencie, gdy ma miejsce obserwacja, która jest jednocześnie pomiarem (pudełko się otwiera). Oznacza to, że sam fakt pomiaru zmienia rzeczywistość fizyczną, prowadząc do załamania się funkcji falowej (kot albo umiera, albo pozostaje żywy, ale przestaje być mieszanką obu)! Pomyśl o tym, eksperyment i towarzyszące mu pomiary zmieniają otaczającą nas rzeczywistość. Osobiście fakt ten sprawia, że ​​mój mózg jest znacznie silniejszy niż alkohol. Słynny Steve Hawking również ostro podchodzi do tego paradoksu, powtarzając, że kiedy słyszy o kocie Schrödingera, sięga po Browninga. Ostrość reakcji wybitnego fizyka teoretyka wynika z faktu, że jego zdaniem rola obserwatora w załamaniu się funkcji falowej (spadnięciu jej do jednego z dwóch stanów probabilistycznych) jest mocno przereklamowana.

Oczywiście, kiedy profesor Erwin wymyślił swoje oszustwo w 1935 roku, był to sprytny sposób na pokazanie niedoskonałości mechaniki kwantowej. Rzeczywiście, kot nie może być jednocześnie żywy i martwy. W rezultacie jedną z interpretacji eksperymentu była oczywista sprzeczność między prawami makroświata (na przykład druga zasada termodynamiki – kot żyje lub nie żyje) a mikroświatem (kot jest żywy i martwy jednocześnie).

Powyższe ma zastosowanie w praktyce: w informatyce kwantowej oraz w kryptografii kwantowej. Kabel światłowodowy wysyła sygnał świetlny będący w superpozycji dwóch stanów. Jeżeli atakujący podłączą się do kabla gdzieś pośrodku i wykonają tam podsłuch w celu podsłuchania przesyłanych informacji, to spowoduje to załamanie funkcji falowej (z punktu widzenia interpretacji kopenhaskiej dokonana zostanie obserwacja) i światło przejdzie w jeden ze stanów. Po przeprowadzeniu badań statystycznych światła na końcu odbiorczym kabla będzie można stwierdzić, czy światło jest w superpozycji stanów, czy też zostało już zaobserwowane i przekazane do innego punktu. Dzięki temu możliwe jest tworzenie środków komunikacji wykluczających niezauważalne przechwytywanie i podsłuchiwanie sygnału.

Inną najnowszą interpretacją eksperymentu myślowego Schrödingera jest historia Sheldona Coopera, bohatera serii Teoria wielkiego podrywu, którą rozmawiał z mniej wykształconą sąsiadką Penny. Istotą opowieści Sheldona jest to, że koncepcję 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. youtube.com

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

Naukowiec zasugerował, że jeśli weźmiesz pewnego kota i umieścisz go w nieprzezroczystej stalowej skrzyni 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 tylko na jeden atom w ciągu godziny; w takim przypadku może nie ulec rozkładowi z takim samym prawdopodobieństwem. Jeśli dojdzie do rozkładu, mechanizm dźwigni zadziała, a młotek rozbije naczynie z kwasem cyjanowodorowym i kot umrze; jeśli nie ma rozkładu, naczynie pozostanie nienaruszone, a kot będzie żywy i zdrowy.

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

Ilustracja Schrödingera najlepiej opisuje główny paradoks fizyki kwantowej: zgodnie z jej prawami cząstki takie jak elektrony, fotony, a nawet atomy istnieją jednocześnie w dwóch stanach („żywym” i „martwym”, jeśli pamiętacie cierpliwy kot). Stany te nazywane są superpozycjami.

Amerykański fizyk Art Hobson (Art Hobson) z University of Arkansas (Arkansas State University) zaproponował swoje 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. Z teorii kwantowej wynika, że ​​jeśli połączymy mikroskopijny układ (cząstkę) z jakieś urządzenie makroskopowe, rozróżniające dwa różne stany układu, to urządzenie (np. licznik Geigera) wejdzie w stan splątania kwantowego i jednocześnie będzie w dwóch superpozycjach.Jednak nie da się bezpośrednio zaobserwować tego zjawiska , co czyni go nie do przyjęcia” – mówi fizyk.

Hobson mówi, że w paradoksie Schrödingera kot odgrywa rolę makroskopowego urządzenia, licznika Geigera, podłączonego do jądra radioaktywnego 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 splątany ze stanem atomu, co oznacza, że ​​są one ze sobą w „połączeniu nielokalnym”. Oznacza to, że jeśli stan jednego ze splątanych obiektów nagle zmieni się na przeciwny, stan jego pary również zmieni się w ten sam sposób, bez względu na to, jak daleko są od siebie. Robiąc to, Hobson odwołuje się do tej teorii kwantowej.

„Najciekawsze w teorii splątania kwantowego jest to, że zmiana stanu obu cząstek następuje natychmiastowo: żadne światło ani sygnał elektromagnetyczny nie miałby czasu na przekazanie informacji z jednego układu do drugiego. Można więc powiedzieć, że jest to jeden obiekt podzielony na dwie części przestrzeni, bez względu na to, jak duża jest między nimi odległość” — wyjaśnia Hobson.

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

Dodajmy, że podobne rozwiązania tego paradoksu zostały zaproponowane przez trzy kolejne grupy naukowców w ciągu ostatnich trzydziestu lat, ale nie zostały one potraktowane poważnie i pozostały niezauważone w szerokich kręgach naukowych. Hobson zauważa, że ​​rozwiązanie paradoksów mechaniki kwantowej, przynajmniej teoretyczne, jest absolutnie konieczne dla jej głębokiego zrozumienia.

Być może niektórzy z was słyszeli takie wyrażenie jak „kot Schrödingera”. Jednak dla większości ludzi ta nazwa nic nie znaczy.

Jeśli uważasz się za podmiot myślący, a nawet udajesz intelektualistę, to zdecydowanie powinieneś dowiedzieć się, czym jest kot Schrödingera i dlaczego zasłynął.

Kot Shroedingera- Ten eksperyment myślowy, zaproponowany przez austriackiego fizyka teoretycznego Erwina Schrödingera. Ten utalentowany naukowiec otrzymał w 1933 r. nagroda Nobla w fizyce.

Poprzez swój słynny eksperyment chciał pokazać niezupełność mechaniki kwantowej w przejściu od układów subatomowych do układów makroskopowych.

Erwin Schrödinger próbował wyjaśnić swoją teorię na oryginalnym przykładzie kota. Chciał uczynić to tak prostym, jak to tylko możliwe, aby jego pomysł był zrozumiały dla każdej osoby.

Czy mu się udało, czy nie, dowiecie się czytając artykuł do końca.

Istota eksperymentu Kot Schrödingera

Załóżmy, że pewien kot jest zamknięty w stalowej komorze wraz z taką piekielną maszyną (którą trzeba chronić przed bezpośrednią interwencją kota): wewnątrz licznika Geigera znajduje się tak niewielka ilość materiału radioaktywnego, że tylko jeden atom może się rozpaść w godzinę, ale z takim samym prawdopodobieństwem może się nie rozpaść; jeśli tak się stanie, rurka odczytowa zostaje rozładowana i aktywowany jest przekaźnik, opuszczający młotek, który rozbija fiolkę kwasu cyjanowodorowego.

Jeśli zostawimy cały ten układ sam 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 lub rozmazanie żywego i martwego kota (przepraszam za wyrażenie) w równych proporcjach.

Typowe w podobne przypadki polega na tym, że niepewność, pierwotnie ograniczona do świata atomów, zostaje przekształcona w niepewność makroskopową, którą można wyeliminować poprzez bezpośrednią obserwację.

Uniemożliwia nam to naiwne przyjęcie „modelu rozmycia” jako odzwierciedlenia rzeczywistości. Samo w sobie nie oznacza to niczego niejasnego ani sprzecznego.

Istnieje różnica między rozmytym lub nieostrym zdjęciem a zdjęciem chmury lub mgły.

Innymi słowy, mamy pudełko i kota. W pudełku zainstalowane jest urządzenie z radioaktywnym jądrem atomowym i pojemnikiem z trującym gazem.

Podczas eksperymentu prawdopodobieństwo rozpadu lub braku rozpadu jądra wynosi 50%. Dlatego jeśli się rozpadnie, zwierzę umrze, a jeśli jądro się nie rozpadnie, kot Schrödingera pozostanie przy życiu.

Zamykamy kota w pudełku i czekamy godzinę, zastanawiając się nad kruchością życia.

Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej jądro (a co za tym idzie sam kot) może jednocześnie znajdować się we wszystkich możliwych stanach (patrz superpozycja kwantowa).

Do momentu, gdy pudełko nie jest jeszcze otwarte, system „cat-core” zakłada dwa warianty przebiegu zdarzeń: „rozpad jądra – kot nie żyje” z prawdopodobieństwem 50% oraz „rozpad jądra nie nastąpił - kot żyje” z takim samym prawdopodobieństwem.

Okazuje się, że siedzący w pudełku kot Schrödingera jest jednocześnie żywy i martwy.

Interpretacja interpretacji kopenhaskiej mówi, że w każdym przypadku kot jest jednocześnie żywy i martwy. Wybór rozpadu jądrowego następuje nie w momencie, gdy otwieramy pudełko, ale także wtedy, gdy jądro wchodzi do detektora.

Wynika to z faktu, że redukcja funkcji falowej układu „kot-detektor-jądro” nie jest w żaden sposób powiązana z osobą obserwującą z zewnątrz. Jest on bezpośrednio połączony z detektorem-obserwatorem jądra atomowego.

Kot Schrödingera w prostych słowach

Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, w przypadku braku obserwacji jądra atomowego, może to być dwoiste: to znaczy, że rozpad nastąpi lub nie.

Wynika z tego, że kot, który jest w pudełku i reprezentuje rdzeń, może być jednocześnie żywy i martwy.

Ale w momencie, gdy obserwator zdecyduje się otworzyć pudełko, będzie mógł zobaczyć tylko jeden z 2 możliwych stanów.

Ale teraz pojawia się naturalne pytanie: kiedy dokładnie system przestaje istnieć w formie dualnej?

Dzięki temu doświadczeniu Schrödinger argumentował, że mechanika kwantowa jest niekompletna bez pewnych reguł wyjaśniających, kiedy funkcja falowa się załamuje.

Biorąc pod uwagę fakt, że prędzej czy później kot Schrodingera musi stać się żywy lub martwy, podobnie będzie z jądrem atomowym: rozpad atomowy nastąpi lub nie.

Istota doświadczenia w ludzkim języku

Schrödinger na przykładzie kota chciał pokazać, że zgodnie z mechaniką kwantową zwierzę będzie jednocześnie żywe i martwe. To w rzeczywistości jest niemożliwe, z czego wnioskuje się, że mechanika kwantowa ma dziś istotne wady.

Wideo z Teorii wielkiego podrywu

Bohater serialu, Sheldon Cooper, próbował wyjaśnić swojej „ograniczonej” dziewczynie istotę eksperymentu z Kotem Schrödingera. W tym celu posłużył się przykładem relacji między mężczyzną a kobietą.

Aby dowiedzieć się, jaki rodzaj relacji ich łączy, wystarczy otworzyć pudełko. W międzyczasie zostanie zamknięty, ich związek może być jednocześnie pozytywny i negatywny.

Czy kot Schrödingera przeżył eksperyment?

Jeśli któryś z naszych czytelników martwi się o kota, powinieneś się uspokoić. Podczas eksperymentu żaden z nich nie zmarł, a sam Schrödinger nazwał swój eksperyment psychiczny, to znaczy taki, który odbywa się wyłącznie w umyśle.

Mamy nadzieję, że rozumiesz, na czym polega istota eksperymentu Kot Schrödingera. Jeśli masz jakieś pytania, możesz zadać je w komentarzach. I oczywiście udostępnij ten artykuł w sieciach społecznościowych.

Jeśli chcesz - zapisz się do serwisu IciekawyFakty.org w dowolny wygodny sposób. U nas zawsze jest ciekawie!

Podobał Ci się post? Naciśnij dowolny przycisk: