A teoria de Schrödinger em palavras simples. O gato de Shroedinger. Erwin Schrodinger. O gato de Schrödinger em palavras simples

Certamente você já ouviu mais de uma vez que existe um fenômeno chamado “Gato de Schrödinger”. Mas se você não é físico, provavelmente tem apenas uma vaga ideia de que tipo de gato é esse e por que é necessário.

« O gato de Shroedinger“- este é o nome do famoso experimento mental do famoso físico teórico austríaco Erwin Schrödinger, que também é ganhador do Prêmio Nobel. Com a ajuda deste experimento fictício, o cientista quis mostrar a incompletude da mecânica quântica na transição dos sistemas subatômicos para os sistemas macroscópicos.

Este artigo é uma tentativa de explicar em palavras simples a essência da teoria de Schrödinger sobre o gato e a mecânica quântica, para que seja acessível a quem não possui formação técnica superior. O artigo também apresentará diversas interpretações do experimento, incluindo as da série de TV “The Big Bang Theory”.

Descrição do experimento

O artigo original de Erwin Schrödinger foi publicado em 1935. Nele, o experimento foi descrito utilizando ou mesmo personificando:

Você também pode construir casos em que haja bastante burlesco. Deixe algum gato ser trancado em uma câmara de aço com a seguinte máquina diabólica (que deveria ser independente da intervenção do gato): dentro de um contador Geiger há uma pequena quantidade de substância radioativa, tão pequena que apenas um átomo pode decair em uma hora, mas com a mesma probabilidade pode não se desintegrar; caso isso aconteça, o tubo de leitura é descarregado e o relé é acionado, liberando o martelo, que rompe o frasco com ácido cianídrico.

Se deixarmos todo esse sistema sozinho por uma hora, então podemos dizer que o gato estará vivo depois desse tempo, desde que o átomo não se desintegre. A primeira desintegração do átomo envenenaria o gato. A função psi do sistema como um todo expressará isso misturando ou espalhando um gato vivo e um gato morto (desculpem a expressão) em partes iguais. O que é típico nestes casos é que a incerteza originalmente limitada ao mundo atómico se transforma em incerteza macroscópica, que pode ser eliminada pela observação direta. Isto impede-nos de aceitar ingenuamente o “modelo desfocado” como um reflexo da realidade. Isto por si só não significa nada obscuro ou contraditório. Há uma diferença entre uma foto borrada ou fora de foco e uma foto de nuvens ou neblina.

Em outras palavras:

1. Há uma caixa e um gato. A caixa contém um mecanismo contendo um núcleo atômico radioativo e um recipiente com gás venenoso. Os parâmetros experimentais foram selecionados de forma que a probabilidade de decaimento nuclear em 1 hora seja de 50%. Se o núcleo se desintegrar, um recipiente com gás se abrirá e o gato morrerá. Se o núcleo não se decompor, o gato permanece vivo e bem.
2. Fechamos o gato em uma caixa, esperamos uma hora e fazemos a pergunta: o gato está vivo ou morto?
3. A mecânica quântica parece nos dizer que o núcleo atômico (e, portanto, o gato) está em todos os estados possíveis simultaneamente (ver superposição quântica). Antes de abrirmos a caixa, o sistema núcleo do gato está no estado “o núcleo decaiu, o gato está morto” com uma probabilidade de 50% e no estado “o núcleo não decaiu, o gato está vivo” com um probabilidade de 50%. Acontece que o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo.
4. De acordo com a interpretação moderna de Copenhague, o gato está vivo/morto sem quaisquer estados intermediários. E a escolha do estado de decaimento do núcleo não ocorre no momento da abertura da caixa, mas mesmo quando o núcleo entra no detector. Porque a redução da função de onda do sistema “cat-detector-núcleo” não está associada ao observador humano da caixa, mas está associada ao detector-observador do núcleo.

Explicação em palavras simples

De acordo com a mecânica quântica, se o núcleo de um átomo não for observado, então seu estado é descrito por uma mistura de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decaído, portanto, um gato sentado em uma caixa e personificando o núcleo de um átomo está vivo e morto ao mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador poderá ver apenas um estado específico - “o núcleo decaiu, o gato está morto” ou “o núcleo não decaiu, o gato está vivo”.

A essência da linguagem humana: A experiência de Schrödinger mostrou que, do ponto de vista da mecânica quântica, o gato está vivo e morto, o que não pode ser. Portanto, a mecânica quântica tem falhas significativas.

A questão é: quando um sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um específico? O objetivo do experimento é mostrar que a mecânica quântica fica incompleta sem algumas regras que indiquem em que condições a função de onda entra em colapso e o gato morre ou permanece vivo, mas deixa de ser uma mistura de ambos. Como é claro que um gato deve estar vivo ou morto (não existe um estado intermediário entre a vida e a morte), o mesmo acontecerá com o núcleo atômico. Deve estar deteriorado ou não deteriorado (Wikipedia).

Vídeo da Teoria do Big Bang

Outra interpretação mais recente do experimento mental de Schrödinger é uma história que Sheldon Cooper, o herói da Teoria do Big Bang, contou à sua vizinha menos instruída, Penny. O ponto principal da história de Sheldon é que o conceito do gato de Schrödinger pode ser aplicado às relações humanas. Para entender o que está acontecendo entre um homem e uma mulher, que tipo de relacionamento existe entre eles: bom ou ruim, basta abrir a caixa. Até então, o relacionamento é bom e ruim.

Abaixo está um videoclipe dessa troca da Teoria do Big Bang entre Sheldon e Penia.

O gato permaneceu vivo como resultado do experimento?

Para quem não leu o artigo com atenção, mas ainda está preocupado com o gato, uma boa notícia: não se preocupe, segundo nossos dados, resultado de um experimento mental de um físico austríaco maluco

NENHUM GATO FOI ferido

Como Heisenberg nos explicou, devido ao princípio da incerteza, a descrição de objetos no micromundo quântico é de natureza diferente da descrição usual de objetos no macromundo newtoniano. Em vez de coordenadas espaciais e velocidade, com as quais estamos acostumados a descrever o movimento mecânico, por exemplo, uma bola em uma mesa de bilhar, na mecânica quântica os objetos são descritos pela chamada função de onda. A crista da “onda” corresponde à probabilidade máxima de encontrar uma partícula no espaço no momento da medição. O movimento de tal onda é descrito pela equação de Schrödinger, que nos diz como o estado de um sistema quântico muda ao longo do tempo.

Agora sobre o gato. Todo mundo sabe que os gatos adoram se esconder em caixas (). Erwin Schrödinger também estava por dentro. Além disso, com fanatismo puramente nórdico, ele usou esse recurso em um famoso experimento mental. A essência disso é que um gato estava trancado em uma caixa com uma máquina infernal. A máquina é conectada por meio de um relé a um sistema quântico, por exemplo, uma substância em decomposição radioativa. A probabilidade de decadência é conhecida e é de 50%. A máquina infernal é acionada quando o estado quântico do sistema muda (ocorre decadência) e o gato morre completamente. Se você deixar o sistema “Cat-box-hellish machine-quanta” sozinho por uma hora e lembrar que o estado de um sistema quântico é descrito em termos de probabilidade, então fica claro que provavelmente não será possível descobrir se o gato está vivo ou não em um determinado momento, assim como é impossível prever com precisão a queda de uma moeda em cara ou coroa com antecedência. O paradoxo é muito simples: a função de onda que descreve um sistema quântico mistura os dois estados de um gato - ele está vivo e morto ao mesmo tempo, assim como um elétron ligado pode estar localizado com igual probabilidade em qualquer lugar do espaço equidistante de o núcleo atômico. Se não abrirmos a caixa, não saberemos exatamente como está o gato. Sem fazer observações (leia-se medições) de um núcleo atômico, podemos descrever seu estado apenas pela superposição (mistura) de dois estados: um núcleo decaído e um não decaído. Um gato viciado em energia nuclear está vivo e morto ao mesmo tempo. A questão é: quando um sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um específico?

A interpretação de Copenhaga da experiência diz-nos que o sistema deixa de ser uma mistura de estados e escolhe um deles no momento em que ocorre uma observação, que é também uma medição (a caixa abre-se). Ou seja, o próprio fato da medição altera a realidade física, levando ao colapso da função de onda (o gato ou morre ou permanece vivo, mas deixa de ser uma mistura de ambos)! Pense bem, o experimento e as medições que o acompanham mudam a realidade que nos rodeia. Pessoalmente, esse fato incomoda muito mais meu cérebro do que o álcool. O conhecido Steve Hawking também tem dificuldade em vivenciar esse paradoxo, repetindo que quando ouve falar do gato de Schrödinger, sua mão se estende para a Browning. A gravidade da reação do notável físico teórico se deve ao fato de que, em sua opinião, o papel do observador no colapso da função de onda (colapso em um dos dois estados probabilísticos) é muito exagerado.

É claro que quando o Professor Erwin concebeu a sua tortura de gatos em 1935, foi uma forma engenhosa de mostrar a imperfeição da mecânica quântica. Na verdade, um gato não pode estar vivo e morto ao mesmo tempo. Como resultado de uma das interpretações do experimento, tornou-se óbvio que havia uma contradição entre as leis do macromundo (por exemplo, a segunda lei da termodinâmica - o gato está vivo ou morto) e o micro- mundo (o gato está vivo e morto ao mesmo tempo).

O acima é usado na prática: em computação quântica e criptografia quântica. Um sinal luminoso numa superposição de dois estados é enviado através de um cabo de fibra óptica. Se os invasores se conectarem ao cabo em algum lugar no meio e fizerem um sinal para escutar as informações transmitidas, isso colapsará a função de onda (do ponto de vista da interpretação de Copenhague, uma observação será feita) e a luz irá para um dos estados. Ao realizar testes estatísticos de luz na extremidade receptora do cabo, será possível detectar se a luz está em superposição de estados ou já foi observada e transmitida para outro ponto. Isso torna possível criar meios de comunicação que excluem a interceptação e escuta indetectável de sinais.

Outra interpretação mais recente do experimento mental de Schrödinger é uma história que Sheldon Cooper, o herói da Teoria do Big Bang, contou à sua vizinha menos instruída, Penny. O ponto principal da história de Sheldon é que o conceito do gato de Schrödinger pode ser aplicado às relações humanas. Para entender o que está acontecendo entre um homem e uma mulher, que tipo de relacionamento existe entre eles: bom ou ruim, basta abrir a caixa. Até então, o relacionamento é bom e ruim.

Para minha vergonha, quero admitir que ouvi essa expressão, mas não sabia o que significava ou mesmo em que tema era usada. Deixe-me contar o que li na Internet sobre esse gato...

« O gato de Shroedinger» - este é o nome do famoso experimento mental do famoso físico teórico austríaco Erwin Schrödinger, que também é ganhador do Prêmio Nobel. Com a ajuda deste experimento fictício, o cientista quis mostrar a incompletude da mecânica quântica na transição dos sistemas subatômicos para os sistemas macroscópicos.

O artigo original de Erwin Schrödinger foi publicado em 1935. Aqui está a citação:

Você também pode construir casos em que haja bastante burlesco. Deixe algum gato ser trancado em uma câmara de aço com a seguinte máquina diabólica (que deveria ser independente da intervenção do gato): dentro de um contador Geiger há uma pequena quantidade de substância radioativa, tão pequena que apenas um átomo pode decair em uma hora, mas com a mesma probabilidade pode não se desintegrar; caso isso aconteça, o tubo de leitura é descarregado e o relé é acionado, liberando o martelo, que rompe o frasco com ácido cianídrico.

Se deixarmos todo esse sistema sozinho por uma hora, então podemos dizer que o gato estará vivo depois desse tempo, desde que o átomo não se desintegre. A primeira desintegração do átomo envenenaria o gato. A função psi do sistema como um todo expressará isso misturando ou espalhando um gato vivo e um gato morto (desculpem a expressão) em partes iguais. O que é típico nestes casos é que a incerteza originalmente limitada ao mundo atómico se transforma em incerteza macroscópica, que pode ser eliminada pela observação direta. Isto impede-nos de aceitar ingenuamente o “modelo desfocado” como um reflexo da realidade. Isto por si só não significa nada obscuro ou contraditório. Há uma diferença entre uma foto borrada ou fora de foco e uma foto de nuvens ou neblina.

Em outras palavras:

1. Há uma caixa e um gato. A caixa contém um mecanismo contendo um núcleo atômico radioativo e um recipiente com gás venenoso. Os parâmetros experimentais foram selecionados de forma que a probabilidade de decaimento nuclear em 1 hora seja de 50%. Se o núcleo se desintegrar, um recipiente com gás se abrirá e o gato morrerá. Se o núcleo não se decompor, o gato permanece vivo e bem.
2. Fechamos o gato em uma caixa, esperamos uma hora e fazemos a pergunta: o gato está vivo ou morto?
3. A mecânica quântica parece nos dizer que o núcleo atômico (e, portanto, o gato) está em todos os estados possíveis simultaneamente (ver superposição quântica). Antes de abrirmos a caixa, o sistema núcleo-gato está no estado “o núcleo decaiu, o gato está morto” com uma probabilidade de 50% e no estado “o núcleo não decaiu, o gato está vivo” com um probabilidade de 50%. Acontece que o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo.
4. De acordo com a interpretação moderna de Copenhague, o gato está vivo/morto sem quaisquer estados intermediários. E a escolha do estado de decaimento do núcleo não ocorre no momento da abertura da caixa, mas mesmo quando o núcleo entra no detector. Porque a redução da função de onda do sistema “cat-detector-núcleo” não está associada ao observador humano da caixa, mas está associada ao detector-observador do núcleo.

De acordo com a mecânica quântica, se o núcleo de um átomo não for observado, então seu estado é descrito por uma mistura de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decaído, portanto, um gato sentado em uma caixa e personificando o núcleo de um átomo está vivo e morto ao mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador poderá ver apenas um estado específico - “o núcleo decaiu, o gato está morto” ou “o núcleo não decaiu, o gato está vivo”.

A essência na linguagem humana

A experiência de Schrödinger mostrou que, do ponto de vista da mecânica quântica, o gato está vivo e morto, o que não pode ser. Portanto, a mecânica quântica tem falhas significativas.

A questão é: quando um sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um específico? O objetivo do experimento é mostrar que a mecânica quântica está incompleta sem algumas regras que indiquem em que condições a função de onda entra em colapso e o gato morre ou permanece vivo, mas não é mais uma mistura de ambos. Como é claro que um gato deve estar vivo ou morto (não existe um estado intermediário entre a vida e a morte), o mesmo acontecerá com o núcleo atômico. Deve estar deteriorado ou não deteriorado (Wikipedia).

Outra interpretação mais recente do experimento mental de Schrödinger é uma história que Sheldon Cooper, o herói da Teoria do Big Bang, contou à sua vizinha menos instruída, Penny. O ponto principal da história de Sheldon é que o conceito do gato de Schrödinger pode ser aplicado às relações humanas. Para entender o que está acontecendo entre um homem e uma mulher, que tipo de relacionamento existe entre eles: bom ou ruim, basta abrir a caixa. Até então, o relacionamento é bom e ruim.

Abaixo está um videoclipe dessa troca da Teoria do Big Bang entre Sheldon e Penia.

A ilustração de Schrödinger é o melhor exemplo para descrever o principal paradoxo da física quântica: de acordo com suas leis, partículas como elétrons, fótons e até átomos existem em dois estados ao mesmo tempo (“vivas” e “mortas”, se você se lembra do gato sofredor). Esses estados são chamados de superposições.

O físico americano Art Hobson, da Universidade de Arkansas (Arkansas State University), propôs sua solução para esse paradoxo.

“As medições em física quântica baseiam-se no funcionamento de certos dispositivos macroscópicos, como o contador Geiger, com a ajuda dos quais é determinado o estado quântico dos sistemas microscópicos - átomos, fótons e elétrons. A teoria quântica implica que se você conectar um sistema microscópico (partícula) a algum dispositivo macroscópico que distingue dois estados diferentes do sistema, então o dispositivo (contador Geiger, por exemplo) entrará em um estado de emaranhamento quântico e também se encontrará em dois superposições ao mesmo tempo. Porém, é impossível observar esse fenômeno diretamente, o que o torna inaceitável”, afirma o físico.

Hobson diz que no paradoxo de Schrödinger, o gato desempenha o papel de um dispositivo macroscópico, um contador Geiger, conectado a um núcleo radioativo para determinar o estado de decadência ou “não decadência” desse núcleo. Neste caso, um gato vivo será um indicador de “não decomposição” e um gato morto será um indicador de decomposição. Mas, de acordo com a teoria quântica, o gato, assim como o núcleo, deve existir em duas superposições de vida e morte.

Em vez disso, diz o físico, o estado quântico do gato deveria estar emaranhado com o estado do átomo, o que significa que eles estão em um “relacionamento não local” um com o outro. Ou seja, se o estado de um dos objetos emaranhados mudar repentinamente para o oposto, então o estado de seu par também mudará, não importa a distância que estejam um do outro. Ao mesmo tempo, Hobson refere-se à confirmação experimental desta teoria quântica.

“O mais interessante da teoria do emaranhamento quântico é que a mudança de estado de ambas as partículas ocorre instantaneamente: nenhuma luz ou sinal eletromagnético teria tempo de transmitir informações de um sistema para outro. Então você pode dizer que é um objeto dividido em duas partes pelo espaço, não importa quão grande seja a distância entre elas”, explica Hobson.

O gato de Schrödinger não está mais vivo e morto ao mesmo tempo. Ele estará morto se a desintegração ocorrer, e vivo se a desintegração nunca acontecer.

Acrescentemos que soluções semelhantes para este paradoxo foram propostas por mais três grupos de cientistas nos últimos trinta anos, mas não foram levadas a sério e passaram despercebidas nos amplos círculos científicos. Hobson observa que resolver os paradoxos da mecânica quântica, pelo menos teoricamente, é absolutamente necessário para a sua compreensão aprofundada.

Schrödinger

Mas recentemente TEÓRICOS EXPLICAM COMO A GRAVIDADE MATA O GATO DE SCHRODINGER, mas isso é mais complicado...

Via de regra, os físicos explicam o fenômeno que a superposição é possível no mundo das partículas, mas impossível com gatos ou outros macroobjetos, interferência do meio ambiente. Quando um objeto quântico passa por um campo ou interage com partículas aleatórias, ele imediatamente assume apenas um estado – como se tivesse sido medido. É exatamente assim que a superposição é destruída, como acreditavam os cientistas.

Mas mesmo que de alguma forma fosse possível isolar um macroobjeto em um estado de superposição das interações com outras partículas e campos, ele ainda, mais cedo ou mais tarde, assumiria um único estado. Pelo menos isso é verdade para os processos que ocorrem na superfície da Terra.

“Em algum lugar do espaço interestelar, talvez um gato tivesse a chance de manter a coerência quântica, mas na Terra ou perto de qualquer planeta isso é extremamente improvável. E a razão para isto é a gravidade”, explica o principal autor do novo estudo, Igor Pikovski, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.

Pikovsky e seus colegas da Universidade de Viena argumentam que a gravidade tem um efeito destrutivo nas superposições quânticas de macroobjetos e, portanto, não observamos fenômenos semelhantes no macrocosmo. O conceito básico da nova hipótese, aliás, é brevemente delineado no longa-metragem “Interestelar”.

A teoria da relatividade geral de Einstein afirma que um objeto extremamente massivo dobrará o espaço-tempo em torno dele. Considerando a situação em um nível menor, podemos dizer que para uma molécula colocada próxima à superfície da Terra, o tempo passará um pouco mais devagar do que para uma localizada na órbita do nosso planeta.

Devido à influência da gravidade no espaço-tempo, uma molécula afetada por esta influência experimentará um desvio na sua posição. E isso, por sua vez, deve afetar sua energia interna - vibrações de partículas em uma molécula que mudam com o tempo. Se uma molécula fosse introduzida em um estado de superposição quântica de duas localizações, então a relação entre posição e energia interna logo forçaria a molécula a “escolher” apenas uma das duas posições no espaço.

“Na maioria dos casos, o fenômeno da decoerência está associado a uma influência externa, mas, neste caso, a vibração interna das partículas interage com o movimento da própria molécula”, explica Pikovsky.

Este efeito ainda não foi observado porque outras fontes de decoerência, como campos magnéticos, radiação térmica e vibrações, são normalmente muito mais fortes, causando a destruição de sistemas quânticos muito antes da gravidade. Mas os experimentadores se esforçam para testar a hipótese.

Uma configuração semelhante também poderia ser usada para testar a capacidade da gravidade de destruir sistemas quânticos. Para isso, será necessário comparar interferômetros verticais e horizontais: no primeiro, a superposição deverá desaparecer em breve devido à dilatação do tempo nas diferentes “alturas” do caminho, enquanto no segundo, a superposição quântica poderá permanecer.

Publicado recentemente no conhecido portal científico "PostScience" está um artigo do autor Emil Akhmedov sobre as razões do surgimento do famoso paradoxo, bem como o que ele não é.

Físico Emil Akhmedov sobre interpretação probabilística, sistemas quânticos fechados e formulação do paradoxo.

Na minha opinião, a parte mais difícil da mecânica quântica, psicológica, filosoficamente e em muitos outros aspectos, é a sua interpretação probabilística. Muitas pessoas argumentaram contra a interpretação probabilística. Por exemplo, Einstein, juntamente com Podolsky e Rosen, criaram um paradoxo que refuta a interpretação probabilística.

Além deles, Schrödinger também argumentou a favor da interpretação probabilística da mecânica quântica. Como uma contradição lógica à interpretação probabilística da mecânica quântica, Schrödinger surgiu com o chamado paradoxo do gato de Schrödinger. Pode ser formulado de diferentes maneiras, por exemplo: digamos que você tenha uma caixa na qual um gato está sentado e um cilindro de gás letal esteja conectado a essa caixa. Ao interruptor deste cilindro está conectado algum tipo de dispositivo, que permite ou não a entrada do gás mortal, que funciona da seguinte forma: existe um vidro polarizador, e se o fóton que passa tiver a polarização necessária, então o cilindro gira ligado, o gás flui para o gato; se o fóton estiver com a polarização errada, o cilindro não liga, a chave não liga, o cilindro não deixa gás entrar no gato.

Digamos que o fóton seja polarizado circularmente e o dispositivo responda à polarização linear. Isto pode não estar claro, mas não é muito importante. Com alguma probabilidade, o fóton será polarizado de uma forma, com alguma probabilidade - de outra. Schrödinger disse: a situação é que em algum momento, até que abramos a tampa e vejamos se o gato está vivo ou morto (e o sistema está fechado), o gato estará vivo com alguma probabilidade e estará morto com alguma probabilidade. Talvez eu esteja formulando o paradoxo de maneira descuidada, mas o resultado final é uma situação estranha: o gato não está vivo nem morto. É assim que o paradoxo é formulado.

Na minha opinião, este paradoxo tem uma explicação completamente clara e precisa. Talvez este seja o meu ponto de vista pessoal, mas tentarei explicar. A principal propriedade da mecânica quântica é a seguinte: se descrevermos um sistema fechado, então a mecânica quântica nada mais é do que mecânica ondulatória, mecânica ondulatória. Isso significa que é descrito por equações diferenciais cujas soluções são ondas. Onde existem ondas e equações diferenciais, existem matrizes e assim por diante. Estas são duas descrições equivalentes: descrição da matriz e descrição da onda. A descrição da matriz pertence a Heisenberg, a descrição da onda a Schrödinger, mas descrevem a mesma situação.

O seguinte é importante: enquanto o sistema está fechado, ele é descrito por uma equação de onda, e o que acontece com essa onda é descrito por algum tipo de equação de onda. Toda a interpretação probabilística da mecânica quântica surge depois que o sistema é aberto - ele é influenciado de fora por algum grande objeto clássico, isto é, não quântico. No momento do impacto, deixa de ser descrito por esta equação de onda. Surgem a chamada redução da função de onda e a interpretação probabilística. Até o momento da abertura, o sistema evolui de acordo com a equação de onda.

Agora precisamos fazer alguns comentários sobre como um grande sistema clássico difere de um pequeno sistema quântico. De um modo geral, mesmo um grande sistema clássico pode ser descrito usando uma equação de onda, embora esta descrição seja geralmente difícil de fornecer e, na realidade, completamente desnecessária. Esses sistemas diferem matematicamente em suas ações. O chamado objeto existe na mecânica quântica, na teoria de campos. Para um grande sistema clássico a ação é enorme, mas para um sistema quântico pequeno a ação é pequena. Além disso, o gradiente desta ação - a taxa de mudança desta ação no tempo e no espaço - é enorme para um sistema clássico grande e pequeno para um sistema quântico pequeno. Esta é a principal diferença entre os dois sistemas. Devido ao facto de a acção ser muito grande para um sistema clássico, é mais conveniente descrevê-la não por algumas equações de onda, mas simplesmente por leis clássicas como a lei de Newton e assim por diante. Por exemplo, por esta razão, a Lua gira em torno da Terra não como um elétron em torno do núcleo de um átomo, mas ao longo de uma certa órbita claramente definida, ao longo de uma trajetória de órbita clássica. Enquanto o elétron, sendo um pequeno sistema quântico, se move como uma onda estacionária dentro de um átomo ao redor do núcleo, seu movimento é descrito por uma onda estacionária, e esta é a diferença entre as duas situações.

Uma medição na mecânica quântica ocorre quando você influencia um pequeno sistema quântico com um grande sistema clássico. Depois disso, a função de onda é reduzida. Na minha opinião, a presença de um balão ou de um gato no paradoxo de Schrödinger é o mesmo que a presença de um grande sistema clássico que mede a polarização de um fóton. Assim, a medição ocorre não no momento em que abrimos a tampa da caixa e vemos se o gato está vivo ou morto, mas no momento em que o fóton interage com o vidro polarizador. Assim, neste momento a função de onda do fóton é reduzida, o balão encontra-se num estado muito específico: ou abre ou não abre, e o gato morre ou não morre. Todos. Não há “gatos de probabilidade” de que ele esteja com alguma probabilidade vivo e com alguma probabilidade de estar morto. Quando disse que o paradoxo do gato de Schrödinger tem muitas formulações diferentes, apenas disse que existem muitas maneiras diferentes de inventar o dispositivo que mata ou deixa o gato vivo. Em essência, a formulação do paradoxo não muda.

Já ouvi falar de outras tentativas de explicar este paradoxo usando a pluralidade de mundos e assim por diante. Na minha opinião, todas estas explicações não resistem a críticas. O que expliquei em palavras durante este vídeo pode ser colocado em forma matemática e a veracidade desta afirmação pode ser verificada. Enfatizo mais uma vez que, na minha opinião, a medição e redução da função de onda de um pequeno sistema quântico ocorre no momento da interação com um grande sistema clássico. Um sistema clássico tão grande é um gato junto com um dispositivo que o mata, e não uma pessoa que abre uma caixa com um gato e vê se o gato está vivo ou não. Ou seja, a medição ocorre no momento da interação desse sistema com uma partícula quântica, e não no momento da verificação do gato. Tais paradoxos, a meu ver, encontram explicações a partir da aplicação de teorias e do bom senso.

A essência do experimento em si

O artigo original de Schrödinger descreveu o experimento da seguinte forma:

Você também pode construir casos em que haja bastante burlesco. Um certo gato está trancado em uma câmara de aço com a seguinte máquina infernal (que deve ser protegida da intervenção direta do gato): dentro de um contador Geiger há uma pequena quantidade de substância radioativa, tão pequena que apenas um átomo pode decair em uma hora , mas com a mesma probabilidade de que e não desmorone; caso isso aconteça, o tubo de leitura é descarregado e o relé é acionado, liberando o martelo, que rompe o frasco com ácido cianídrico. Se deixarmos todo esse sistema sozinho por uma hora, então podemos dizer que o gato estará vivo depois desse tempo, desde que o átomo não se desintegre. A primeira desintegração do átomo envenenaria o gato. A função psi do sistema como um todo expressará isso misturando ou espalhando um gato vivo e um gato morto (desculpem a expressão) em partes iguais. O que é típico nestes casos é que a incerteza originalmente limitada ao mundo atómico se transforma em incerteza macroscópica, que pode ser eliminada pela observação direta. Isto impede-nos de aceitar ingenuamente o “modelo desfocado” como um reflexo da realidade. Isto por si só não significa nada obscuro ou contraditório. Há uma diferença entre uma foto borrada ou fora de foco e uma foto de nuvens ou neblina. De acordo com a mecânica quântica, se nenhuma observação for feita do núcleo, então seu estado é descrito por uma superposição (mistura) de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decomposto, portanto, um gato sentado em uma caixa está vivo e morto ao mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador poderá ver apenas um estado específico - “o núcleo decaiu, o gato está morto” ou “o núcleo não decaiu, o gato está vivo”. A questão é: quando um sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um específico? O objetivo do experimento é mostrar que a mecânica quântica fica incompleta sem algumas regras que indiquem em que condições a função de onda entra em colapso e o gato morre ou permanece vivo, mas deixa de ser uma mistura de ambos.

Como é claro que um gato deve estar vivo ou morto (não existe um estado que combine vida e morte), o mesmo acontecerá com o núcleo atômico. Deve estar deteriorado ou não deteriorado.

O artigo original foi publicado em 1935. O objetivo do artigo era discutir o paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), publicado por Einstein, Podolsky e Rosen no início daquele ano.

Nem todo mundo lê livros sobre as grandes invenções da humanidade. Mas definitivamente todos que assistiram à série de TV “The Big Bang Theory” já ouviram falar de um fenômeno como “O Gato de Schrödinger”. Por estar relacionado à mecânica quântica, é bastante difícil para uma pessoa sem formação técnica compreender seu significado. Vamos tentar descobrir o que o conceito de "Gato de Schrödinger" significa em palavras simples.

Contente:

Breve histórico histórico

Erwin Schrodinger- famoso físico, um dos criadores da teoria da mecânica quântica. Uma característica distintiva de sua atividade científica foi o chamado caráter secundário. Ele raramente dava o primeiro passo na pesquisa de alguma coisa.

Basicamente, Schrödinger escreveu resenhas sobre a invenção ou realização científica de outra pessoa, criticou o autor ou iniciou o desenvolvimento de pesquisas e descobertas de outras pessoas. Embora fosse um individualista por natureza, ele não podia deixar de confiar nas ideias e pensamentos de outras pessoas, que tomou como base em sua pesquisa. Apesar disso, ele fez enormes contribuições para o desenvolvimento da mecânica quântica, em grande parte graças ao seu mistério “O Gato de Schrödinger”.

As conquistas de Schrödinger na ciência incluem:

• criação do conceito de mecânica ondulatória (por isso recebeu o Prêmio Nobel em 1933);
• introduziu o termo “objetividade da descrição” na circulação científica - fundamentou a possibilidade de teorias científicas sem a participação direta do sujeito da pesquisa (um observador externo) para descrever a realidade circundante;
• desenvolveu a teoria da relatividade;
• estudou processos termodinâmicos e eletrodinâmica não linear de Born;
• fez tentativas de criar uma teoria de campo unificada.

Conceito do gato de Schrödinger

"Gato de Shroedinger"- o famoso enigma da teoria de Schrödinger, um experimento mental conduzido por um físico teórico austríaco, com o qual foi possível demonstrar a incompletude da mecânica quântica na transição de microssistemas para macrossistemas. Toda esta teoria é baseada nas críticas dos cientistas às conquistas da mecânica quântica.

Antes de prosseguir com a descrição do experimento, é necessário definir os conceitos básicos que nele são utilizados. O postulado principal do famoso fenômeno afirma que enquanto ninguém estiver observando o sistema, ele estará em posição de superposição– simultaneamente em dois ou mais estados que excluem a existência mútua. O próprio Schrödinger deu a seguinte definição de superposição - esta é uma capacidade quântica (o papel de um quantum pode ser um elétron, um fóton ou um núcleo atômico) de estar em vários estados ou vários pontos no espaço ao mesmo tempo, enquanto não alguém está observando o sistema. Quantum é um objeto microscópico do microambiente.

Descrição do experimento

O artigo original em que Schrödinger explica a sua experiência foi publicado em 1935. Para descrever o experimento, foi utilizado o método de comparação e até personificação.

É muito difícil entender exatamente o que Schrödinger quis dizer ao estudar este artigo. Tentarei descrever a essência do experimento em palavras simples.

Colocamos o gato em uma caixa com um mecanismo que contém um núcleo atômico radioativo e um recipiente cheio de gás venenoso. O experimento é realizado com parâmetros precisamente selecionados para a probabilidade de decaimento de um núcleo atômico - 50% em 1 hora. Quando o núcleo se desintegra, o gás vaza do recipiente, o que leva à morte do gato. Se isso não acontecer, nada acontece com o gato, ele está vivo e saudável.

Uma hora se passa e queremos uma resposta para a pergunta: o gato morreu ou ainda está vivo? Segundo a teoria de Schrödinger, o núcleo de um átomo, assim como o gato, está em uma caixa em vários estados ao mesmo tempo (definição de superposição). Até o momento em que a caixa é aberta, o microssistema onde estão localizados o núcleo atômico e o gato, com 50% de probabilidade, apresentam o estado “o núcleo decaiu, o gato morreu”, e com a mesma probabilidade possuem o afirmar “o núcleo não se deteriorou, o gato está vivo”. Isso confirma a hipótese de que o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo, ou seja, está em vários estados ao mesmo tempo, no mesmo momento. Acontece que o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo.

Em termos simples, o fenômeno do "Gato de Schrödinger" explica a possibilidade do fato que do ponto de vista da mecânica quântica, o gato está vivo e morto, o que é impossível na realidade. Com base nisso, podemos concluir que existem falhas significativas na teoria da mecânica quântica.

Se você não observar o núcleo de um átomo em um microssistema, ocorre uma mistura de dois estados - o núcleo decaído e o não decaído. Ao abrir a caixa, o experimentador pode observar apenas um estado específico. Como o gato personifica o núcleo de um átomo, ele também estará em apenas um estado - vivo ou morto.

A solução para o paradoxo – a interpretação de Copenhaga

Cientistas de Copenhague resolveram o mistério do Gato de Schrödinger. A interpretação moderna de Copenhague é que o gato está vivo/morto sem quaisquer estados intermediários, porque o núcleo decai ou não decai não quando a caixa é aberta, mas ainda mais cedo - quando o núcleo é enviado ao detector. A explicação para isso é a seguinte: a redução da função de onda do microssistema “gato-detector-núcleo” não tem ligação com a pessoa que observa a caixa, mas está ligada ao detector-observador do núcleo.

Esta interpretação do fenômeno do Gato de Schrödinger nega a possibilidade de o gato estar em estado de superposição antes de abrir a caixa - no estado de gato vivo/morto ao mesmo tempo. Um gato em um macrossistema está sempre em apenas um estado.

Importante! O experimento de Schrödinger mostrou que um microobjeto e um macroobjeto se comportam em sistemas de acordo com leis diferentes - as leis da física quântica e as leis da física em seu sentido clássico, respectivamente.

Mas não existe ciência que estude fenômenos durante a transição de um macrossistema para um microssistema. Erwin Schrödinger teve a ideia de conduzir tal experimento precisamente com o propósito de provar a fraqueza e a incompletude da teoria geral da física. Seu desejo mais profundo era demonstrar através da experiência concreta que cada ciência cumpre suas próprias tarefas: a física clássica estuda macro-objetos, a física quântica estuda micro-objetos. É necessário desenvolver conhecimento científico para descrever o processo de transição de objetos grandes para pequenos em sistemas.

É muito difícil para uma pessoa comum compreender imediatamente a essência deste paradoxo. Afinal, na consciência de cada pessoa existe a convicção de que qualquer objeto do mundo material em um determinado momento só pode estar localizado em um ponto.

Mas a teoria de Schrödinger só pode ser aplicada a microobjetos, enquanto um gato é um objeto do macrocosmo.

A interpretação mais recente do paradoxo do Gato de Schrödinger é seu uso na série de TV The Big Bang Theory, na qual o personagem principal Sheldon Cooper explicou sua essência à menos instruída Penny. Cooper transferiu esse fenômeno para o campo das relações humanas. Para entender se um relacionamento entre pessoas do sexo oposto é bom ou ruim, basta abrir a caixa. Até este momento, qualquer relacionamento é bom e ruim.