Čo je to Schrödingerova mačka, Schrödingerova mačka, všetko o Schrödingerovej mačke, Schrödingerov mačací paradox, Schrödingerova skúsenosť s mačkou, mačka v krabici, ani živá, ani mŕtva mačka, je Schrödingerova mačka živá, experiment s mačkou

Toto je mačka, ktorá je živá aj mŕtva zároveň. Za takýto nepriaznivý stav vďačí nositeľovi Nobelovej ceny za fyziku, rakúskemu vedcovi Erwinovi Rudolfovi Josephovi Alexandrovi Schrödingerovi.

Sekcie:

Podstata experimentu / paradoxu

Mačka je v uzavretej krabici, kde je mechanizmus obsahujúci rádioaktívne jadro a nádobu s jedovatým plynom. Charakteristiky experimentu sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť rozpadu jadra za 1 hodinu bola 50 %. Ak sa jadro rozpadne, uvedie mechanizmus do pohybu, plynová nádoba sa otvorí a mačka zomrie. Podľa kvantovej mechaniky, ak sa nad jadrom nepozoruje, jeho stav je opísaný superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov - rozpadnutého jadra a nerozpadnutého jadra, takže mačka sediaca v krabici je živá aj mŕtva. zároveň.

Oplatí sa otvoriť škatuľku – a experimentátor by mal vidieť iba jeden stav – „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“. Ale zatiaľ čo v procese nie je žiadny pozorovateľ, nešťastné malé zviera zostáva "mŕtve".

Okraje

• Nešťastie nikdy nepríde samo
  Spochybňuje sa nielen zdravotný stav chvostnatého obyvateľa boxu, ale aj jeho pohlavie: v pôvodnom experimente bola Schrödingerova mačka stále mačkou (die Katze).
• Neexistujú žiadne "mŕtve" mačky
  Je dôležité si uvedomiť, že Schrödingerov experiment nemá za cieľ dokázať existenciu „mŕtvych“ mačiek (a na rozdiel od toho, čo bolo povedané v druhej časti hry Portal, nebol vynájdený ako ospravedlnenie pre zabíjanie mačiek). Je zrejmé, že mačka musí byť nevyhnutne živá alebo mŕtva, pretože neexistuje žiadny prechodný stav.
  Skúsenosti ukazujú, že kvantová mechanika nedokáže opísať správanie makrosystémov (ku ktorým mačka patrí): je neúplná bez nejakých pravidiel, ktoré indikujú, kedy si systém vyberie jeden konkrétny stav, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zostane žije alebo sa stáva mŕtvym., ale prestáva byť zmesou oboch.

Výklady Kodanská interpretácia popiera, že pred otvorením krabice je mačka v stave miešania živých a mŕtvych. Niektorí veria, že pokiaľ je box zatvorený, systém je v superpozícii stavov „rozložené jadro, mŕtva mačka“ a „nerozložené jadro, živá mačka“, a keď sa box otvorí, vlnová funkcia skolabuje až vtedy. na jednu z možností. Iné - to "pozorovanie" nastáva, keď častica z jadra vstúpi do detektora; žiaľ, v kodanskom výklade nie je jasné pravidlo, ktoré hovorí, kedy sa to stane, a preto je tento výklad neúplný, kým sa doň takéto pravidlo nezavedie alebo sa nepovie, ako ho možno v zásade zaviesť. Everettov výklad mnohých svetov, na rozdiel od Kodane nepovažuje proces pozorovania za niečo výnimočné. Tu existujú oba stavy mačky, ale dekoherujú - to znamená, ako autor pochopil, že jednota týchto stavov je narušená v dôsledku interakcie s životné prostredie. Keď pozorovateľ otvorí krabicu, zapletie sa (zmieša sa) s mačkou, čo má za následok dva stavy pozorovateľa, jeden zodpovedá živej a jeden mŕtvej mačke. Tieto stavy navzájom neinteragujú. Mačka ako kompetentný pozorovateľ
Autor sa domnieva, že rozhodujúce slovo by malo byť prenechané mačke, ktorá síce nerozumie ani jednému belmesovi z kvantovej mechaniky, no svoj stav si určite uvedomuje najlepšie. Jeho schopnosť pozorovateľa však medzi vedcami zjavne vyvoláva pochybnosti. Výnimkou sú Hans Moravec, Bruno Marshal a Max Tegmark, ktorí navrhli modifikáciu Schrödingerovho experimentu známeho ako „kvantová samovražda“, čo je experiment s mačkou z pohľadu mačky. Vedci sledovali cieľ ukázať rozdiel medzi interpretáciou kvantovej mechaniky v Kodani a mnohými svetmi. Ak je interpretácia viacerých svetov správna, mačka sa na radosť sympatizantov stane Tsoi a vždy zostane nažive, pretože účastník môže pozorovať výsledok experimentu iba vo svete, v ktorom prežije.

• Nadav Katz z Kalifornskej univerzity a jeho kolegovia zverejnili výsledky laboratórneho experimentu, v ktorom sa im podarilo „vrátiť“ kvantový stav častice späť a po zmeraní tohto stavu. Tak je možné zachrániť život mačky bez ohľadu na podmienky pre kolaps vlnovej funkcie. Nezáleží na tom, či je živý alebo mŕtvy: vždy môžete vyhrať späť [odkaz] .
• 06.03.2011 RIA Novosti uviedla, že čínski fyzici dokázali tvoriť osemfotónová "Schrodingerova mačka"[odkaz], ktorý by mal prispieť k rozvoju budúcich kvantových počítačov

Obraz v kultúre

Snáď nikto neurobil pre popularizáciu kvantovej mechaniky viac ako úbohá mačka. Dokonca aj ľudia, ktorí sú najďalej od tohto zložitého poľa poznania, nadšení osudom pravdepodobne trpiaceho zvieratka, sa snažia prísť na zložitosť experimentu a dúfajú, že nie je všetko také zlé. Mačka inšpiruje umelcov a populárnu kultúru.
Spomeňme jeho hlavné prednosti:

Literatúra: Situáciu so Schrodingerovou mačkou rozoberajú protagonisti knihy Dirk Gently's Detecty Agency od Douglasa Adamsa. V Endymionovi Dana Simmonsa protagonista Raoul Endymion píše svoj príbeh, zatiaľ čo obieha okolo Armagastu v Schrödingerovej „škatuľke pre mačky“. V poslednej tretine knihy Roberta Heinleina „Mačka prechádzajúca stenami“ sa objavuje zázvorový kocúr Pixel, ktorý má vlastnosť Schrödingerovej mačky byť v dvoch stavoch súčasne. V knihe Terryho Pratchetta „Mačka bez bláznov“ je vtipnou formou opísané plemeno takzvaných „Schrödingerských mačiek“, ktoré pochádzajú z tej istej Schrödingerovej mačky. Tento myšlienkový experiment sa viackrát spomína aj v iných Pratchettových dielach, napríklad v románe Dámy a páni. V príbehu F. Gwinpleina McIntyra „Ošetrovateľ Schrödingerovej mačky“ je jednou z postáv Schrödingerov vlastný maznáčik, kocúr Tibbles. Okolo tejto mačky sa v skutočnosti odohráva akcia humorný príbeh, štedro okorenený detailmi z rôznych oblastiach fyzika. Dej sci-fi románu Fredericka Pohla The Coming of the Quantum Cats (1986) je založený na myšlienke interakcie „susedných“ vesmírov. Vo filozofickej a satirickej miniatúre Nikolaja Baytova „Schrödingerova mačka“ je Schrödingerov paradox obrátený naruby: organizácia s názvom „Liga zvratného času“ monitoruje živú mačku v krabici už 50 rokov bez prerušenia a verí, že zatiaľ čo pozorovanie prebieha - stav, v ktorom mačka býva, by sa nemal meniť. V Lukjanenkovej knihe „Posledná hliadka“ je hlavná postava hodená okolo krku slučkou s názvom „Schrödingerova mačka“, ktorej zvláštnosťou je, že kúzelníci nerozumejú, či je tento tvor nažive alebo nie. Spomínaný v románe Grega Egana „Karanténa“, vo fantázii Christophera Stashefa „Mág liečiteľ“, v Gregovi Beerovi (Gregory Dale Bear) v príbehu „Schrödingerov mor“; Poľský spisovateľ Sapkowski spomína Kodringerovu mačku. V kyberpunkovom románe Mercy Shelleyovej 2048 sa uvádza, že „chlap s priezviskom, ktoré vyzeralo ako spis, ukladal nejakého nešťastného bioorga do železnej škatule, v ktorej nebolo nič iné ako fľaštička s jedom“. Báseň Svetlany Širankovej „Schrödingerova mačka“ má veľmi inšpiratívny začiatok: „Doktor Schrödinger, vaša mačka stále žije.“ Obrazovka: Vo filme bratov Coenovcov Vážny muž hovorí študent profesorovi: „Rozumiem experimentu s mŕtvou mačkou,“ čo, samozrejme, naznačuje opak. Vo filme „Repo Man“ („Zberatelia“, v ruskej pokladni „Ripperi“) hlavná postava na začiatku filmu hovorí o neznámom vedcovi, ktorý má mačku. A táto mačka je v stave "... živá aj mŕtva zároveň ...". V jednej z epizód sci-fi série Hviezdna brána SG-1 sa objaví mačka menom Schrödinger. Rovnaké meno mačka má aj hlavný hrdina sci-fi série Sliders. V Hviezdnej bráne SG-1 bola zázvorová mačka menom Schrödinger darovaná mimozemšťanovi. Mŕtvy kocúr Schrödinger sa objavuje v CSI: Las Vegas (8. séria, 15. epizóda: Teória všetkého). Schrödingerova mačka sa spomína aj v televíznom seriáli Teória veľkého tresku, kde ako odpoveď na dievčenskú otázku, či má ísť na rande, hrdina nakreslí prirovnanie k Schrödingerovej mačke, čo znamená, že kým to nevyskúšate, nebudete vedieť: „Penny, lebo aby si zistil, či je mačka živá alebo mŕtva, musíš otvoriť krabicu. V seriáli „Chrobáky“ stvárnil úlohu Schrödingerovej mačky stopa Red Mercury v nastraženom trezore. AT Japonské anime"Hellsing (OVA)" (ako v mange rovnakého mena), existuje postava mačacieho muža menom Schrödinger, ani živá, ani mŕtva, so schopnosťou teleportovať sa ("byť všade a nikde") a absolútne nezničiteľná. V anime „To Aru Majutsu no Index“ hlavná hrdinka namieta proti návrhu dievčaťa pomenovať mačiatko Schrödinger, že mačky sa týmto menom volať nemôžu. Anime Shigofumi obsahuje aj mačku menom Schrödinger. V japonskom anime a hre Umineko no naku koro ni sa skúsenosti využívajú pri Battlerovom pokuse dokázať nemožnosť mágie (použité sú aj Devil's Proof, Hempel's Crows, Laplace's Demon). V jednej z futuramských epizód Law and Oracle Schrödinger ukryl drogy v krabici s mačkou. Komiks/manga: Malý komiks o Schrödingerovej mačke a Maxwellovom démonovi. He's Dead: Schrödinger of the Cat: And More Comics na joyreactor.ru. Hry: Existuje pátracia hra „The Return of the Quantum Cat“. V hre Nethack je monštrum Quantum Mechanic, ktoré má občas pri sebe krabicu s mačkou. Stav mačky nie je určený až do okamihu otvorenia krabice. V hre "Half-Life 2" bola v laboratóriu mačka s teleportmi, nočné mory, o ktorých "stále" navštevuje Barneyho. Portrét Schrödingerovej mačky sa nachádza aj v remaku z roku 1998 založenom na Half-Life. - "Black Mesa" ("Black Mesa", predtým známa ako "Black Mesa: Source"). Odkaz na notársky overenú snímku obrazovky. V každej úrovni Bioshocku je v kúte mŕtva mačka s označením Shrodinger. V druhej časti sa to dá tiež nájsť - mačka odpočíva v jednej z ľadových kryh v zamrznutej miestnosti so štyrmi monitorovacími kamerami v rohoch. Rovnomenná NPC mačka je súčasťou japonskej RPG Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. Hlavný slogan hry Portal, „Torta je lož“, je chybou jedného z výsledkov Schrödingerovho experimentu, konkrétne „Mačka žije“. V druhej časti hry sa tiež nezabúda na mačku. Zmienku o experimente možno nájsť v knihe pravidiel Ruska stolná hra"Vek Vodnára". Mačka tam má dokonca svoj charakteristický tanier - je úplne prázdny, takže sa zdá, že tam nie je. hudba: Takzvaný festival neštandardnej hudby „Schrödingerova mačka“, ktorý sa konal pod heslom „ Skutočný život- skutočná smrť - skutočná hudba! a „Je Schrödingerova mačka živá alebo mŕtva? A ty?" Google tiež uvádza, že názov „Schrödingerova mačka“ je takmer hudobným projektom veľmi malého tímu z Koroleva pri Moskve. Album britskej skupiny Tears for Fears „Saturnine Martial and Lunatic“ obsahuje skladbu s rovnakým názvom. S rovnomennou skladbou hrá aj ruská skupina „Allein Fur“ Immer. humor: Akýkoľvek vtip o Schrödingerovej mačke je vtipný a nevtipný zároveň. Schrödinger a Heisenberg jazdia po diaľnici na konferenciu, Schrödinger šoféruje. Zrazu sa ozve úder a on zastaví auto. Heisenberg sa pozerá na cestu:
- Bože môj, vyzerá to tak, že som udrel mačku!
- Zomrel?
- Neviem presne povedať. Schrödinger chodil po miestnosti a hľadal mačiatko, ktoré sa posralo, a sedelo v krabici, ani živé, ani mŕtve. Zmiešaný: Umelci si všímajú Schrödingerovu mačku a snažia sa sprostredkovať nejednoznačnosť jeho polohy pomocou maľby a grafiky. Obrázky tohto malého zvieraťa je možné vidieť aj na tričkách a hrnčekoch. Teroristi, o ktorých nie je presne známe, či sú živí alebo mŕtvi, sa niekedy označujú ako „Schrödingerskí teroristi“. Zo známych osobností bol v tomto stave napríklad Jásir Arafat, keď bol pred smrťou v kóme, ako aj Usáma bin Ládin. Podľa Absurdopedie je mačka v poke zjednodušenou verziou Schrödingerovho experimentu s mačkou [odkaz] . Stephen Hawking parafrázoval heslová fráza Hans Jost „Keď počujem o kultúre, chytím zbraň“ takto: „Keď počujem o Schrödingerovej mačke, moja ruka siaha po zbrani!“. Vysvetlením je, že podobne ako mnohí iní fyzici, aj Hawking zastáva názor, že „kodanská škola“ výkladu kvantovej mechaniky neprimerane zdôrazňuje úlohu pozorovateľa. V súvislosti s otvorením Katedry teológie MEPhI sa na sieti rozšíril nasledujúci obrázok:

Ako nám vysvetlil Heisenberg, kvôli princípu neurčitosti je popis objektov kvantového mikrosveta iného charakteru ako bežný popis objektov newtonského makrokozmu. Namiesto priestorových súradníc a rýchlosti, ktorými sme popisovali mechanický pohyb napríklad gule na biliardovom stole, sa v kvantovej mechanike objekty opisujú takzvanou vlnovou funkciou. Hrebeň "vlny" zodpovedá maximálnej pravdepodobnosti nájdenia častice vo vesmíre v okamihu merania. Pohyb takejto vlny je opísaný Schrödingerovou rovnicou, ktorá nám hovorí, ako sa mení stav kvantového systému s časom.

Teraz o mačke. Každý vie, že mačky sa radi schovávajú v krabiciach (). Uvedomil si to aj Erwin Schrödinger. Navyše s čisto severskou divokosťou túto vlastnosť využil v slávnom myšlienkovom experimente. Jeho podstatou bolo, že mačka bola zavretá v krabici s pekelným strojom. Stroj je cez relé spojený s kvantovým systémom, napríklad s rádioaktívne sa rozpadajúcou látkou. Pravdepodobnosť rozpadu je známa a je 50%. Pekelný stroj funguje, keď sa kvantový stav systému zmení (nastane rozpad) a mačka úplne zomrie. Ak si na jednu hodinu necháme systém „Cat-box-infernal machine-quanta“ pre seba a zapamätáme si, že stav kvantového systému je opísaný z hľadiska pravdepodobnosti, potom je jasné, že zistiť, či je mačka nažive, resp. nie v tento momentčas určite nebude fungovať, rovnako ako nebude fungovať presne predpovedať pád mince na hlavu alebo chvost vopred. Paradox je veľmi jednoduchý: vlnová funkcia popisujúca kvantový systém zmiešava dva stavy mačky – je živá a mŕtva zároveň, rovnako ako sa viazaný elektrón s rovnakou pravdepodobnosťou môže nachádzať kdekoľvek v priestore rovnako vzdialenom od atómového jadra. Ak krabicu neotvoríme, nevieme presne, ako sa mačka má. Bez vykonávania pozorovaní (čítaní meraní) na atómovom jadre môžeme opísať jeho stav iba superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov: rozpadnutého a nerozpadnutého jadra. Mačka závislá od jadra je živá aj mŕtva súčasne. Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny?

Kodanská interpretácia experimentu nám hovorí, že systém prestáva byť zmesou stavov a vyberie si jeden z nich v momente, keď sa uskutoční pozorovanie, ktoré je zároveň meraním (otvorí sa rámček). To znamená, že samotná skutočnosť merania mení fyzikálnu realitu, čo vedie ku kolapsu vlnovej funkcie (mačka sa buď stane mŕtvou, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch)! Myslite na to, experiment a merania, ktoré ho sprevádzajú, menia realitu okolo nás. Osobne tento fakt robí môj mozog oveľa silnejším ako alkohol. Tento paradox ťažko berie aj notoricky známy Steve Hawking, ktorý opakuje, že keď počuje o Schrödingerovej mačke, jeho ruka siaha po Browningovi. Ostrosť reakcie vynikajúceho teoretického fyzika je spôsobená tým, že podľa jeho názoru je úloha pozorovateľa pri kolapse vlnovej funkcie (pri jej páde do jedného z dvoch pravdepodobnostných) stavov značne prehnaná.

Samozrejme, keď profesor Erwin v roku 1935 vymyslel svoj mačací podvod, bol to šikovný spôsob, ako ukázať nedokonalosť kvantovej mechaniky. V skutočnosti mačka nemôže byť živá a mŕtva súčasne. Výsledkom bolo, že jednou z interpretácií experimentu bol zjavný rozpor medzi zákonmi makrosveta (napríklad druhý termodynamický zákon - mačka je buď živá alebo mŕtva) a mikrosveta (mačka je živý a mŕtvy zároveň).

Uvedené sa uplatňuje v praxi: v kvantových výpočtoch a v kvantovej kryptografii. Kábel z optických vlákien vysiela svetelný signál, ktorý je v superpozícii dvoch stavov. Ak sa útočníci pripojí ku káblu niekde v strede a urobia tam signálny odposluch, aby odpočúvali prenášané informácie, tak to skolabuje vlnovú funkciu (z pohľadu kodanskej interpretácie dôjde k pozorovaniu) a svetlo prejde do jedného zo stavov. Po vykonaní štatistických testov svetla na prijímacom konci kábla bude možné zistiť, či je svetlo v superpozícii stavov alebo či už bolo pozorované a prenesené do iného bodu. Robí možné vytvorenie komunikačné prostriedky, ktoré vylučujú nepostrehnuteľné zachytenie signálu a odpočúvanie.

Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera z Teórie veľkého tresku, ktorý sa rozprával s Pennyiným menej vzdelaným susedom. 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.

Jurij Gordejev
Programátor, vývojár hier, dizajnér, umelec

„Schrödingerova mačka“ je myšlienkový experiment navrhnutý jedným z priekopníkov kvantovej fyziky, aby ukázal, ako zvláštne kvantové efekty vyzerajú pri aplikácii na makroskopické systémy.

Naozaj sa pokúsim vysvetliť jednoduchými slovami: páni fyzikári, nehľadajte. Fráza „zhruba povedané“ je naznačená ďalej pred každou vetou.

Vo veľmi, veľmi malom meradle sa svet skladá z vecí, ktoré sa správajú veľmi nezvyčajným spôsobom. Jednou z najpodivnejších vlastností takýchto objektov je schopnosť byť súčasne v dvoch vzájomne sa vylučujúcich stavoch.

Z intuitívneho hľadiska (niekto povie dokonca strašidelné) je ešte nezvyčajnejšie, že akt cieľavedomého pozorovania túto neistotu eliminuje a pred pozorovateľom sa v r. len jeden z nich, akoby sa nič nestalo, odvracia pohľad nabok a nevinne pískne.

Na subatomárnej úrovni je na tieto huncútstva každý už dávno zvyknutý. Existuje matematický aparát, ktorý tieto procesy popisuje a poznatky o nich našli rôzne aplikácie: napríklad v počítačoch a kryptografii.

Na makroskopickej úrovni sa tieto efekty nepozorujú: nám známe predmety sú vždy v jedinom špecifickom stave.

A teraz myšlienkový experiment. Vezmeme mačku a vložíme ju do krabice. Položíme tam aj banku s jedovatým plynom, rádioaktívnym atómom a Geigerovým počítačom. Rádioaktívny atóm sa môže alebo nemusí kedykoľvek rozpadnúť. Ak sa rozpadne, počítadlo zaznamená žiarenie, jednoduchý mechanizmus rozbije banku s plynom a naša mačka zomrie. Ak nie, mačka bude žiť.

Krabicu zatvoríme. Od tohto momentu je z pohľadu kvantovej mechaniky náš atóm v stave neistoty - rozpadol sa s pravdepodobnosťou 50% a nerozpadol sa s pravdepodobnosťou 50%. Predtým, ako otvoríme krabicu a pozrieme sa dovnútra (urobíme pozorovanie), bude v oboch stavoch naraz. A keďže osud mačky priamo závisí od stavu tohto atómu, ukazuje sa, že aj mačka je doslova živá a mŕtva zároveň („... rozmazanie živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnaké proporcie ...“ - píše autor experimentu). Takto by túto situáciu opísala kvantová teória.

Schrödinger sotva tušil, aký rozruch spôsobí jeho nápad. Samozrejme, samotný experiment, dokonca aj v origináli, je opísaný mimoriadne hrubo a bez predstierania vedeckej presnosti: autor chcel svojim kolegom sprostredkovať myšlienku, že teóriu je potrebné doplniť o jasnejšie definície takých procesov ako „pozorovanie“ s cieľom vylúčiť zo svojej jurisdikcie scenáre s mačkami v krabiciach.

Myšlienka mačky bola dokonca použitá na „dokázanie“ existencie Boha ako supermyse, ktorá svojim neustálym pozorovaním umožňuje našu existenciu. V skutočnosti „pozorovanie“ nevyžaduje vedomého pozorovateľa, čo zbavuje kvantové efekty akejsi mystiky. Ale aj tak zostáva dnes kvantová fyzika na čele vedy s mnohými nevysvetliteľnými javmi a ich interpretáciami.

Ivan Boldin
Kandidát fyzikálnych a matematických vied, vedecký pracovník, absolvent MIPT

Správanie predmetov v mikrosvete (elementárne častice, atómy, molekuly) sa výrazne líši od správania predmetov, s ktorými sa bežne musíme potýkať. Napríklad elektrón môže preletieť súčasne cez dve priestorovo vzdialené miesta alebo byť súčasne na niekoľkých obežných dráhach v atóme. Na popis týchto javov bola vytvorená teória – kvantová fyzika. Podľa tejto teórie môžu byť častice napríklad rozmazané vo vesmíre, ale ak chcete určiť, kde sa častica napokon nachádza, vždy nájdete celú časticu na nejakom mieste, to znamená, že sa akosi zrúti zo svojho rozmazaný stav na nejaké konkrétne miesto. To znamená, že sa verí, že kým nezmeriate polohu častice, nemá vôbec žiadnu polohu a fyzika môže iba predpovedať, s akou pravdepodobnosťou, na akom mieste nájdete časticu.

Erwin Schrödinger, jeden z tvorcov kvantovej fyziky, si položil otázku: čo ak v závislosti od výsledku merania stavu mikročastice dôjde alebo nenastane udalosť. Napríklad by sa to dalo implementovať nasledujúcim spôsobom: rádioaktívny atóm sa odoberie s polčasom rozpadu, povedzme, hodina. Do nepriehľadnej škatule sa dá umiestniť atóm, dať tam zariadenie, ktoré keď naň dopadnú produkty rádioaktívneho rozpadu atómu, rozbije ampulku s jedovatým plynom a do tejto škatule vloží mačku. Potom zvonku neuvidíte, či sa atóm rozpadol alebo nie, to znamená, že podľa kvantovej teórie sa súčasne rozpadol a nerozpadol sa, a preto je mačka živá aj mŕtva. Takáto mačka sa stala známou ako Schrödingerova mačka.

Môže sa zdať prekvapujúce, že mačka môže byť živá a mŕtva zároveň, hoci formálne tu nie je žiadny rozpor a nejde o vyvrátenie kvantovej teórie. Môžu však vzniknúť otázky, napríklad: kto môže uskutočniť kolaps atómu z rozmazaného stavu do určitého stavu a kto pri takomto pokuse sám prechádza do rozmazaného stavu? Ako prebieha tento proces kolapsu? Alebo ako to, že ten, kto kolaps vykonáva, sám neposlúcha zákony kvantovej fyziky? Či tieto otázky dávajú zmysel, a ak áno, aké sú na ne odpovede, stále nie je jasné.

George Panin
absolvovali ich RKhTU. DI. Mendelejev, Hlavný špecialista výskumné oddelenie (prieskum trhu)

Ako nám vysvetlil Heisenberg, kvôli princípu neurčitosti je popis objektov kvantového mikrosveta iného charakteru ako bežný popis objektov newtonského makrokozmu. Namiesto priestorových súradníc a rýchlosti, ktorými sme popisovali mechanický pohyb napríklad gule na biliardovom stole, sa v kvantovej mechanike objekty opisujú takzvanou vlnovou funkciou. Hrebeň "vlny" zodpovedá maximálnej pravdepodobnosti nájdenia častice vo vesmíre v okamihu merania. Pohyb takejto vlny je opísaný Schrödingerovou rovnicou, ktorá nám hovorí, ako sa mení stav kvantového systému s časom.

Teraz o mačke. Každý vie, že mačky sa radi schovávajú v krabiciach (thequestion.ru). Uvedomil si to aj Erwin Schrödinger. Navyše s čisto severskou divokosťou túto vlastnosť využil v slávnom myšlienkovom experimente. Jeho podstatou bolo, že mačka bola zavretá v krabici s pekelným strojom. Stroj je cez relé spojený s kvantovým systémom, napríklad s rádioaktívne sa rozpadajúcou látkou. Pravdepodobnosť rozpadu je známa a je 50%. Pekelný stroj funguje, keď sa kvantový stav systému zmení (nastane rozpad) a mačka úplne zomrie. Ak systém „Cat-box-infernal machine-quanta“ necháme pre seba na jednu hodinu a zapamätáme si, že stav kvantového systému je opísaný z hľadiska pravdepodobnosti, potom je jasné, že je nemožné zistiť, či je mačka nažive alebo nie, v určitom čase určite, rovnako ako nebude možné presne predpovedať pád mince na hlavu alebo chvost vopred. Paradox je veľmi jednoduchý: vlnová funkcia popisujúca kvantový systém zmiešava dva stavy mačky – je živá a mŕtva zároveň, rovnako ako sa viazaný elektrón s rovnakou pravdepodobnosťou môže nachádzať kdekoľvek v priestore rovnako vzdialenom od atómového jadra. Ak krabicu neotvoríme, nevieme presne, ako sa mačka má. Bez vykonávania pozorovaní (čítaní meraní) na atómovom jadre môžeme opísať jeho stav iba superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov: rozpadnutého a nerozpadnutého jadra. Mačka závislá od jadra je živá aj mŕtva súčasne. Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny?

Kodanská interpretácia experimentu nám hovorí, že systém prestáva byť zmesou stavov a vyberie si jeden z nich v momente, keď sa uskutoční pozorovanie, ktoré je zároveň meraním (otvorí sa rámček). To znamená, že samotná skutočnosť merania mení fyzikálnu realitu, čo vedie ku kolapsu vlnovej funkcie (mačka sa buď stane mŕtvou, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch)! Myslite na to, experiment a merania, ktoré ho sprevádzajú, menia realitu okolo nás. Osobne tento fakt robí môj mozog oveľa silnejším ako alkohol. Tento paradox ťažko berie aj notoricky známy Steve Hawking, ktorý opakuje, že keď počuje o Schrödingerovej mačke, jeho ruka siaha po Browningovi. Ostrosť reakcie vynikajúceho teoretického fyzika je spôsobená tým, že podľa jeho názoru je úloha pozorovateľa pri kolapse vlnovej funkcie (pri jej páde do jedného z dvoch pravdepodobnostných) stavov značne prehnaná.

Samozrejme, keď profesor Erwin v roku 1935 vymyslel svoj mačací podvod, bol to šikovný spôsob, ako ukázať nedokonalosť kvantovej mechaniky. V skutočnosti mačka nemôže byť živá a mŕtva súčasne. Výsledkom bolo, že jednou z interpretácií experimentu bol zjavný rozpor medzi zákonmi makrosveta (napríklad druhý termodynamický zákon - mačka je buď živá alebo mŕtva) a mikrosveta (mačka je živý a mŕtvy zároveň).

Uvedené sa uplatňuje v praxi: v kvantových výpočtoch a v kvantovej kryptografii. Kábel z optických vlákien vysiela svetelný signál, ktorý je v superpozícii dvoch stavov. Ak sa útočníci pripojí ku káblu niekde v strede a urobia tam signálny odposluch, aby odpočúvali prenášané informácie, tak to skolabuje vlnovú funkciu (z pohľadu kodanskej interpretácie dôjde k pozorovaniu) a svetlo prejde do jedného zo stavov. Po vykonaní štatistických testov svetla na prijímacom konci kábla bude možné zistiť, či je svetlo v superpozícii stavov alebo či už bolo pozorované a prenesené do iného bodu. To umožňuje vytvárať komunikačné prostriedky, ktoré vylučujú nepostrehnuteľné zachytenie signálu a odpočúvanie.

Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera z Teórie veľkého tresku, ktorý sa rozprával s Pennyiným menej vzdelaným susedom. 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. youtube.com

V roku 1935 veľký fyzik, kandidát na Nobelovu cenu a zakladateľ kvantovej mechaniky Erwin Schrödinger sformuloval svoj slávny paradox.

Vedec navrhol, že ak vezmete určitú mačku a umiestnite ju do oceľovej nepriehľadnej 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 schránku, 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 pojmami, keď hovoríme o menších časticiach 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 zároveň bude 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 ich vážne a v širokej vedeckej komunite zostali nepovšimnuté. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, aspoň teoretické, je absolútne nevyhnutné pre jej hlboké pochopenie.

Možno niektorí z vás počuli frázu ako „Schrödingerova mačka“. Pre väčšinu ľudí však toto meno nič nehovorí.

Ak sa považujete za mysliacu osobu a dokonca sa vydávate za intelektuála, určite by ste mali zistiť, čo je Schrödingerova mačka a prečo sa preslávil.

Shroedingerova mačka- Toto myšlienkový experiment, ktorý navrhol rakúsky teoretický fyzik Erwin Schrödinger. Tento talentovaný vedec dostal v roku 1933. nobelová cena vo fyzike.

Svojím slávnym experimentom chcel ukázať neúplnosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych k makroskopickým systémom.

Erwin Schrödinger sa pokúsil vysvetliť svoju teóriu originálnym príkladom mačky. Chcel to čo najviac zjednodušiť, aby bola jeho myšlienka zrozumiteľná každému.

Či sa mu to podarilo alebo nie, sa dozviete prečítaním článku až do konca.

Podstatou experimentu Schrödingerova mačka

Predpokladajme, že určitá mačka je zavretá v oceľovej komore spolu s takým pekelným strojom (ktorý musí byť chránený pred priamym zásahom mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je také malé množstvo rádioaktívneho materiálu, že sa v ňom 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 alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnakých pomeroch.

Typické v podobné prípady je, 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, máme krabicu a mačku. V boxe je inštalované zariadenie s rádioaktívnym atómovým jadrom a nádobou s jedovatým plynom.

Počas experimentu sa pravdepodobnosť rozpadu alebo nerozpadnutia jadra rovná 50 %. Ak sa teda rozpadne, zviera zomrie a ak sa jadro nerozpadne, Schrödingerova mačka zostane nažive.

Zamkneme mačku do škatule a hodinu počkáme, premýšľajúc o krehkosti života.

Podľa zákonov kvantovej mechaniky môže byť jadro (a následne aj samotná mačka) súčasne vo všetkých možných stavoch (pozri kvantová superpozícia).

Kým sa škatuľa neotvorí, systém „mačacieho jadra“ predpokladá dve možnosti výsledku udalostí: „rozpad jadra – mačka je mŕtva“ s pravdepodobnosťou 50 % a „rozpad jadra nenastal – mačka je nažive“ “ s rovnakým stupňom pravdepodobnosti.

Ukáže sa, že Schrödingerova mačka sediaca v boxe je živá aj mŕtva zároveň.

Výklad kodanskej interpretácie hovorí, že v každom prípade je mačka živá a mŕtva zároveň. Voľba jadrového rozpadu neprichádza vtedy, keď otvoríme krabicu, ale aj vtedy, keď jadro vstúpi do detektora.

Je to spôsobené tým, že zníženie vlnovej funkcie systému „mačka-detektor-jadro“ nie je nijako prepojené s osobou pozorujúcou zvonku. Je priamo spojený s detektorom-pozorovateľom atómového jadra.

Schrödingerova mačka jednoduchými slovami

Podľa zákonov kvantovej mechaniky, v prípade, že nad atómovým jadrom neprebehne žiadne pozorovanie, môže byť duálne: to znamená, že k rozpadu buď dôjde, alebo nie.

Z toho vyplýva, že mačka, ktorá je v krabici a predstavuje jadro, môže byť živá aj mŕtva súčasne.

No v momente, keď sa pozorovateľ rozhodne škatuľku otvoriť, bude môcť vidieť len jeden z 2 možných stavov.

Teraz však vyvstáva prirodzená otázka: kedy presne systém prestáva existovať v duálnej forme?

Prostredníctvom tejto skúsenosti Schrödinger tvrdil, že kvantová mechanika je neúplná bez určitých pravidiel vysvetľujúcich, kedy sa vlnová funkcia zrúti.

Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že skôr či neskôr sa Schrodingerova mačka musí stať buď živou alebo mŕtvou, bude to podobné pre atómové jadro: atómový rozpad buď nastane, alebo nie.

Podstata skúsenosti v ľudskom jazyku

Schrodinger chcel na príklade mačky ukázať, že podľa kvantovej mechaniky bude zviera živé aj mŕtve súčasne. To je v skutočnosti nemožné, z čoho sa usudzuje, že kvantová mechanika má dnes značné nedostatky.

Video z The Big Bang Theory

Postava seriálu Sheldon Cooper sa snažila vysvetliť svojej „úzkomyselnej“ priateľke podstatu experimentu Schrödingerova mačka. Použil k tomu príklad vzťahu muža a ženy.

Ak chcete zistiť, aký majú vzťah, stačí otvoriť krabicu. Medzitým sa to uzavrie, ich vzťah môže byť pozitívny aj negatívny zároveň.

Prežila Schrödingerova mačka experiment?

Ak sa jeden z našich čitateľov obáva o mačku, mali by ste sa upokojiť. Počas experimentu nikto z nich nezomrel a svoj experiment nazval sám Schrödinger duševný, teda taký, ktorý sa uskutočňuje výlučne v mysli.

Dúfame, že ste pochopili, čo je podstatou experimentu Schrödingerova mačka. Ak máte nejaké otázky, môžete sa ich opýtať v komentároch. A samozrejme zdieľajte tento článok na sociálnych sieťach.

Ak sa vám páči - prihláste sa na odber stránky jazaujímavéFakty.org akýmkoľvek pohodlným spôsobom. U nás je to vždy zaujímavé!

Páčil sa vám príspevok? Stlačte ľubovoľné tlačidlo: