Žemas hemoglobino kiekis
10.10.2019

Šriodingerio katė yra garsus paradoksalus eksperimentas. Šriodingerio katė paprastais žodžiais

Jurijus Gordejevas
Programuotojas, žaidimų kūrėjas, dizaineris, menininkas

„Schrödingerio katė“ yra minties eksperimentas, kurį pasiūlė vienas iš kvantinės fizikos pradininkų, kad parodytų, kaip keistai atrodo kvantiniai efektai, kai jie taikomi makroskopinėms sistemoms.

Pabandysiu paaiškinti tikrai paprastais žodžiais: ponai fizikos, nekaltinkite manęs. Frazė „šiurkščiai kalbant“ yra numanoma toliau prieš kiekvieną sakinį.

Labai, labai mažu mastu pasaulis susideda iš dalykų, kurie elgiasi labai neįprastai. Viena keisčiausių tokių objektų savybių – galimybė vienu metu būti dviejose viena kitą paneigiančiose būsenose.

Intuityviu požiūriu dar neįprasta (kai kas net pasakytų, kad šiurpu) yra tai, kad tikslingas stebėjimas pašalina šį neapibrėžtumą, o objektas, kuris tuo pačiu metu buvo dviejose prieštaringose ​​būsenose, pasirodo prieš stebėtoją. tik vienas iš jų tarsi nieko neįvyko, žiūri į šoną ir nekaltai švilpia.

Subatominiame lygmenyje visi jau seniai pripratę prie šių išdaigų. Yra šiuos procesus aprašantis matematinis aparatas, o žinios apie juos rado įvairiausių pritaikymų: pavyzdžiui, kompiuteriuose ir kriptografijoje.

Makroskopiniu lygmeniu šie efektai nepastebimi: mums pažįstami objektai visada yra vienoje konkrečioje būsenoje.

Dabar minties eksperimentas. Paimame katę ir dedame į dėžę. Ten pat dedame ir kolbą su nuodingomis dujomis, radioaktyvų atomą ir Geigerio skaitiklį. Radioaktyvus atomas bet kada gali ir nesuirti. Jei jis suirs, skaitiklis aptiks spinduliuotę, paprastas mechanizmas sulaužys kolbą dujomis ir mūsų katė mirs. Jei ne, katė liks gyva.

Uždarome dėžutę. Nuo šio momento, kvantinės mechanikos požiūriu, mūsų atomas yra neapibrėžtumo būsenoje – jis suskyla su 50% tikimybe ir nesuskilo su 50% tikimybe. Prieš atidarant dėžutę ir pažvelgus į vidų (pastebėjus), ji bus iš karto abiejų būsenų. O kadangi katės likimas tiesiogiai priklauso nuo šio atomo būsenos, paaiškėja, kad katė taip pat yra gyva ir mirusi tuo pačiu metu („...ištepti gyvą ir negyvą katę (atsiprašau už posakį)“ dalys...“ rašo eksperimento autorius). Būtent taip šią situaciją apibūdintų kvantinė teorija.

Šriodingeris vargu ar galėjo numanyti, kiek triukšmo sukels jo idėja. Žinoma, pats eksperimentas, net ir originale, aprašytas itin grubiai ir nepretenduojant į mokslinį tikslumą: autorius norėjo kolegoms perteikti mintį, kad teoriją reikia papildyti aiškesniais procesų apibrėžimais, tokiais kaip „stebėjimas“. “, kad scenarijus su katėmis dėžėse neįtrauktų į savo jurisdikciją.

Katės idėja netgi buvo panaudota siekiant „įrodyti“ Dievo, kaip superintelekto, egzistavimą, kurio nuolatinis stebėjimas leidžia mums egzistuoti. Tiesą sakant, „stebėjimui“ nereikia sąmoningo stebėtojo, o tai pašalina dalį kvantinių efektų mistikos. Tačiau net ir tokiu atveju kvantinė fizika šiandien tebėra mokslo riba su daugybe nepaaiškinamų reiškinių ir jų interpretacijų.

Ivanas Boldinas
Fizinių ir matematikos mokslų kandidatas, mokslininkas, MIPT absolventas

Mikropasaulio objektų (elementariųjų dalelių, atomų, molekulių) elgesys labai skiriasi nuo objektų, su kuriais dažniausiai tenka susidurti, elgesys. Pavyzdžiui, elektronas vienu metu gali skristi per dvi erdviškai nutolusias vietas arba vienu metu būti keliose atomo orbitose. Šiems reiškiniams apibūdinti buvo sukurta teorija – kvantinė fizika. Pagal šią teoriją, pavyzdžiui, dalelės gali išsitepti erdvėje, bet jei norite nustatyti, kur yra dalelė, tuomet visą dalelę visada rasite kažkurioje vietoje, t. į kokią nors konkrečią vietą. Tai yra, manoma, kad kol neišmatavote dalelės padėties, ji išvis neturi padėties, o fizika gali tik nuspėti, su kokia tikimybe kurioje vietoje galite aptikti dalelę.

Vienas iš kvantinės fizikos kūrėjų Erwinas Schrödingeris svarstė: o jeigu, priklausomai nuo mikrodalelės būsenos matavimo rezultato, koks nors įvykis įvyks arba neįvyks. Pavyzdžiui, tai būtų galima įgyvendinti taip: paimkite radioaktyvų atomą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra, tarkime, valanda. Į nepermatomą dėžutę galima įdėti atomą, ten galima įdėti įtaisą, kuris, patekęs į atomo radioaktyviuosius skilimo produktus, sulaužo ampulę su nuodingomis dujomis, ir į šią dėžę galima įdėti katę. Tada iš išorės nepamatysi, ar atomas suiro, ar ne, tai yra, pagal kvantinę teoriją, jis ir suiro, ir nesuskilo, o katė, vadinasi, yra ir gyva, ir mirusi vienu metu. Ši katė tapo žinoma kaip Schrödingerio katė.

Gali pasirodyti keista, kad katė gali būti gyva ir mirusi vienu metu, nors formaliai čia nėra jokio prieštaravimo ir tai nėra kvantinės teorijos paneigimas. Tačiau gali kilti klausimų, pavyzdžiui: kas gali subyrėti atomą iš suteptos būsenos į tam tikrą būseną, o kas tokiu bandymu pats pereina į išteptą? Kaip vyksta šis žlugimo procesas? Arba kaip atsitinka, kad tas, kuris atlieka griūtį, pats nepaklūsta kvantinės fizikos dėsniams? Vis dar neaišku, ar šie klausimai yra prasmingi ir, jei taip, kokie yra atsakymai.

Džordžas Paninas
baigė Rusijos chemijos technikos universitetą. DI. Mendelejevas, tyrimų skyriaus vyriausiasis specialistas (rinkodaros tyrimai)

Kaip mums paaiškino Heisenbergas, dėl neapibrėžtumo principo objektų aprašymas kvantiniame mikropasaulyje yra kitokio pobūdžio nei įprastas Niutono makropasaulio objektų aprašymas. Vietoj erdvinių koordinačių ir greičio, kuriuos esame įpratę apibūdinti mechaniniam judėjimui, pavyzdžiui, kamuoliuką ant biliardo stalo, kvantinėje mechanikoje objektai apibūdinami vadinamąja bangine funkcija. „Bangos“ ketera atitinka didžiausią tikimybę rasti dalelę erdvėje matavimo momentu. Tokios bangos judėjimas apibūdinamas Šriodingerio lygtimi, kuri parodo, kaip kvantinės sistemos būsena kinta laikui bėgant.

Dabar apie katę. Visi žino, kad katės mėgsta slėptis dėžėse (thequestion.ru). Erwinas Schrödingeris taip pat žinojo. Be to, su grynai šiaurietišku fanatizmu jis panaudojo šią savybę garsiajame minties eksperimente. Esmė ta, kad katė buvo uždaryta dėžėje su pragariška mašina. Mašina per relę prijungta prie kvantinės sistemos, pavyzdžiui, radioaktyviai skylančios medžiagos. Skilimo tikimybė yra žinoma ir yra 50%. Pragarinė mašina suveikia, kai pasikeičia sistemos kvantinė būsena (vyksta irimas) ir katė visiškai miršta. Jei vieną valandą paliksite sau sistemą „Katė-dėžutė-pragariška mašina-kvanta“ ir atsiminsite, kad kvantinės sistemos būsena apibūdinama tikimybe, tada paaiškės, kad to greičiausiai nepavyks sužinoti. ar katė tam tikru laiko momentu gyva, ar ne, kaip ir neįmanoma iš anksto tiksliai numatyti monetos kritimo ant galvų ar uodegų. Paradoksas labai paprastas: bangų funkcija, apibūdinanti kvantinę sistemą, sumaišo dvi katės būsenas – ji yra gyva ir mirusi tuo pačiu metu, kaip ir surištas elektronas gali būti su vienoda tikimybe bet kurioje erdvės vietoje, vienodu atstumu nuo atomo branduolys. Jei neatidarome dėžutės, tiksliai nežinome, kaip katei sekasi. Neatlikdami atomo branduolio stebėjimų (skaitydami matavimus), jo būseną galime apibūdinti tik dviejų būsenų superpozicija (sumaišymu): suirusio ir nesuirusio branduolio. Katė, serganti priklausomybe nuo branduolinės energijos, yra ir gyva, ir mirusi tuo pačiu metu. Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirenka vieną konkrečią?

Kopenhagos eksperimento interpretacija mums sako, kad sistema nustoja būti būsenų mišiniu ir pasirenka vieną iš jų tuo momentu, kai įvyksta stebėjimas, kuris kartu yra ir matavimas (atsidaro langelis). Tai reiškia, kad pats matavimo faktas keičia fizinę tikrovę, o tai lemia bangos funkcijos žlugimą (katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu)! Pagalvokite apie tai, eksperimentas ir jį lydintys matavimai keičia mus supančią tikrovę. Asmeniškai šis faktas mano smegenis vargina daug labiau nei alkoholis. Žinomas Steve'as Hawkingas taip pat sunkiai išgyvena šį paradoksą, kartodamas, kad išgirdęs apie Schrödingerio katę, jo ranka tiesiasi į Browningą. Išskirtinio teorinio fiziko reakcijos rimtumą lemia tai, kad, jo nuomone, stebėtojo vaidmuo bangos funkcijos žlugime (sugriuvus ją į vieną iš dviejų tikimybinių) būsenų yra labai perdėtas.

Žinoma, kai profesorius Erwinas 1935 m. sumanė kankinti katę, tai buvo išradingas būdas parodyti kvantinės mechanikos netobulumą. Tiesą sakant, katė negali būti gyva ir mirusi vienu metu. Dėl vienos iš eksperimento interpretacijų tapo akivaizdu, kad egzistuoja prieštaravimas tarp makropasaulio dėsnių (pavyzdžiui, antrasis termodinamikos dėsnis – katė arba gyva, arba mirusi) ir mikro- pasaulis (katė gyva ir mirusi vienu metu).

Tai, kas išdėstyta aukščiau, naudojama praktikoje: kvantinėje kompiuterijoje ir kvantinėje kriptografijoje. Šviesolaidiniu kabeliu siunčiamas šviesos signalas dviejų būsenų superpozicijoje. Jei užpuolikai prisijungs prie kabelio kažkur per vidurį ir padarys signalo bakstelėjimą, kad galėtų pasiklausyti perduodamos informacijos, bangos funkcija žlugs (Kopenhagos interpretacijos požiūriu bus atliktas stebėjimas) ir šviesa pateks į vieną iš būsenų. Atliekant statistinius šviesos bandymus priimančiame kabelio gale, bus galima nustatyti, ar šviesa yra būsenų superpozicijoje, ar jau buvo pastebėta ir perduota į kitą tašką. Tai leidžia sukurti ryšio priemones, kurios neleidžia aptikti signalo perėmimo ir pasiklausymo.

Kita naujesnė Schrödingerio minties eksperimento interpretacija yra istorija, kurią Sheldonas Cooperis, Didžiojo sprogimo teorijos herojus, papasakojo savo mažiau išsilavinusiai kaimynei Penny. Sheldono istorijos esmė ta, kad Schrödingerio katės koncepciją galima pritaikyti žmonių santykiams. Norint suprasti, kas vyksta tarp vyro ir moters, kokie santykiai tarp jų: ​​geri ar blogi, tereikia atidaryti dėžutę. Iki tol santykiai yra ir geri, ir blogi. youtube.com

1935 m. aršus naujai atsirandančios kvantinės mechanikos priešininkas Ericas Schrödingeris paskelbė straipsnį, kuriame ketino atskleisti ir įrodyti naujos fizikos raidos šakos nenuoseklumą.

Straipsnio esmė yra atliekantis minties eksperimentą:

  1. Gyva katė dedama į visiškai sandarią dėžę.
  2. Šalia katės yra Geigerio skaitiklis, kuriame yra vienas radioaktyvus atomas.
  3. Kolba, užpildyta rūgštimi, yra tiesiogiai prijungta prie Geigerio skaitiklio.
  4. Galimas radioaktyvaus atomo skilimas suaktyvins Geigerio skaitiklį, kuris savo ruožtu sulaužys kolbą, o iš jos išsiliejusi rūgštis užmuš katę.
  5. Ar katė liks gyva ar numirs, jei liks pas tokius nepatogius kaimynus?
  6. Eksperimentui skirta viena valanda.

Atsakymas į šį klausimą buvo skirtas įrodyti kvantinės teorijos, kuri remiasi superpozicija, nenuoseklumą: paradokso dėsnį – visos mūsų pasaulio mikrodalelės visada yra vienu metu dviejose būsenose, kol pradedamos stebėti.

Tai yra, būdama uždaroje erdvėje (kvantinė teorija), mūsų katė, kaip ir jo nenuspėjamas kaimynas - atomas, tuo pačiu metu yra dviejose valstybėse:

  1. Gyva ir tuo pačiu negyva katė.
  2. Suiręs ir tuo pačiu nesuiręs atomas.

O tai, anot klasikinės fizikos, yra visiškas absurdas. Tokių vienas kitą paneigiančių dalykų egzistavimas vienu metu yra neįmanomas.

Ir tai teisinga, bet tik makrokosmoso požiūriu. Tuo tarpu mikropasaulyje galioja visiškai kiti dėsniai, todėl Schrödingeris klydo, taikydamas makropasaulio dėsnius santykiams mikropasaulyje. Nesupratimas, kad tikslingai stebint vykstančius mikropasaulio neapibrėžtumus, pastarieji eliminuojami.

Kitaip tariant, jei atidarysime uždarą sistemą, kurioje kartu su radioaktyviu atomu patalpinta katė, pamatysime tik vieną iš galimų subjekto būsenų.

Tai įrodė amerikiečių fizikas iš Arkanzaso universiteto Artas Hobsonas. Remiantis jo teorija, jei sujungsite mikrosistemą (radioaktyvųjį atomą) su makrosistema (Geigerio skaitikliu), pastaroji būtinai bus persmelkta pirmosios kvantinio įsipainiojimo būsenos ir pereis į superpoziciją. Ir kadangi mes negalime tiesiogiai stebėti šio reiškinio, jis taps mums nepriimtinas (kaip įrodė Schrödingeris).

Taigi, mes išsiaiškinome, kad atomas ir radiacijos skaitiklis yra toje pačioje superpozicijoje. Tada kas ar kaip šiai sistemai galime vadinti katę? Jei mąstome logiškai, katė šiuo atveju tampa radioaktyvaus branduolio būsenos indikatoriumi (tiesiog indikatoriumi):

  1. Katė gyva, šerdis nesutriko.
  2. Katė negyva, šerdis iširo.

Tačiau turime atsižvelgti į tai, kad katė taip pat yra vienos sistemos dalis, nes ji taip pat yra dėžutės viduje. Todėl, remiantis kvantine teorija, katė su atomu yra vadinamajame nelokaliame ryšyje, t.y. sutrikusios būsenos, o tai reiškia mikropasaulio superpozicijoje.

Iš to išplaukia, kad staigiai pasikeitus viename iš sistemos objektų, tas pats nutiks ir kitam objektui, nesvarbu, kaip toli jie būtų vienas nuo kito. Momentinis abiejų objektų būsenos pasikeitimas įrodo, kad turime reikalą su viena sistema, kurią erdvė tiesiog padalija į dvi dalis.

Tai reiškia, kad galime drąsiai teigti, kad Schrödingerio katė akimirksniu arba gyva, jei atomas nesuiro, arba miręs, jei atomas suiro.

Ir vis dėlto, būtent Schrödingerio minties eksperimento dėka buvo sukonstruotas matematinis prietaisas, apibūdinantis mikropasaulio superpozicijas. Šios žinios buvo plačiai pritaikytos kriptografijoje ir kompiuterinėse technologijose.

Galiausiai norėčiau atkreipti dėmesį į neišsenkančią visų rašytojų ir kino kūrėjų meilę paslaptingam „Šrodingerio katino“ paradoksui. Tai tiesiog keli pavyzdžiai:

  1. Magiškas prietaisas, vadinamas „Šrodingerio katė“ Lukjanenkos romane „Paskutinis budėjimas“.
  2. Douglaso Adamso detektyviniame romane „Dirk Gently's Detective Agency“ gyvai diskutuojama apie Schrödingerio katės problemą.
  3. R. E. Heinleino romane „Katė vaikšto per sienas“ pagrindinis veikėjas katinas beveik nuolat būna dviejose būsenose vienu metu.
  4. Garsioji Lewiso Carrollo Češyro katė romane „Alisa Stebuklų šalyje“ mėgsta pasirodyti keliose vietose vienu metu.
  5. Romane „Farenheitas 451“ Ray'us Bradbury iškelia klausimą apie Schrödingerio katę – gyvo ir negyvo mechaninio šuns pavidalą.
  6. Romane „Gydantis magas“ Christopheris Stasheffas labai originaliai aprašo savo Schrödingerio katės viziją.

Ir daug kitų kerinčių, visiškai neįmanomų idėjų apie tokį paslaptingą minčių eksperimentą.

Buvo savotiška „antrinė“ kokybė. Jis pats retai sprendė konkrečią mokslinę problemą. Mėgstamiausias jo kūrybos žanras buvo atsakas į kažkieno mokslinius tyrimus, šio kūrinio plėtojimas ar kritika. Nepaisant to, kad pats Schrödingeris iš prigimties buvo individualistas, jam visada reikėjo kažkieno minties, paramos tolimesniam darbui. Nepaisant šio savotiško požiūrio, Schrödingeris sugebėjo padaryti daug atradimų.

Biografinė informacija

Šriodingerio teorija dabar žinoma ne tik fizikos ir matematikos katedrų studentams. Tai bus įdomu visiems, kurie domisi populiariuoju mokslu. Šią teoriją sukūrė garsus fizikas E. Schrödingeris, į istoriją įėjęs kaip vienas iš kvantinės mechanikos kūrėjų. Mokslininkas gimė 1887 metų rugpjūčio 12 dieną alyvos fabriko savininko šeimoje. Būsimasis mokslininkas, visame pasaulyje išgarsėjęs savo mįsle, vaikystėje mėgo botaniką ir piešimą. Pirmasis jo mentorius buvo tėvas. 1906 metais Schrödingeris pradėjo studijas Vienos universitete, per kurias pradėjo žavėtis fizika. Atėjus Pirmajam pasauliniam karui, mokslininkas išvyko tarnauti artileristu. Laisvalaikiu studijavo Alberto Einšteino teorijas.

Iki 1927 m. pradžios moksle susidarė dramatiška padėtis. E. Schrödingeris manė, kad kvantinių procesų teorijos pagrindas turėtų būti bangų tęstinumo idėja. Heisenbergas, priešingai, manė, kad šios žinių srities pagrindas turėtų būti bangų diskretiškumo samprata, taip pat kvantinių šuolių idėja. Nielsas Bohras nepriėmė nė vienos pozicijos.

Mokslo pažanga

Schrödingeris gavo Nobelio premiją už bangų mechanikos koncepcijos sukūrimą 1933 m. Tačiau išugdytas klasikinės fizikos tradicijų, mokslininkas negalėjo mąstyti kitomis kategorijomis ir nelaikė kvantinės mechanikos visaverte žinių šaka. Jis negalėjo būti patenkintas dvigubu dalelių elgesiu ir bandė jį redukuoti tik į bangų elgesį. Diskusijoje su N. Bohru Schrödingeris tai pasakė taip: „Jei planuojame išsaugoti šiuos kvantinius šuolius moksle, tai apskritai apgailestauju, kad savo gyvenimą susiejau su atomų fizika“.

Tolesnis tyrėjo darbas

Be to, Schrödingeris buvo ne tik vienas iš šiuolaikinės kvantinės mechanikos kūrėjų. Būtent jis buvo mokslininkas, įvedęs terminą „apibūdinimo objektyvumas“. Tai yra mokslinių teorijų gebėjimas apibūdinti tikrovę nedalyvaujant stebėtojui. Tolimesni jo tyrimai buvo skirti reliatyvumo teorijai, termodinaminiams procesams ir netiesinei Borno elektrodinamikai. Mokslininkai taip pat kelis kartus bandė sukurti vieningą lauko teoriją. Be to, E. Schrödingeris mokėjo šešias kalbas.

Garsiausia mįslė

Schrödingerio teorija, kurioje pasirodo ta pati katė, išaugo iš mokslininko kritikos kvantinei teorijai. Vienas iš pagrindinių jos postulatų teigia, kad nors sistema nėra stebima, ji yra superpozicijos būsenoje. Būtent dviejose ar daugiau būsenų, kurios atmeta viena kitos egzistavimą. Superpozicijos būsena moksle apibrėžiama taip: tai kvanto, kuris taip pat gali būti elektronas, fotonas arba, pavyzdžiui, atomo branduolys, gebėjimas vienu metu būti dviejose būsenose arba net dviejuose taškuose. erdvėje tuo metu, kai niekas jo nestebi.

Objektai skirtinguose pasauliuose

Paprastam žmogui labai sunku suprasti tokį apibrėžimą. Juk kiekvienas materialaus pasaulio objektas gali būti arba viename erdvės taške, arba kitame. Šį reiškinį galima iliustruoti taip. Stebėtojas paima dvi dėžes ir į vieną iš jų įdeda teniso kamuoliuką. Bus aišku, kad vienoje dėžutėje yra, o kitoje – ne. Bet jei į vieną iš talpyklų įdėsite elektroną, bus teisingas toks teiginys: ši dalelė vienu metu yra dviejose dėžėse, kad ir kaip paradoksaliai tai atrodytų. Lygiai taip pat elektronas atome vienu ar kitu metu nėra griežtai apibrėžtame taške. Jis sukasi aplink šerdį, esančią visuose orbitos taškuose vienu metu. Moksle šis reiškinys vadinamas „elektronų debesimi“.

Ką mokslininkas norėjo įrodyti?

Taigi mažų ir didelių objektų elgesys įgyvendinamas pagal visiškai skirtingas taisykles. Kvantiniame pasaulyje galioja vieni dėsniai, o makropasaulyje – visai kiti. Tačiau nėra koncepcijos, kuri paaiškintų perėjimą iš žmonėms pažįstamo materialių objektų pasaulio į mikropasaulį. Schrödingerio teorija buvo sukurta siekiant įrodyti fizikos srities tyrimų nepakankamumą. Mokslininkas norėjo parodyti, kad yra mokslas, kurio tikslas yra apibūdinti mažus objektus, ir yra žinių sritis, tirianti paprastus objektus. Daugiausia mokslininko darbo dėka fizika buvo padalinta į dvi sritis: kvantinę ir klasikinę.

Schrödingerio teorija: aprašymas

Savo garsųjį minties eksperimentą mokslininkas aprašė 1935 m. Ją vykdydamas Schrödingeris rėmėsi superpozicijos principu. Schrödingeris pabrėžė, kad kol mes nestebime fotono, jis gali būti arba dalelė, arba banga; tiek raudona, tiek žalia; tiek apvalios, tiek kvadratinės. Šį neapibrėžtumo principą, kuris tiesiogiai išplaukia iš kvantinio dualizmo sampratos, Schrödingeris panaudojo savo garsiojoje mįslėje apie katę. Trumpai tariant, eksperimento prasmė yra tokia:

  • Katė dedama į uždarą dėžę, taip pat talpyklą, kurioje yra vandenilio cianido rūgštis ir radioaktyvi medžiaga.
  • Branduolys gali suirti per valandą. To tikimybė yra 50%.
  • Jei atomo branduolys suyra, jį užfiksuos Geigerio skaitiklis. Mechanizmas veiks, ir nuodų dėžutė bus sulaužyta. Katė mirs.
  • Jei irimas neįvyks, tada Schrödingerio katė bus gyva.

Pagal šią teoriją, kol katė nepastebima, ji vienu metu yra dviejose būsenose (gyva ir mirusi), kaip ir atomo branduolys (suiręs arba nesuiręs). Žinoma, tai įmanoma tik pagal kvantinio pasaulio dėsnius. Makrokosmose katė negali būti ir gyva, ir mirusi tuo pačiu metu.

Stebėtojo paradoksas

Norint suprasti Schrödingerio teorijos esmę, būtina suprasti ir stebėtojo paradoksą. Jo prasmė ta, kad mikropasaulio objektai vienu metu gali būti dviejose būsenose tik tada, kai jie nėra stebimi. Pavyzdžiui, moksle žinomas vadinamasis „Eksperimentas su 2 plyšiais ir stebėtoju“. Mokslininkai nukreipė elektronų spindulį ant nepermatomos plokštės, kurioje buvo padaryti du vertikalūs plyšiai. Už plokštės esančiame ekrane elektronai nupiešė bangų raštą. Kitaip tariant, jie paliko juodas ir baltas juosteles. Kai tyrėjai norėjo stebėti, kaip elektronai praskrieja pro plyšius, dalelės ekrane rodė tik dvi vertikalias juosteles. Jie elgėsi kaip dalelės, o ne kaip bangos.

Kopenhagos paaiškinimas

Šiuolaikinis Schrödingerio teorijos paaiškinimas vadinamas Kopenhagos. Remiantis stebėtojo paradoksu, tai skamba taip: kol niekas nestebi sistemoje esančio atomo branduolio, jis vienu metu yra dviejų būsenų – suirusio ir nesuirusio. Tačiau teiginys, kad katė yra gyva ir mirusi vienu metu, yra itin klaidingas. Juk makrokosmose niekada nepastebimi tie patys reiškiniai kaip mikrokosmose.

Todėl kalbame ne apie „katės-branduolio“ sistemą, o apie tai, kad Geigerio skaitiklis ir atomo branduolys yra tarpusavyje susiję. Branduolys gali pasirinkti vieną ar kitą būseną tuo metu, kai atliekami matavimai. Tačiau toks pasirinkimas neįvyksta tuo metu, kai eksperimentatorius atidaro dėžutę su Schrödingerio kate. Tiesą sakant, dėžutės atidarymas vyksta makrokosme. Kitaip tariant, sistemoje, kuri yra labai toli nuo atominio pasaulio. Todėl branduolys savo būseną pasirenka būtent tuo momentu, kai atsitrenkia į Geigerio skaitiklio detektorių. Taigi Erwinas Schrödingeris savo minties eksperimente nepakankamai išsamiai apibūdino sistemą.

Bendrosios išvados

Taigi ne visai teisinga makrosistemą sieti su mikroskopiniu pasauliu. Makrokosme kvantiniai dėsniai praranda savo jėgą. Atomo branduolys vienu metu gali būti dviejose būsenose tik mikrokosme. To negalima pasakyti apie katę, nes ji yra makrokosmoso objektas. Todėl tik iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad katė iš superpozicijos pereina į vieną iš būsenų tuo momentu, kai atidaroma dėžė. Realiai jo likimas nulemtas tuo momentu, kai atomo branduolys sąveikauja su detektoriumi. Išvadą galima padaryti taip: sistemos būsena Erwino Schrödingerio mįslėje neturi nieko bendra su asmeniu. Tai priklauso ne nuo eksperimentatoriaus, o nuo detektoriaus - objekto, kuris „stebi“ branduolį.

Koncepcijos tęsinys

Schrödingerio teorija paprastais žodžiais apibūdinama taip: kol stebėtojas nežiūri į sistemą, ji vienu metu gali būti dviejose būsenose. Tačiau kitas mokslininkas Eugenijus Wigneris nuėjo toliau ir nusprendė Schrödingerio koncepciją privesti iki visiško absurdo. „Atsiprašau!“ – pasakė Wigner, „o jei jo kolega stovi šalia eksperimentuotojo ir stebi katę? Partneris nežino, ką tiksliai matė pats eksperimentatorius tuo metu, kai atidarė dėžutę su kate. Šriodingerio katė išnyra iš superpozicijos. Tačiau ne kolegai stebėtojui. Tik tą akimirką, kai pastarasis sužinos katės likimą, gyvūnas gali būti galutinai pavadintas gyvu arba mirusiu. Be to, Žemės planetoje gyvena milijardai žmonių. O galutinis verdiktas gali būti priimtas tik tada, kai eksperimento rezultatas taps visų gyvų būtybių nuosavybe. Žinoma, galite trumpai visiems žmonėms papasakoti apie katės likimą ir Schrödingerio teoriją, tačiau tai labai ilgas ir daug darbo reikalaujantis procesas.

Kvantinio dualizmo principų fizikoje niekada nepaneigė Schrödingerio minties eksperimentas. Tam tikra prasme apie kiekvieną būtybę galima sakyti, kad ji nėra nei gyva, nei mirusi (superpozicijoje), kol yra bent vienas jos nestebintis žmogus.

Savo gėdai noriu prisipažinti, kad girdėjau šį posakį, bet nežinojau, ką jis reiškia ir net kokia tema buvo vartojama. Leiskite man pasakyti, ką skaičiau internete apie šią katę...

« Šrodingerio katė“ – taip vadinasi garsaus austrų fiziko teorinio Erwino Schrödingerio, kuris taip pat yra Nobelio premijos laureatas, minties eksperimentas. Šio fiktyvaus eksperimento pagalba mokslininkas norėjo parodyti kvantinės mechanikos neužbaigtumą pereinant nuo subatominių sistemų prie makroskopinių sistemų.

Originalus Erwino Schrödingerio straipsnis buvo paskelbtas 1935 m. Jame eksperimentas buvo aprašytas naudojant ar net personifikuojant:

Taip pat galite statyti atvejus, kuriuose yra gana burleska. Leiskite katę užrakinti plieninėje kameroje su tokia velniška mašina (kuri turėtų būti, nepaisant katės įsikišimo): Geigerio skaitiklio viduje yra nedidelis radioaktyviosios medžiagos kiekis, toks mažas, kad per valandą gali suirti tik vienas atomas, bet su tuo pačiu greičiausiai jis gali ir nesuirti; jei taip atsitiks, skaitymo vamzdelis išsikrauna ir įjungiama relė, paleidžiant plaktuką, kuris sulaužo kolbą vandenilio cianido rūgštimi.

Jei visą šią sistemą paliksime sau valandai, tada galime sakyti, kad po šio laiko katė bus gyva, jei tik atomas nesuirs. Pats pirmasis atomo suirimas nunuodytų katę. Sistemos kaip visumos psi funkcija tai išreikš sumaišydama arba sutepdama gyvą ir negyvą katę (atleiskite už posakį) lygiomis dalimis. Tokiais atvejais būdinga tai, kad neapibrėžtumas, iš pradžių apsiribojęs atominiu pasauliu, paverčiamas makroskopiniu neapibrėžtumu, kurį galima pašalinti tiesioginiu stebėjimu. Tai neleidžia mums naiviai priimti „neryškaus modelio“ kaip tikrovės atspindžio. Tai savaime nereiškia nieko neaiškaus ar prieštaringo. Yra skirtumas tarp neryškios arba nefokusuotos nuotraukos ir debesų ar rūko nuotraukos.

Kitaip tariant:

  1. Yra dėžė ir katė. Dėžutėje yra mechanizmas, kuriame yra radioaktyvus atomo branduolys ir nuodingų dujų talpykla. Eksperimentiniai parametrai parinkti taip, kad branduolio skilimo per 1 valandą tikimybė būtų 50%. Jei branduolys suyra, atsidaro dujų talpa ir katė miršta. Jei branduolys nesuyra, katė lieka gyva ir sveika.
  2. Sudarome katę į dėžę, palaukiame valandą ir užduodame klausimą: ar katė gyva ar mirusi?
  3. Atrodo, kad kvantinė mechanika mums sako, kad atomo branduolys (taigi ir katė) yra visose įmanomose būsenose vienu metu (žr. kvantinę superpoziciją). Prieš atidarant dėžutę, katės šerdies sistema yra būsenoje „branduolys suiro, katė negyva“ su 50% tikimybe, o būsena „branduolys nesuiręs, katė gyva“ tikimybe 50%. Pasirodo, dėžėje sėdinti katė yra ir gyva, ir mirusi vienu metu.
  4. Pagal šiuolaikinę Kopenhagos interpretaciją, katė yra gyva/negyva be jokių tarpinių būsenų. Ir branduolio skilimo būsenos pasirinkimas įvyksta ne dėžutės atidarymo momentu, o net tada, kai branduolys patenka į detektorių. Nes sistemos „katė-detektorius-branduolys“ banginės funkcijos sumažinimas nėra siejamas su žmogaus dėžės stebėtoju, o su branduolio detektoriumi-stebėtoju.

Remiantis kvantine mechanika, jei atomo branduolys nepastebimas, tai jo būsena apibūdinama dviejų būsenų mišiniu - suirusio branduolio ir nesuirusio branduolio, todėl katė sėdi dėžėje ir personifikuoja atomo branduolį. yra ir gyvas, ir miręs tuo pačiu metu. Jei dėžė atidaroma, eksperimentatorius gali matyti tik vieną konkrečią būseną - „branduolys suiro, katė negyva“ arba „branduolis nesuiręs, katė gyva“.

Esmė žmonių kalba: Schrödingerio eksperimentas parodė, kad kvantinės mechanikos požiūriu katė yra ir gyva, ir mirusi, o tai negali būti. Todėl kvantinė mechanika turi didelių trūkumų.

Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirenka vieną konkrečią? Eksperimento tikslas – parodyti, kad kvantinė mechanika yra neišsami be tam tikrų taisyklių, nurodančių, kokiomis sąlygomis banginė funkcija žlunga, ir katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu. Kadangi aišku, kad katė turi būti arba gyva, arba negyva (nėra tarpinės būsenos tarp gyvybės ir mirties), tai panašiai bus ir su atominiu branduoliu. Jis turi būti sugedęs arba nesuiręs ().

Kita naujesnė Schrödingerio minties eksperimento interpretacija yra istorija, kurią Sheldonas Cooperis, Didžiojo sprogimo teorijos herojus, papasakojo savo mažiau išsilavinusiai kaimynei Penny. Sheldono istorijos esmė ta, kad Schrödingerio katės koncepciją galima pritaikyti žmonių santykiams. Norint suprasti, kas vyksta tarp vyro ir moters, kokie santykiai tarp jų: ​​geri ar blogi, tereikia atidaryti dėžutę. Iki tol santykiai yra ir geri, ir blogi.

Žemiau yra vaizdo klipas apie šį Didžiojo sprogimo teorijos mainus tarp Sheldon ir Penia.

Schrödingerio iliustracija yra geriausias pavyzdys pagrindiniam kvantinės fizikos paradoksui apibūdinti: pagal jos dėsnius tokios dalelės kaip elektronai, fotonai ir net atomai egzistuoja dviejose būsenose vienu metu („gyva“ ir „mirusi“, jei prisimenate ilgai kenčianti katė). Šios būsenos vadinamos.

Amerikiečių fizikas Artas Hobsonas () iš Arkanzaso universiteto (Arkanzaso valstijos universitetas) pasiūlė šio paradokso sprendimą.

„Matavimai kvantinėje fizikoje yra pagrįsti tam tikrų makroskopinių prietaisų, tokių kaip Geigerio skaitiklis, veikimu, kurio pagalba nustatoma mikroskopinių sistemų – atomų, fotonų ir elektronų – kvantinė būsena. Kvantinė teorija reiškia, kad jei prijungiate mikroskopinę sistemą (dalelę) prie kokio nors makroskopinio įrenginio, kuris išskiria dvi skirtingas sistemos būsenas, tada įrenginys (pavyzdžiui, Geigerio skaitiklis) pereis į kvantinio įsipainiojimo būseną ir taip pat atsidurs dviejose. superpozicijos tuo pačiu metu. Tačiau tiesiogiai šio reiškinio stebėti neįmanoma, todėl jis yra nepriimtinas“, – sako fizikas.

Hobsonas sako, kad pagal Schrödingerio paradoksą katė atlieka makroskopinio prietaiso, Geigerio skaitiklio, prijungto prie radioaktyviojo branduolio, vaidmenį, kad nustatytų to branduolio skilimo arba „neskilimo“ būseną. Šiuo atveju gyva katė bus „nesuirimo“, o negyva – irimo rodiklis. Tačiau pagal kvantinę teoriją katė, kaip ir branduolys, turi egzistuoti dviejose gyvenimo ir mirties superpozicijose.

Vietoj to, pasak fiziko, katės kvantinė būsena turėtų būti susieta su atomo būsena, o tai reiškia, kad jie yra „nelokaliuose santykiuose“ vienas su kitu. Tai yra, jei vieno iš įsipainiojusių objektų būsena staiga pasikeis į priešingą, tada pasikeis ir jo poros būsena, nesvarbu, kiek jie yra vienas nuo kito. Tai darydamas Hobsonas remiasi šia kvantine teorija.

„Kvantinio susipynimo teorijoje įdomiausia tai, kad abiejų dalelių būsenos pokytis įvyksta akimirksniu: joks šviesos ar elektromagnetinis signalas nespėtų perduoti informacijos iš vienos sistemos į kitą. Taigi galima sakyti, kad tai vienas objektas, padalytas į dvi dalis pagal erdvę, nesvarbu, koks didelis atstumas tarp jų būtų“, – aiškina Hobsonas.

Šriodingerio katė nebėra gyva ir mirusi vienu metu. Jis yra miręs, jei skilimas įvyksta, ir gyvas, jei skilimas niekada neįvyksta.

Pridurkime, kad panašius šio paradokso sprendimus per pastaruosius trisdešimt metų siūlė dar trys mokslininkų grupės, tačiau jie nebuvo vertinami rimtai ir liko nepastebėti plačiuose mokslo sluoksniuose. Hobsoną, kad kvantinės mechanikos paradoksų sprendimas, bent jau teoriškai, yra absoliučiai būtinas giliam jos supratimui.

Šriodingeris

Tačiau visai neseniai TEORIKAI PAAIŠKINO, KAIP GRAVITACIJA NUŽUDA ŠRODINGERIO KATĄ, bet tai yra sudėtingiau...

Paprastai fizikai paaiškina reiškinį, kad dalelių pasaulyje superpozicija įmanoma, bet neįmanoma su katėmis ar kitais makroobjektais, aplinkos trukdžiais. Kai kvantinis objektas praeina lauką arba sąveikauja su atsitiktinėmis dalelėmis, jis iš karto įgauna tik vieną būseną – tarsi būtų išmatuotas. Kaip tikėjo mokslininkai, superpozicija sunaikinama būtent taip.

Bet net jei kažkaip būtų įmanoma atskirti superpozicijos būseną esantį makroobjektą nuo sąveikos su kitomis dalelėmis ir laukais, jis vis tiek anksčiau ar vėliau įgautų vieną būseną. Bent jau tai pasakytina apie procesus, vykstančius Žemės paviršiuje.

„Kažkur tarpžvaigždinėje erdvėje galbūt katė turėtų galimybę, bet Žemėje ar šalia bet kurios planetos tai labai mažai tikėtina. Ir to priežastis yra gravitacija“, – aiškina pagrindinis naujojo tyrimo autorius Igoris Pikovsky () iš Harvardo-Smithsonian astrofizikos centro.

Pikovskis ir jo kolegos iš Vienos universiteto teigia, kad gravitacija daro destruktyvų poveikį makroobjektų kvantinėms superpozicijoms, todėl panašių reiškinių makrokosme nepastebime. Pagrindinė naujosios hipotezės koncepcija, beje, yra vaidybiniame filme „Tarpžvaigždinis“.

Einšteino bendrosios reliatyvumo teorija teigia, kad itin masyvus objektas sulenks aplink save erdvėlaikį. Atsižvelgdami į situaciją mažesniu lygmeniu, galime teigti, kad molekulei, esančiai šalia Žemės paviršiaus, laikas praeis šiek tiek lėčiau nei molekulės, esančios mūsų planetos orbitoje.

Dėl gravitacijos įtakos erdvės laikui molekulė, kurią veikia ši įtaka, patirs savo padėties nuokrypį. O tai savo ruožtu turėtų paveikti jo vidinę energiją – molekulėje esančių dalelių virpesius, kurie laikui bėgant kinta. Jei molekulė būtų įvesta į dviejų vietų kvantinės superpozicijos būseną, tada padėties ir vidinės energijos santykis netrukus priverstų molekulę „pasirinkti“ tik vieną iš dviejų padėčių erdvėje.

"Daugeliu atvejų dekoherencijos reiškinys yra susijęs su išorine įtaka, tačiau šiuo atveju vidinė dalelių vibracija sąveikauja su pačios molekulės judėjimu", - aiškina Pikovsky.

Šis efektas dar nepastebėtas, nes kiti dekoherencijos šaltiniai, tokie kaip magnetiniai laukai, šiluminė spinduliuotė ir vibracijos, paprastai yra daug stipresni, todėl kvantinės sistemos sunaikinamos dar gerokai anksčiau nei gravitacija. Tačiau eksperimentuotojai stengiasi patikrinti hipotezę.

Panaši sąranka taip pat galėtų būti naudojama norint išbandyti gravitacijos gebėjimą sunaikinti kvantines sistemas. Norėdami tai padaryti, reikės palyginti vertikalius ir horizontalius interferometrus: pirmajame superpozicija greitai išnyks dėl laiko išsiplėtimo skirtinguose kelio „aukštiuose“, o antrajame gali išlikti kvantinė superpozicija.

šaltiniai

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

Štai kiek pseudomoksliškiau: pavyzdžiui, ir čia. Jei dar nežinote, skaitykite apie tai ir kas tai yra. Ir išsiaiškinsime ką



Atsitiktiniai straipsniai

Aukštyn