Vznikol akýsi „sekundárny“. Sám sa málokedy zaoberal konkrétnym vedeckým problémom. Jeho obľúbeným žánrom bola reakcia na niečí vedecký výskum, vývoj tohto diela alebo jeho kritiku. Napriek tomu, že sám Schrödinger bol svojou povahou individualista, vždy potreboval myšlienku niekoho iného, ​​podporu pre ďalšiu prácu. Napriek tomuto zvláštnemu prístupu sa Schrödingerovi podarilo urobiť veľa objavov.

Životopisné informácie

Schrödingerovu teóriu dnes poznajú nielen študenti fyzikálnych a matematických odborov. Bude to zaujímať každého, kto sa zaujíma o populárnu vedu. Túto teóriu vytvoril známy fyzik E. Schrodinger, ktorý sa zapísal do dejín ako jeden z tvorcov kvantovej mechaniky. Vedec sa narodil 12. augusta 1887 v rodine majiteľa továrne na výrobu olejových súknov. Budúci vedec, ktorý sa svojou záhadou preslávil po celom svete, mal v detstve rád botaniku a kreslenie. Jeho prvým mentorom bol jeho otec. V roku 1906 začal Schrödinger štúdium na Viedenskej univerzite, počas ktorého začal obdivovať fyziku. Keď prišiel prvý Svetová vojna, vedec išiel slúžiť ako delostrelec. AT voľný časštudoval teórie Alberta Einsteina.

Začiatkom roku 1927 sa vo vede vyvinula dramatická situácia. E. Schrödinger veril, že myšlienka kontinuity vĺn by mala slúžiť ako základ pre teóriu kvantových procesov. Naopak, Heisenberg veril, že koncept vlnovej diskrétnosti, ako aj myšlienka kvantových skokov, by mali byť základom pre túto oblasť poznania. Niels Bohr neprijal žiadnu z pozícií.

Pokroky vo vede

Za koncept vlnovej mechaniky v roku 1933 dostal Schrödinger Nobelovu cenu. Vedec, vychovaný v tradíciách klasickej fyziky, však nemohol myslieť v iných kategóriách a kvantovú mechaniku nepovažoval za plnohodnotné odvetvie poznania. Nemohol sa uspokojiť s duálnym správaním častíc a snažil sa ho zredukovať výlučne na vlnové správanie. Schrödinger to vo svojej diskusii s N. Bohrom vyjadril takto: „Ak plánujeme zachovať tieto kvantové skoky vo vede, potom vo všeobecnosti ľutujem, že som svoj život spojil s atómovou fyzikou.“

Ďalšia práca výskumníka

Schrödinger zároveň nebol len jedným zo zakladateľov modernej kvantovej mechaniky. Bol to on, kto zaviedol pojem „objektivita opisu“ do vedeckého používania. Toto je príležitosť vedeckých teórií opísať realitu bez účasti pozorovateľa. Jeho ďalší výskum sa venoval teórii relativity, termodynamickým procesom, Bornovej nelineárnej elektrodynamike. Vedci tiež urobili niekoľko pokusov o vytvorenie jednotnej teórie poľa. Okrem toho E. Schrödinger ovládal šesť jazykov.

Najznámejšia hádanka

Schrödingerova teória, v ktorej vystupuje tá istá mačka, vyrástla z vedcovej kritiky kvantovej teórie. Jedným z jeho hlavných postulátov je, že pokiaľ systém nie je pozorovaný, je v stave superpozície. A to v dvoch alebo viacerých stavoch, ktoré vylučujú vzájomnú existenciu. Stav superpozície vo vede má nasledujúcu definíciu: je to schopnosť kvanta, ktorým môže byť aj elektrón, fotón alebo napríklad jadro atómu, byť súčasne v dvoch stavoch alebo dokonca v dvoch bodov v priestore v čase, keď ho nikto nesleduje.

Objekty v rôznych svetoch

Pre bežného človeka je veľmi ťažké pochopiť takúto definíciu. Koniec koncov, každý objekt hmotného sveta môže byť buď v jednom bode priestoru, alebo v inom. Tento jav možno ilustrovať nasledujúcim spôsobom. Pozorovateľ vezme dve krabice a do jednej vloží tenisovú loptičku. Bude jasné, že v jednej krabici je a v druhej nie. Ale ak vložíme elektrón do jedného z kontajnerov, potom bude pravdivé nasledujúce tvrdenie: táto častica je súčasne v dvoch krabiciach, bez ohľadu na to, aké paradoxné sa to môže zdať. Rovnakým spôsobom sa elektrón v atóme nenachádza v presne definovanom bode v tom či onom čase. Otáča sa okolo jadra, pričom sa nachádza vo všetkých bodoch obežnej dráhy súčasne. Vo vede sa tento jav nazýva "elektrónový oblak".

Čo chcel vedec dokázať?

Správanie malých a veľkých objektov je teda implementované úplne iným spôsobom. iné pravidlá. V kvantovom svete existujú určité zákony av makrokozme - úplne iné. Neexistuje však taký pojem, ktorý by vysvetľoval prechod zo sveta materiálne položkyľuďom známy z mikrosveta. Schrödingerova teória vznikla s cieľom demonštrovať nedostatočnosť výskumu v oblasti fyziky. Vedec chcel ukázať, že existuje veda, ktorej účelom je popisovať malé predmety, a existuje oblasť poznania, ktorá študuje bežné predmety. Z veľkej časti kvôli práci vedca bola fyzika rozdelená na dve oblasti: kvantovú a klasickú.

Schrödingerova teória: opis

Vedec opísal svoj slávny myšlienkový experiment v roku 1935. Pri jej realizácii sa Schrödinger opieral o princíp superpozície. Schrödinger zdôraznil, že pokiaľ fotón nepozorujeme, môže to byť buď častica alebo vlna; červená aj zelená; okrúhle aj hranaté. Tento princíp neurčitosti, ktorý priamo vyplýva z konceptu kvantového dualizmu, použil Schrödinger vo svojej slávnej mačacej hádanke. Stručný význam experimentu je nasledovný:

• V uzavretej krabici je umiestnená mačka, ako aj nádoba s kyselinou kyanovodíkovou a rádioaktívnou látkou.
• Jadro sa môže rozpadnúť do hodiny. Pravdepodobnosť tohto je 50%.
• Ak sa atómové jadro rozpadne, zaznamená to Geigerov počítač. Mechanizmus bude fungovať a skrinka s jedom sa rozbije. Mačka zomrie.
• Ak nedôjde k rozpadu, potom bude Schrödingerova mačka nažive.

Podľa tejto teórie, kým nie je mačka pozorovaná, je súčasne v dvoch stavoch (mŕtva a živá), rovnako ako jadro atómu (rozložené alebo nerozložené). To je samozrejme možné len podľa zákonov kvantového sveta. V makrokozme nemôže byť mačka živá aj mŕtva súčasne.

Pozorovateľský paradox

Pre pochopenie podstaty Schrödingerovej teórie je potrebné mať pochopenie aj pre paradox pozorovateľa. Jeho význam spočíva v tom, že objekty mikrokozmu môžu byť súčasne v dvoch stavoch len vtedy, keď nie sú pozorované. Napríklad vo vede je známy takzvaný „Experiment s 2 štrbinami a pozorovateľom“. Na nepriehľadnú platňu, v ktorej boli vytvorené dve vertikálne štrbiny, vedci nasmerovali lúč elektrónov. Na obrazovke za platňou elektróny namaľovali vlnový vzor. Inými slovami, nechali čierne a biele pruhy. Keď chceli vedci pozorovať, ako elektróny prelietavajú cez štrbiny, častice na obrazovke zobrazili iba dva zvislé pruhy. Správali sa ako častice, nie ako vlny.

Kodanské vysvetlenie

Moderné vysvetlenie Schrödingerovej teórie sa nazýva kodanské. Na základe paradoxu pozorovateľa to znie takto: pokiaľ nikto nepozoruje jadro atómu v sústave, nachádza sa súčasne v dvoch stavoch – rozpadnutý a nerozpadnutý. Tvrdenie, že mačka je živá a mŕtva zároveň, je však mimoriadne mylné. Veď v makrokozme nikdy nie sú pozorované rovnaké javy ako v mikrokozme.

Preto rozprávame sa nie o systéme „cat-core“, ale o tom, že Geigerov počítač a jadro atómu sú vzájomne prepojené. Jadro si môže vybrať jeden alebo druhý stav v okamihu, keď sa vykonávajú merania. Táto voľba sa však nekoná v momente, keď experimentátor otvorí krabicu so Schrödingerovou mačkou. V skutočnosti sa otvorenie schránky odohráva v makrokozme. Inými slovami, v systéme, ktorý je veľmi vzdialený od atómového sveta. Preto si jadro vyberá svoj stav presne v momente, keď narazí na detektor Geigerovho počítača. Erwin Schrödinger teda vo svojom myšlienkovom experimente úplne nepopísal systém.

Všeobecné závery

Nie je teda celkom správne spájať makrosystém s mikroskopickým svetom. V makrokozme kvantové zákony strácajú svoju silu. Jadro atómu môže byť súčasne v dvoch stavoch iba v mikrokozme. To isté sa nedá povedať o mačke, pretože je objektom makrokozmu. Preto sa len na prvý pohľad zdá, že mačka prechádza zo superpozície do jedného zo stavov v momente otvorenia škatule. V skutočnosti je jeho osud určený v okamihu, keď atómové jadro interaguje s detektorom. Záver možno vyvodiť nasledovne: stav systému v hádanke Erwina Schrödingera nemá nič spoločné s človekom. Nezáleží na experimentátorovi, ale na detektore – predmete, ktorý jadro „pozoruje“.

Pokračovanie konceptu

Schrödingerova teória jednoducho povedané je opísaná nasledovne: kým sa pozorovateľ na systém nepozerá, môže byť súčasne v dvoch stavoch. Ďalší vedec - Eugene Wigner však zašiel ďalej a rozhodol sa doviesť Schrödingerovu koncepciu do úplnej absurdity. "Prepáčte!" povedal Wigner, "čo ak vedľa experimentátora, ktorý sleduje mačku, je jeho kolega?" Partner nevie, čo presne videl samotný experimentátor v momente, keď otvoril škatuľu s mačkou. Schrödingerova mačka opúšťa stav superpozície. Nie však pre kolegu pozorovateľa. Až v tom okamihu, keď sa osud mačky dozvie, môže byť zviera konečne nazývané živé alebo mŕtve. Okrem toho sú na planéte Zem miliardy ľudí. A konečný verdikt možno vyniesť až vtedy, keď sa výsledok experimentu stane majetkom všetkých živých bytostí. Osud mačky a Schrödingerovej teórii možno samozrejme stručne povedať všetkým ľuďom, ale je to veľmi dlhý a namáhavý proces.

Princípy kvantového dualizmu vo fyzike neboli nikdy vyvrátené Schrödingerovým myšlienkovým experimentom. V istom zmysle nemožno každého tvora nazvať ani živým, ani mŕtvym (je v superpozícii), pokiaľ existuje aspoň jedna osoba, ktorá ho nesleduje.

Ak vás zaujal článok na tému kvantová fyzika, potom je veľká pravdepodobnosť, že milujete sériu Teória veľkého tresku. Sheldon Cooper teda prišiel s novou interpretáciou Schrödingerov myšlienkový experiment(Video s týmto fragmentom nájdete na konci článku). Aby sme však pochopili Sheldonov dialóg s jeho susedkou Penny, vráťme sa najskôr ku klasickému výkladu. Takže Schrödingerova mačka jednoduchými slovami.

V tomto článku sa pozrieme na:

• Stručné historické pozadie
• Opis experimentu so Schrödingerovou mačkou
• Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky

Hneď dobré správy. Počas experimentu Schrödingerovej mačke sa nič nestalo. Pretože fyzik Erwin Schrödinger, jeden z tvorcov kvantovej mechaniky, uskutočnil iba myšlienkový experiment.

Predtým, ako sa vrhneme na popis experimentu, urobme si malú odbočku do histórie.

Začiatkom minulého storočia sa vedcom podarilo nahliadnuť do mikrokozmu. Napriek vonkajšej podobnosti modelu „atóm-elektrón“ s modelom „Slnko-Zem“ sa ukázalo, že nám známe newtonovské zákony klasickej fyziky v mikrokozme nefungujú. Preto tam bolo nová veda- kvantová fyzika a jej súčasť - kvantová mechanika. Všetky mikroskopické objekty mikrosveta sa nazývali kvantá.

Pozor! Jedným z postulátov kvantovej mechaniky je „superpozícia“. Bude nám to užitočné pre pochopenie podstaty Schrödingerovho experimentu.

"Superpozícia" je schopnosť kvanta (môže to byť elektrón, fotón, jadro atómu) nie je v jednom, ale vo viacerých stavoch súčasne alebo sa nachádza v niekoľkých bodoch priestoru súčasne. , ak sa nikto nepozerá

Je pre nás ťažké to pochopiť, pretože v našom svete môže mať objekt iba jeden stav, napríklad byť, živý alebo mŕtvy. A môže byť len na jednom konkrétnom mieste vo vesmíre. Môžete si prečítať o „superpozícii“ a úžasných výsledkoch experimentov kvantovej fyziky v tomto článku.

Tu je jednoduchá ilustrácia rozdielu v správaní mikro a makro objektov. Umiestnite loptu do jednej z 2 krabičiek. Pretože loptička je objektom nášho makrosveta, poviete s istotou: "Loptička leží len v jednej z krabíc, zatiaľ čo druhá je prázdna." Ak namiesto lopty vezmete elektrón, potom bude pravdivé tvrdenie, že je súčasne v 2 krabiciach. Takto fungujú zákony mikrosveta. Príklad: elektrón v skutočnosti neotáča okolo jadra atómu, ale nachádza sa súčasne vo všetkých bodoch gule okolo jadra. Vo fyzike a chémii sa tento jav nazýva „elektrónový oblak“.

Zhrnutie. Uvedomili sme si, že správanie veľmi malého objektu a veľkého objektu sa riadia odlišnými zákonmi. Zákony kvantovej fyziky a zákony klasickej fyziky, resp.

Ale neexistuje žiadna veda, ktorá by popisovala prechod z makrokozmu do mikrokozmu. Erwin Schrödinger teda opísal svoj myšlienkový experiment len ​​preto, aby demonštroval neúplnosť všeobecnej teórie fyziky. Chcel, aby Schrödingerov paradox ukázal, že existuje veda na popis veľkých objektov (klasická fyzika) a veda na popis mikroobjektov (kvantová fyzika). ale nie je dostatok vedy na opis prechodu z kvantových systémov na makrosystémy.

Opis experimentu so Schrödingerovou mačkou

Erwin Schrödinger opísal experiment s myšlienkou mačiek v roku 1935. Pôvodná verzia popisu experimentu je uvedená na Wikipédii ( Schrödingerova mačka Wikipedia).

Tu je verzia opisu experimentu so Schrödingerovou mačkou jednoduchými slovami:

• V uzavretej oceľovej krabici bola umiestnená mačka.
• V „Schrödingerovej skrinke“ je v nádobe umiestnené zariadenie s rádioaktívnym jadrom a jedovatým plynom.
• Jadro sa môže rozpadnúť do 1 hodiny alebo nie. Pravdepodobnosť rozpadu je 50%.
• Ak sa jadro rozpadne, Geigerov počítač to zaznamená. Relé bude fungovať a kladivo rozbije nádobu na plyn. Schrödingerova mačka je mŕtva.
• Ak nie, potom bude Schrödingerova mačka nažive.

Podľa zákona „superpozície“ kvantovej mechaniky je v čase, keď systém nepozorujeme, jadro atómu (a teda aj mačka) v 2 stavoch súčasne. Jadro je v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. A mačka je v stave, že je živá/mŕtva zároveň.

S istotou však vieme, že ak sa otvorí „Schrödingerova skrinka“, mačka môže byť iba v jednom zo stavov:

• ak sa jadro nerozpadlo, naša mačka žije
• ak sa jadro rozpadlo, mačka je mŕtva

Paradoxom experimentu je to podľa kvantovej fyziky: pred otvorením krabice je mačka živá aj mŕtva zároveň, ale podľa fyzikálnych zákonov nášho sveta je to nemožné. Cat môže byť v jednom konkrétnom stave – byť nažive alebo byť mŕtvy. Neexistuje žiadny zmiešaný stav „mačka živá/mŕtva“ súčasne.

Predtým, ako získate vodítko, pozrite si toto nádherné video ilustrujúce paradox experimentu Schrödingerovej mačky (menej ako 2 minúty):

Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky - Kodaňská interpretácia

Teraz vodítko. Venujte pozornosť špeciálnemu tajomstvu kvantovej mechaniky - pozorovateľský paradox. Objekt mikrosveta (v našom prípade jadro) sa nachádza v niekoľkých stavoch súčasne len pokiaľ nebudeme monitorovať systém.

Napríklad, slávny experiment s 2 štrbinami a pozorovateľom. Keď bol elektrónový lúč nasmerovaný na nepriehľadnú platňu s 2 zvislými štrbinami, potom na obrazovke za platňou elektróny nakreslili „vlnový vzor“ - vertikálne striedajúce sa tmavé a svetlé pruhy. Keď však experimentátori chceli „vidieť“, ako elektróny prelietavajú cez štrbiny, a nainštalovali „pozorovateľa“ zo strany obrazovky, elektróny na obrazovke nenakreslili „vlnový vzor“, ale 2 zvislé pruhy. Tie. sa nesprávali ako vlny, ale ako častice.

Zdá sa, že kvantové častice samy rozhodujú o tom, aký stav nadobudnú v momente, keď sú „merané“.

Na základe toho znie moderné kodanské vysvetlenie (interpretácia) fenoménu „Schrödingerovej mačky“ takto:

Kým systém „cat-core“ nikto nesleduje, jadro je v stave rozpadnuté/nerozpadnuté zároveň. Ale je chybou tvrdiť, že mačka je zároveň živá/mŕtva. prečo? Áno, pretože kvantové javy sa v makrosystémoch nepozorujú. Správnejšie je hovoriť nie o systéme „cat-core“, ale o systéme „jadro-detektor (Geigerov počítač)“.

Jadro si v momente pozorovania (alebo merania) vyberie jeden zo stavov (rozpadnutý/nerozpadnutý). K tejto voľbe ale nedochádza v momente, keď experimentátor škatuľku otvára (otváranie škatuľky prebieha v makrokozme, veľmi ďaleko od sveta jadra). Jadro si vyberá svoj stav v momente, keď narazí na detektor. Ide o to, že systém nie je v experimente dostatočne popísaný.

Kodanská interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky teda popiera, že pred otvorením škatule bola Schrödingerova mačka v stave superpozície – bola zároveň v stave živej/mŕtvej mačky. Mačka v makrokozme môže a je len v jednom stave.

Zhrnutie. Schrödinger experiment úplne neopísal. Nie sú to správne (presnejšie povedané, nemožno ich prepojiť) makroskopické a kvantové systémy. V našich makrosystémoch nefungujú kvantové zákony. V tomto experimente neinteraguje „mačacie jadro“, ale „mačacie jadro-detektor“. Mačka je z makrokozmu a systém „jadro detektora“ je z mikrokozmu. A len v jeho kvantovom svete môže byť jadro v 2 stavoch súčasne. K tomu dochádza pred okamihom merania alebo interakcie jadra s detektorom. Mačka vo svojom makrokozme môže byť a je len v jednom stave. Preto, len na prvý pohľad sa zdá, že stav mačky "živá alebo mŕtva" je určená v okamihu otvorenia krabice. V skutočnosti je jeho osud určený v momente interakcie medzi detektorom a jadrom.

Záverečné zhrnutie. Stav systému "detektor-jadro-mačka" je spojený NIE s osobou - pozorovateľom za krabicou, ale s detektorom - pozorovateľom za jadrom.

Fuj. Takmer vymytý mozog! Ale aké príjemné je pochopiť kľúč k paradoxu! Ako v starom študentskom vtipe o učiteľovi: „Keď som rozprával, sám som to pochopil!“.

Sheldonova interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky

Teraz sa môžete pohodlne usadiť a počúvať Sheldonovu najnovšiu interpretáciu Schrödingerovho myšlienkového experimentu. Podstatou jeho výkladu je, že sa dá aplikovať vo vzťahoch medzi ľuďmi. Rozumieť dobrý vzťah medzi mužom a ženou alebo zlé - musíte otvoriť krabicu (ísť na rande). A predtým sú dobrí aj zlí zároveň.

No, ako sa vám páči tento „roztomilý experiment“? Za našich čias by Schrödingera za takéto brutálne myšlienkové experimenty s mačkou potrestali ochrancovia zvierat. Alebo to možno nebola mačka, ale Schrödingerova mačka?! Úbohé dievča, trpelo týmto Schrodingerom (((

Uvidíme sa v ďalších príspevkoch!

Prajem vám všetkým pekný deň a príjemný večer!

P.S. Podeľte sa o svoje myšlienky v komentároch. A klásť otázky.

P.S. Prihláste sa na odber blogu – formulár na odber sa nachádza pod článkom.

V roku 1935 veľký fyzik, laureát Nobelovej ceny a zakladateľ kvantovej mechaniky Erwin Schrödinger sformuloval svoj slávny paradox.

Vedec navrhol, že ak vezmete určitú mačku a umiestnite ju do nepriehľadnej oceľovej krabice s „pekelným strojom“, o hodinu bude živá a mŕtva zároveň. Mechanizmus v krabici je nasledovný: vo vnútri Geigerovho počítača je mikroskopické množstvo rádioaktívneho materiálu, ktorý sa môže za hodinu rozpadnúť len na jeden atóm; v tomto prípade sa nemusí rozpadnúť s rovnakou pravdepodobnosťou. Ak dôjde k rozpadu, pákový mechanizmus bude fungovať a kladivo rozbije nádobu s kyselinou kyanovodíkovou a mačka zomrie; ak nedôjde k rozkladu, plavidlo zostane nedotknuté a mačka bude živá a zdravá.

Ak by nešlo o mačku a krabicu, ale o svet subatomárnych častíc, potom by vedci povedali, že mačka je živá aj mŕtva zároveň, no v makrokozme je tento záver nesprávny. Prečo teda pracujeme s takýmito konceptmi, keď ide o menšie častice hmoty?

Schrödingerova ilustrácia je najlepším príkladom na opísanie hlavného paradoxu kvantovej fyziky: podľa jej zákonov častice ako elektróny, fotóny a dokonca aj atómy existujú súčasne v dvoch stavoch („živé“ a „mŕtve“, ak si pamätáte dlho trpiaca mačka). Tieto stavy sa nazývajú superpozície.

Americký fyzik Art Hobson (Art Hobson) z University of Arkansas (Arkansas State University) ponúkol svoje riešenie tohto paradoxu.

"Merania v kvantovej fyzike sú založené na fungovaní určitých makroskopických zariadení, ako je Geigerov počítač, ktoré určujú kvantový stav mikroskopických systémov - atómov, fotónov a elektrónov. Z kvantovej teórie vyplýva, že ak pripojíte mikroskopický systém (časticu) k nejaké makroskopické zariadenie, rozlišujúce dva rôzne stavy systému, potom zariadenie (napr. Geigerov počítadlo) prejde do stavu kvantového zapletenia a bude súčasne v dvoch superpozíciách. Tento jav však nie je možné pozorovať priamo , čo ho robí neprijateľným,“ tvrdí fyzik.

Hobson hovorí, že v Schrödingerovom paradoxe mačka zohráva úlohu makroskopického zariadenia, Geigerovho počítača, spojeného s rádioaktívnym jadrom na určenie stavu rozpadu alebo „nerozpadu“ tohto jadra. V tomto prípade by živá mačka bola indikátorom „nerozkladu“ a mŕtva mačka by bola indikátorom rozkladu. Ale podľa kvantovej teórie musí byť mačka, rovnako ako jadro, v dvoch superpozíciách života a smrti.

Namiesto toho musí byť podľa fyzika kvantový stav mačky zapletený so stavom atómu, čo znamená, že sú medzi sebou v „nelokálnom spojení“. To znamená, že ak sa stav jedného zo zapletených predmetov náhle zmení na opačný, potom sa rovnako zmení aj stav jeho páru, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Pri tom sa Hobson odvoláva na túto kvantovú teóriu.

"Najzaujímavejšia vec v teórii kvantového previazania je, že zmena stavu oboch častíc nastáva okamžite: žiadne svetlo ani elektromagnetický signál by nestihol preniesť informácie z jedného systému do druhého. Môžeme teda povedať, že toto je jeden objekt rozdelený na dve časti priestoru, bez ohľadu na to, aká veľká je medzi nimi vzdialenosť,“ vysvetľuje Hobson.

Schrödingerova mačka už nie je živá a mŕtva zároveň. Je mŕtvy, ak dôjde k rozkladu, a živý, ak k rozkladu nikdy nedôjde.

Dodávame, že podobné riešenia tohto paradoxu navrhli za posledných tridsať rokov ešte tri skupiny vedcov, no nebrali sa vážne a v širokej vedeckej komunite zostali nepovšimnuté. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, aspoň teoretické, je absolútne nevyhnutné pre jej hlboké pochopenie.

Na moju hanbu sa chcem priznať, že som tento výraz počul, ale vôbec som nevedel, čo znamená a prinajmenšom na akú tému bol použitý. Poviem vám, čo som čítal na internete o tejto mačke ...

« Shroedingerova mačka» - to je názov slávneho myšlienkového experimentu slávneho rakúskeho teoretického fyzika Erwina Schrödingera, ktorý je tiež laureátom nobelová cena. Pomocou tohto fiktívneho experimentu chcel vedec ukázať neúplnosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych systémov k makroskopickým systémom.

Pôvodný článok Erwina Schrödingera vyšiel v roku 1935. Tu je citát:

Môžete tiež skonštruovať prípady, v ktorých stačí burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý by mal byť nezávislý od zásahu mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívneho materiálu, tak malé, že sa tam môže rozpadnúť iba jeden atóm. hodinu, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak k tomu dôjde, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, ktoré spustí kladivo, čím sa zlomí kužeľ kyseliny kyanovodíkovej.

Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním v sebe alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte ten výraz) v rovnakých pomeroch. Typické v podobné prípady spočíva v tom, že neistota, pôvodne obmedzená na atómový svet, sa transformuje na makroskopickú neistotu, ktorú možno eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi neostrou alebo neostrou fotkou a záberom z oblaku alebo hmly.

Inými slovami:

1. Je tam krabica a mačka. Krabička obsahuje mechanizmus obsahujúci rádioaktívne atómové jadro a nádobu s jedovatým plynom. Experimentálne parametre sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť rozpadu jadra za 1 hodinu bola 50 %. Ak sa jadro rozpadne, plynová nádoba sa otvorí a mačka zomrie. Ak sa jadro nerozpadne, mačka zostáva živá a zdravá.
2. Zatvoríme mačku do krabice, počkáme hodinu a pýtame sa sami seba: je mačka živá alebo mŕtva?
3. Kvantová mechanika nám hovorí, že atómové jadro (a teda mačka) je vo všetkých možných stavoch súčasne (pozri kvantovú superpozíciu). Pred otvorením škatule je systém mačacieho jadra v stave „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ s pravdepodobnosťou 50 % a v stave „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“ s pravdepodobnosť 50 %. Ukazuje sa, že mačka sediaca v boxe je živá aj mŕtva zároveň.
4. Podľa modernej kodanskej interpretácie je mačka stále nažive / mŕtva bez akýchkoľvek medzistavov. A výber stavu rozpadu jadra nastáva nie v okamihu otvorenia krabice, ale dokonca aj vtedy, keď jadro vstúpi do detektora. Pretože redukcia vlnovej funkcie systému „mačka-detektor-jadro“ nie je spojená s ľudským pozorovateľom krabice, ale je spojená s detektorom-pozorovateľom jadra.

Podľa kvantovej mechaniky, ak jadro atómu nie je pozorované, potom je jeho stav opísaný zmesou dvoch stavov - rozpadnuté jadro a nerozpadnuté jadro, teda mačka sediaca v krabici a zosobňujúca jadro atómu je živý aj mŕtvy zároveň. Ak sa škatuľka otvorí, potom môže experimentátor vidieť iba jeden konkrétny stav – „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“.

Podstata ľudského jazyka

Schrödingerov experiment ukázal, že z pohľadu kvantovej mechaniky je mačka živá aj mŕtva zároveň, čo nemôže byť. V dôsledku toho má kvantová mechanika značné nedostatky.

Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny? Účelom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré špecifikujú, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zomrie, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch. Keďže je jasné, že mačka musí byť nevyhnutne buď živá alebo mŕtva (medzi životom a smrťou neexistuje žiadny medzistav), bude to rovnaké pre atómové jadro. Musí byť nevyhnutne buď rozbité, alebo nerozbité (Wikipedia).

Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera z Teórie veľkého tresku, ktorý hovoril s menej vzdelaným susedom Penny. Pointou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky možno aplikovať na vzťahy medzi ľuďmi. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký je medzi nimi vzťah: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Dovtedy sú vzťahy dobré aj zlé.

Nižšie je videoklip tohto dialógu Teória veľkého tresku medzi Sheldonom a Peny.

Schrödingerova ilustrácia je najlepším príkladom na opísanie hlavného paradoxu kvantovej fyziky: podľa jej zákonov častice ako elektróny, fotóny a dokonca aj atómy existujú súčasne v dvoch stavoch („živé“ a „mŕtve“, ak si pamätáte dlho trpiaca mačka). Tieto stavy sa nazývajú superpozície.

Americký fyzik Art Hobson (Art Hobson) z University of Arkansas (Arkansas State University) ponúkol svoje riešenie tohto paradoxu.

„Merania v kvantovej fyzike sú založené na prevádzke určitých makroskopických zariadení, ako je Geigerov počítač, ktorý určuje kvantový stav mikroskopických systémov – atómov, fotónov a elektrónov. Kvantová teória znamená, že ak pripojíte mikroskopický systém (časticu) k nejakému makroskopickému zariadeniu, ktoré rozlišuje medzi dvoma rôznymi stavmi systému, potom zariadenie (napríklad Geigerov počítač) prejde do stavu kvantového zapletenia a bude tiež súčasne v dvoch superpozíciách. Priamo pozorovať tento jav je však nemožné, čo ho robí neprijateľným,“ hovorí fyzik.

Hobson hovorí, že v Schrödingerovom paradoxe mačka zohráva úlohu makroskopického zariadenia, Geigerovho počítača, spojeného s rádioaktívnym jadrom na určenie stavu rozpadu alebo „nerozpadu“ tohto jadra. V tomto prípade bude živá mačka indikátorom „nerozkladu“ a mŕtva mačka bude indikátorom rozkladu. Ale podľa kvantovej teórie musí byť mačka, rovnako ako jadro, v dvoch superpozíciách života a smrti.

Namiesto toho musí byť podľa fyzika kvantový stav mačky zapletený so stavom atómu, čo znamená, že sú medzi sebou v „nelokálnom spojení“. To znamená, že ak sa stav jedného zo zapletených predmetov náhle zmení na opačný, potom sa rovnako zmení aj stav jeho páru, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Hobson sa zároveň odvoláva na experimentálne potvrdenie tejto kvantovej teórie.

„Najzaujímavejšia vec na teórii kvantového zapletenia je, že zmena stavu oboch častíc nastáva okamžite: žiadne svetlo ani elektromagnetický signál by nestihol preniesť informácie z jedného systému do druhého. Dá sa teda povedať, že ide o jeden objekt rozdelený na dve časti priestorom, bez ohľadu na to, aká veľká je medzi nimi vzdialenosť,“ vysvetľuje Hobson.

Schrödingerova mačka už nie je živá a mŕtva zároveň. Je mŕtvy, ak dôjde k rozkladu, a živý, ak k rozkladu nikdy nedôjde.

Dodávame, že podobné riešenia tohto paradoxu navrhli za posledných tridsať rokov ešte tri skupiny vedcov, no nebrali sa vážne a v širokej vedeckej komunite zostali nepovšimnuté. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, aspoň teoretické, je absolútne nevyhnutné pre jej hlboké pochopenie.

Schrödinger

A to len nedávno TEORETICI VYSVETĽUJÚ, AKO GRAVITÁCIA ZABÍJA CAT SCHROEDINGER, ale je to čoraz ťažšie...

Fyzici spravidla vysvetľujú jav, že superpozícia je možná vo svete častíc, ale nemožná s mačkami alebo inými makro objektmi, interferenciou z životné prostredie. Keď kvantový objekt prechádza poľom alebo interaguje s náhodnými časticami, okamžite nadobudne iba jeden stav – ako keby bol meraný. Takto sa superpozícia zrúti, ako sa vedci domnievali.

Ale aj keby bolo nejakým spôsobom možné izolovať makroobjekt, ktorý je v stave superpozície, od interakcií s inými časticami a poľami, potom by skôr či neskôr nadobudol jediný stav. Prinajmenšom to platí pre procesy prebiehajúce na povrchu Zeme.

"Niekde v medzihviezdnom priestore by mačka možno mala šancu zachovať kvantovú koherenciu, ale na Zemi alebo v blízkosti akejkoľvek planéty je to extrémne nepravdepodobné." A dôvodom je gravitácia, “vysvetľuje hlavný autor novej štúdie Igor Pikovski z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovský a jeho kolegovia z Viedenskej univerzity tvrdia, že gravitácia má deštruktívny vplyv na kvantové superpozície makroobjektov, a preto takéto javy v makrokozme nepozorujeme. Mimochodom, základný koncept novej hypotézy je zhrnutý v celovečerný film"Medzihviezdny".

Einsteinova všeobecná teória relativity tvrdí, že extrémne masívny objekt bude deformovať časopriestor v jeho blízkosti. Ak vezmeme do úvahy situáciu na menšej úrovni, môžeme povedať, že pre molekulu umiestnenú blízko povrchu Zeme pôjde čas o niečo pomalšie ako pre molekulu, ktorá je na obežnej dráhe našej planéty.

Vplyvom gravitácie na časopriestor zaznamená molekula, ktorá spadá pod tento vplyv, odchýlku svojej polohy. A to by zase malo ovplyvniť aj jeho vnútornú energiu – vibrácie častíc v molekule, ktoré sa časom menia. Ak sa molekula uvedie do stavu kvantovej superpozície dvoch miest, potom by vzťah medzi polohou a vnútornou energiou čoskoro prinútil molekulu „vybrať si“ len jednu z dvoch polôh v priestore.

„Vo väčšine prípadov je fenomén dekoherencie spojený s vonkajšími vplyvmi, ale v tento prípad vnútorná vibrácia častíc interaguje s pohybom samotnej molekuly,“ vysvetľuje Pikovský.

Tento efekt zatiaľ nebol pozorovaný, keďže iné zdroje dekoherencie, ako napr magnetické polia tepelné žiarenie a vibrácie sú vo všeobecnosti oveľa silnejšie a spôsobujú, že sa kvantové systémy zrútia oveľa skôr ako gravitácia. Experimentátori sa však snažia otestovať uvedenú hypotézu.

Podobné nastavenie by sa dalo použiť aj na testovanie schopnosti gravitácie ničiť kvantové systémy. Na to bude potrebné porovnať vertikálne a horizontálne interferometre: v prvom superpozícia čoskoro zmizne v dôsledku dilatácie času v rôznych „výškach“ dráhy, zatiaľ čo v druhom môže kvantová superpozícia pretrvávať .

Schrödingerova mačka je slávny myšlienkový experiment. Dal to slávny Kandidát na Nobelovu cenu v oblasti fyziky - rakúsky vedec Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger.

Podstata experimentu bola nasledovná. Mačka bola umiestnená v uzavretej komore (boxe). Box je vybavený mechanizmom, ktorý obsahuje rádioaktívne jadro a jedovatý plyn. Parametre sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť jadrového rozpadu za jednu hodinu bola presne päťdesiat percent. Ak sa jadro rozpadne, mechanizmus sa uvedie do činnosti a otvorí sa nádoba s jedovatým plynom. Preto Schrödingerova mačka zomrie.

Podľa zákonov, ak nepozorujete jadro, tak jeho stavy budú opísané podľa dvoch hlavných stavov - jadro rozpadnutého a nerozpadnutého. A tu vzniká paradox: Schrödingerova mačka, ktorá sedí v krabici, môže byť mŕtva aj živá zároveň. Ale ak je krabica otvorená, experimentátor uvidí iba jeden konkrétny stav. Buď „jadro sa rozpadlo a mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo a Schrödingerova mačka žije“.

Logicky budeme mať jeden z dvoch výstupov: buď živú mačku alebo mŕtvu. Ale v potenciáli je zviera v oboch stavoch naraz. Schrodinger sa tak pokúsil dokázať svoj názor na obmedzenia kvantovej mechaniky.

Podľa kodanskej interpretácie a najmä tohto experimentu mačka v jednej zo svojich potenciálnych fáz (mŕtva-živá) získava tieto vlastnosti až po zásahu vonkajšieho pozorovateľa do procesu. Ale kým tento pozorovateľ nie je prítomný (to znamená prítomnosť konkrétnej osoby, ktorá má cnosti jasného videnia a vedomia), mačka bude v limbu „medzi životom a smrťou“.

Slávne antické podobenstvo o mačke, ktorá chodí sama, získava v kontexte tohto experimentu nové, zaujímavé odtiene.

Podľa Everetta, ktorý sa od klasického kodanského výrazne líši, sa proces pozorovania nepovažuje za nič zvláštne. Oba štáty, že Schrödingerova mačka môže byť in, môžu v tejto interpretácii existovať. Ale navzájom sa dekoherujú. To znamená, že jednota týchto štátov bude narušená práve v dôsledku interakcie s vonkajší svet. Je to pozorovateľ, ktorý otvára škatuľu a vnáša nesúlad do stavu mačky.

Existuje názor, že rozhodujúce slovo v tejto veci by malo mať také stvorenie, ako je Schrödingerova mačka. Zmyslom tohto stanoviska je akceptovanie faktu, že v celom danom experimente je práve zviera jediným absolútne kompetentným pozorovateľom. Napríklad vedci Max Tegmark, Bruno Marshal a Hans Moraven predstavili modifikáciu vyššie uvedeného experimentu, kde hlavným uhlom pohľadu je názor mačky. V tomto prípade Schrödingerova mačka nepochybne prežije, pretože len mačka, ktorá prežila, môže pozorovať výsledky. Vedec Nadav Katz ale zverejnil svoje výsledky, v ktorých dokázal „vrátiť“ stav častice späť po zmene jej stavu. Šance na prežitie mačky sa tak výrazne zvyšujú.