El término selección natural. La fuerza impulsora de la evolución: qué formas de selección natural existen

En 1935 gran físico, premio Nobel y fundador mecánica cuántica Erwin Schrödinger formuló su famosa paradoja.

El científico sugirió que si tomas cierto gato y lo colocas en una caja de acero opaca con una "máquina infernal", en una hora estará vivo y muerto al mismo tiempo. El mecanismo de la caja se ve así: dentro del contador Geiger hay una cantidad microscópica sustancia radioactiva, capaz de desintegrarse en un solo átomo en una hora; al mismo tiempo, con la misma probabilidad no se descompondrá. Si aún se pudre, entonces el mecanismo de palanca funcionará y el martillo romperá el recipiente con ácido cianhídrico y el gato morirá; si no hay descomposición, el recipiente permanecerá intacto y el gato estará vivo y coleando.

Si no se tratara de un gato y una caja, sino del mundo partículas subatómicas, entonces los científicos dirían que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo, pero en el macrocosmos tal conclusión es incorrecta. Entonces, ¿por qué operamos con tales conceptos cuando hablamos de más pequeñas partículas¿asunto?

La ilustración de Schrödinger es mejor ejemplo para describir la principal paradoja de la física cuántica: según sus leyes, partículas como electrones, fotones e incluso átomos existen en dos estados al mismo tiempo (“vivos” y “muertos”, si recordamos al sufrido gato). Estos estados se llaman superposiciones.

El físico estadounidense Art Hobson de la Universidad de Arkansas (Arkansas State University) propuso su solución. esta paradoja.

"Las mediciones en física cuántica se basan en el funcionamiento de ciertos dispositivos macroscópicos, como un contador Geiger, con cuya ayuda se determina el estado cuántico de los sistemas microscópicos (átomos, fotones y electrones). La teoría cuántica implica que si se conecta un microscopio sistema (partícula) a algún dispositivo macroscópico, distinguiendo dos diferentes estados sistema, entonces el dispositivo (contador Geiger, por ejemplo) entrará en un estado de entrelazamiento cuántico y también se encontrará en dos superposiciones simultáneamente. Sin embargo, es imposible observar este fenómeno directamente, lo que lo hace inaceptable”, afirma el físico.

Hobson dice que en la paradoja de Schrödinger, el gato desempeña el papel de un dispositivo macroscópico, un contador Geiger, conectado a un núcleo radiactivo para determinar el estado de desintegración o "no desintegración" de ese núcleo. En este caso, un gato vivo será un indicador de "no descomposición" y un gato muerto será un indicador de descomposición. Pero según Teoría cuántica, el gato, como el núcleo, debe existir en dos superposiciones de vida y muerte.

En cambio, dice el físico, el estado cuántico del gato debería estar entrelazado con el estado del átomo, lo que significa que están en una "relación no local" entre sí. Es decir, si el estado de uno de los objetos enredados cambia repentinamente al opuesto, entonces el estado de su par también cambiará, sin importar qué tan lejos estén uno del otro. Hobson hace referencia a esta teoría cuántica.

“Lo más interesante de la teoría del entrelazamiento cuántico es que el cambio de estado de ambas partículas se produce instantáneamente: ninguna luz o señal electromagnética tendría tiempo de transmitir información de un sistema a otro. Por tanto, podemos decir que se trata de un solo objeto. Dividimos el espacio en dos partes, por grande que sea la distancia entre ellas”, explica Hobson.

El gato de Schrödinger ya no está vivo y muerto al mismo tiempo. Está muerto si la desintegración ocurre y vivo si la desintegración nunca ocurre.

Agreguemos que tres grupos más de científicos propusieron soluciones similares a esta paradoja durante los últimos treinta años, pero no fueron tomadas en serio y pasaron desapercibidas en amplios círculos científicos. Hobson señala que resolver las paradojas de la mecánica cuántica, al menos teóricamente, es absolutamente necesario para su comprensión profunda.

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Este es un gato que está vivo y muerto al mismo tiempo. Esta lamentable condición se la debe a Premio Nobel en física, el científico austriaco Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Secciones:

La esencia del experimento / paradoja.

El gato está en una caja cerrada con un mecanismo que contiene un núcleo radiactivo y un recipiente con gas venenoso. Las características del experimento se seleccionan de modo que la probabilidad de que el núcleo se desintegre en 1 hora sea del 50%. Si el núcleo se desintegra, se activa el mecanismo, el recipiente de gas se abre y el gato muere. Según la mecánica cuántica, si no se realiza ninguna observación del núcleo, entonces su estado se describe mediante una superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja está vivo y muerto. En seguida.

Tan pronto como abra la caja, el experimentador debería ver solo un estado: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo". Pero mientras no hay ningún observador en el proceso, el desafortunado animal permanece “muerto”.

marginados

  • La desgracia nunca viene sola
    No sólo está en duda la salud del habitante de la caja con cola, sino también su sexo: en el experimento original, el gato de Schrödinger era en realidad un gato (die Katze).
  • No hay gatos “muertos”
    Es importante recordar que el experimento de Schrödinger no tenía como objetivo demostrar la existencia de gatos "muertos" (y, contrariamente a lo que se afirma en la segunda parte del juego "Portal", no se inventó como una excusa para matar gatos). Evidentemente, el gato debe estar vivo o muerto, ya que no existe un estado intermedio.
    La experiencia demuestra que la mecánica cuántica no es capaz de describir el comportamiento de los macrosistemas (entre los que se incluye el gato): está incompleta sin algunas reglas que indiquen cuándo el sistema elige un estado específico y en qué condiciones se produce el colapso. función de onda y el gato, o permanece vivo o muere, pero deja de ser una mezcla de ambos.
Interpretaciones Interpretación de Copenhague Desmiente que antes de abrir la caja el gato se encuentre en un estado de confusión entre vivo y muerto. Algunos creen que mientras la caja esté cerrada, el sistema se encuentra en una superposición de los estados “núcleo descompuesto, gato muerto” y “núcleo no descompuesto, gato vivo”, y cuando se abre la caja, sólo entonces colapsa la función de onda. a una de las opciones. Otros dicen que una “observación” ocurre cuando una partícula del núcleo golpea el detector; sin embargo, lamentablemente, en la interpretación de Copenhague no hay regla clara, que dice cuándo sucede esto y, por lo tanto, esta interpretación está incompleta hasta que se introduce tal regla o no se dice cómo se puede introducir en principio. La interpretación de muchos mundos de Everett, a diferencia del de Copenhague, no considera que el proceso de observación sea algo especial. Aquí ambos estados del gato existen, pero son decohesivos, es decir, como entiende el autor, la unidad de estos estados se altera como resultado de la interacción con ambiente. Cuando el observador abre la caja, se enreda (mezcla) con el gato, lo que crea dos estados de observador, uno correspondiente a un gato vivo y el otro a uno muerto. Estos estados no interactúan entre sí. El gato como observador competente
El autor cree que la última palabra debería dejarla en manos del gato, quien, aunque no sabe nada de mecánica cuántica, sin duda está mejor informado que nadie sobre su enfermedad. Sin embargo, su competencia como observador suscita evidentemente dudas entre los científicos. Una excepción son Hans Moravec, Bruno Marshall y Max Tegmark, quienes propusieron una modificación del experimento de Schrödinger, conocida como “suicidio cuántico”, y que es un experimento con un gato desde el punto de vista del gato. Los científicos perseguían el objetivo de mostrar la diferencia entre la interpretación de Copenhague y la de muchos mundos de la mecánica cuántica. Si la interpretación de los muchos mundos es correcta, el gato, para alegría de sus simpatizantes, se convierte en Tsoi y siempre permanece vivo, ya que el participante puede observar el resultado del experimento sólo en el mundo en el que sobrevive.
  • Nadav Katz de la Universidad de California y sus colegas publicaron los resultados de un experimento de laboratorio en el que lograron "devolver" el estado cuántico de una partícula y después de medir este estado. Así, es posible salvar la vida del gato independientemente de las condiciones para el colapso de la función de onda. No importa si está vivo o muerto: siempre puedes recuperarlo [enlace].
  • 03/06/2011 RIA Novosti informó que los físicos chinos lograron crear "El gato de Schrodinger" de ocho fotones[enlace] , que debería facilitar el desarrollo de futuras computadoras cuánticas

Imagen en la cultura

Quizás nadie haya hecho más para popularizar la mecánica cuántica que el pobre gato. Incluso las personas más alejadas de este complejo campo del conocimiento, preocupadas por el destino del animal que probablemente sufre, intentan comprender las complejidades del experimento, con la esperanza de que no todo sea tan malo. El gato inspira a artistas y a la cultura popular.
Mencionemos sus principales logros:

Literatura: La situación con el gato de Schrödinger es analizada por los personajes principales del libro de Douglas Adams "La agencia de detectives Dirk Gfully". En el libro de Dan Simmons "Endymion" protagonista Raoul Endymion escribe su narración mientras se encuentra en órbita alrededor de Armagast en la "caja del gato" de Schrödinger. En el último tercio del libro de Robert Heinlein El gato camina por las paredes aparece el gato pelirrojo Pixel, que tiene la capacidad del gato de Schrödinger de estar en dos estados al mismo tiempo. El libro de Terry Pratchett "The Cat No Fool" describe con humor la raza de los llamados "gatos de Schrodinger", descendientes del mismo gato de Schrodinger. Este experimento mental también se menciona más de una vez en otras obras de Pratchett, por ejemplo, en la novela "Damas y caballeros". En la historia de F. Gwynplain McIntyre “Cuidando al gato Schrödinger”, uno de los personajes resulta ser la propia mascota de Schrödinger, el gato Tibbles. En realidad, la acción se desarrolla en torno a este gato. historia humorística, generosamente sazonado con detalles de Diferentes areas física. La trama de la novela de ciencia ficción de Frederik Pohl "Invasión" Gatos cuánticos "(ing. "La llegada de los gatos cuánticos", 1986) se basa en la idea de interacción entre universos "vecinos". En la miniatura filosófica y satírica "El gato de Schrödinger" de Nikolai Baytov, la paradoja de Schrödinger se da vuelta: una organización llamada "Liga del tiempo reversible" ha estado monitoreando a un gato vivo en una caja durante 50 años sin interrupción, creyendo que mientras el Se está realizando una observación: el estado en el que reside el gato no debe cambiar. En el libro de Lukyanenko "La última guardia", al personaje principal le colocan alrededor del cuello una soga llamada "el gato de Schrodinger", cuya peculiaridad es que los magos no entienden si esta criatura está viva o no. Mencionado en la novela "Cuarentena" de Greg Egan, en la fantasía de Christopher Stasheff "El mago sanador", en la historia de Gregory Dale Bear "La plaga de Schrödinger"; escritor polaco Sapkowski menciona el gato de Codringher. En la novela cyberpunk 2048 de Mercy Shelley, se dice que "un tipo con un apellido como un archivo estaba poniendo a un pobre biorg en una caja de hierro que no contenía nada más que un frasco de veneno". El poema de Svetlana Shirankova “El gato de Schrodinger” tiene un comienzo muy inspirador: “Doctor Schrodinger, su gato todavía está vivo”. Pantalla: En la película de los hermanos Coen“El estudiante declara al profesor: “Entiendo el experimento con el gato muerto”, lo que, naturalmente, indica lo contrario. En la película "Repo Man" ("Collectors", en la versión rusa "Rippers"), el personaje principal al comienzo de la película habla de un científico desconocido que tiene un gato. Y este gato se encuentra en un estado de “...vivo y muerto al mismo tiempo...”. En uno de los episodios de la serie de ciencia ficción Stargate SG-1 aparece un gato llamado Schrödinger. El personaje principal de la serie de ciencia ficción “Slithers” también tiene un gato del mismo nombre. En la serie de televisión Stargate SG-1, un extraterrestre regaló un gato naranja llamado Schrödinger. El gato muerto Schrödinger aparece en la serie de televisión CSI: Las Vegas"(Temporada 8, Episodio 15: La teoría del todo). El gato de Schrödinger también se menciona en la serie de televisión "The Big Bang Theory", donde, como respuesta a la pregunta de una chica sobre si debería tener una cita, el héroe hace una analogía con el gato de Schrödinger, lo que significa que hasta que lo intentes, ganarás. No lo sé: "Penny, para saber si el gato está vivo o muerto, debes abrir la caja". En la serie de televisión Bugs, el papel del gato de Schrödinger lo desempeñaba la evidencia de Mercurio Rojo en una caja fuerte con trampa explosiva. EN anime japonés Hellsing (OVA) (como en el manga del mismo nombre), hay un personaje-hombre gato llamado Schrödinger, que no está ni vivo ni muerto, tiene la capacidad de teletransportarse ("estar en todas partes y en ninguna") y es completamente indestructible. . En el anime “To Aru Majutsu no Index”, cuando una niña le pide que nombre Schrödinger a un gatito, el personaje principal objeta que a los gatos no se les puede llamar así. El anime Shigofumi también presenta un gato llamado Schrödinger. En el anime y juego japonés Umineko no naku koro ni, la experiencia se utiliza en el intento de Battler de demostrar la imposibilidad de la existencia de la magia (también se utilizan La prueba del diablo, los cuervos de Hempel y el demonio de Laplace). En uno de los episodios de Futurama, "La ley y el oráculo", Schrödinger escondió drogas en una caja con un gato. Cómics/manga: Un pequeño cómic sobre el gato de Schrödinger y el demonio de Maxwell. Está muerto: Schrödinger del gato: y otros cómics en joyreactor.ru. Juegos: Hay un juego de misiones "El regreso del gato cuántico". En el juego "Nethack" hay un monstruo "Quantum Mechanic", que a veces lleva consigo una caja con un gato. El estado del gato no se determina hasta que se abre la caja. En el juego "Half-Life 2" había un gato en un laboratorio con teletransportadores, con el que Barney "todavía" tiene pesadillas. El retrato del gato de Schrödinger también se encuentra en la nueva versión de 1998 basada en "Half-Life". - "Black Mesa" (anteriormente conocida como "Black Mesa: Fuente"). Enlace a captura de pantalla notariada. En cada nivel de Bioshock, hay un gato muerto en un rincón apartado, identificado como Shrodinger. En la segunda parte también puedes encontrarlo: el gato descansa en uno de los témpanos de hielo en una habitación helada con cuatro cámaras de vigilancia en las esquinas. El gato NPC del mismo nombre aparece en el juego de rol japonés Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. El eslogan principal del juego Portal, "El pastel es una mentira", es una errática de uno de los resultados del experimento de Schrödinger, a saber, "El gato está vivo". En la segunda parte del juego, el gato tampoco se olvida. La mención del experimento se puede encontrar en el libro de reglas ruso. juego de mesa"Era de Acuario". El gato incluso tiene su propia placa de características: está completamente vacía, por lo que es como si no existiera. Música: El llamado festival de música no estándar “El gato de Schrodinger”, celebrado bajo el lema “ Vida real - muerte real - musica real! y “¿Está vivo o muerto el gato de Schrödinger? ¿Y tú?" Google también informa que el nombre "KoT Schrödinger" es un proyecto casi musical de un grupo muy pequeño de Korolev, cerca de Moscú. El álbum Saturnine Martial and Lunatic de la banda británica Tears for Fears contiene una canción del mismo nombre. El grupo ruso “Allein Fur” Immer también interpreta una canción con el mismo nombre. Humor: Cualquier chiste sobre el gato de Schrödinger es divertido y nada divertido al mismo tiempo. Schrödinger y Heisenberg van por la autopista hacia una conferencia, Schrödinger conduce. De repente se oye un ruido y detiene el coche. Heisenberg mira hacia la carretera:
- ¡Dios mío, parece que le pegué a un gato!
- ¿Él murió?
- No puedo decirlo exactamente. Schrödinger caminó por la habitación buscando al gatito cagando, y estaba en la caja ni vivo ni muerto. Misceláneas: Los artistas prestan atención al gato de Schrödinger, intentando transmitir la ambigüedad de su posición a través de pinturas y gráficos. Además, se pueden ver imágenes de este animal en camisetas y tazas. A los terroristas de los que no se sabe si están vivos o muertos a veces se les llama "terroristas de Schrodinger". De Por ejemplo, Yasser Arafat se encontraba en este estado cuando estuvo en coma antes de su muerte, al igual que Osama Bin Laden. Según Absurdopedia, un cerdo en un empujón es una versión simplificada del experimento del gato de Schrödinger [enlace]. Stephen Hawking parafraseó lo que se convirtió eslogan Hans Jost “Cuando escucho sobre cultura, tomo un arma” así: “¡Cuando escucho sobre el gato de Schrödinger, mi mano busca un arma!” Esto se explica por el hecho de que, como muchos otros físicos, Hawking opina que la interpretación de la mecánica cuántica de la “Escuela de Copenhague” enfatiza sin justificación el papel del observador. En relación con la inauguración del Departamento de Teología de MEPhI, se difundió en Internet la siguiente imagen:

En 1935, un ferviente oponente de la recién emergente mecánica cuántica, Eric Schrödinger, publicó un artículo que pretendía exponer y probar la inconsistencia nueva sucursal desarrollo de la física.

La esencia del artículo es realizando un experimento mental:

  1. Se coloca un gato vivo en una caja completamente sellada.
  2. Al lado del gato se coloca un contador Geiger que contiene un átomo radiactivo.
  3. Un matraz lleno de ácido se conecta directamente al contador Geiger.
  4. La posible desintegración de un átomo radiactivo activará el contador Geiger, que, a su vez, romperá el matraz y el ácido derramado matará al gato.
  5. ¿El gato seguirá vivo o morirá si se queda con vecinos tan incómodos?
  6. Se asigna una hora para el experimento.

Respuesta para esta pregunta y fue llamado a demostrar la inconsistencia de la teoría cuántica, que se basa en la superposición: la ley de la paradoja: todas las micropartículas de nuestro mundo siempre están simultáneamente en dos estados, hasta que comienzan a ser observadas.

Es decir, estar en espacio confinado(teoría cuántica), nuestro gato, al igual que su vecino impredecible, el átomo, están presentes sincrónicamente en dos estados:

  1. Un gato vivo y al mismo tiempo muerto.
  2. Un átomo descompuesto y al mismo tiempo no descompuesto.

Lo cual, según la física clásica, es un completo absurdo. La existencia simultánea de cosas tan mutuamente excluyentes es imposible.

Y esto es correcto, pero sólo desde el punto de vista del macrocosmos. Mientras que en el micromundo se aplican leyes completamente diferentes, por eso Schrödinger se equivocó al aplicar las leyes del macromundo a las relaciones dentro del micromundo. No comprender que la observación deliberada de las incertidumbres actuales del micromundo elimina esto último.

En otras palabras, si abres sistema cerrado, en el que se coloca un gato junto con un átomo radiactivo, veremos solo uno de estados posibles sujeto de prueba.

esto fue probado físico americano de la Universidad de Arkansas a Art Hobson. Según su teoría, si se conecta un microsistema (átomo radiactivo) con un macrosistema (contador Geiger), este último necesariamente quedará imbuido del estado de entrelazamiento cuántico del primero y entrará en superposición. Y como no podemos observar directamente este fenómeno, resultará inaceptable para nosotros (como demostró Schrödinger).

Entonces, descubrimos que el átomo y el contador de radiación están en la misma superposición. Entonces, ¿a quién o qué, para este sistema, podemos llamar gato? Lógicamente el gato, en este caso, se convierte en un indicador de estado. núcleo radiactivo(simplemente - un indicador):

  1. El gato está vivo, el núcleo no se ha descompuesto.
  2. El gato está muerto, el núcleo se ha desintegrado.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que el gato también forma parte de un único sistema, ya que también está dentro de la caja. Por lo tanto, según la teoría cuántica, el gato se encuentra en la llamada conexión no local con el átomo, es decir. en un estado de confusión, lo que significa en una superposición del micromundo.

De esto se deduce que si hay un cambio repentino en uno de los objetos del sistema, lo mismo le sucederá a otro objeto, por muy lejos que estén uno del otro. Un cambio instantáneo en el estado de ambos objetos demuestra que estamos ante un solo sistema, simplemente dividido por el espacio en dos partes.

Esto significa que podemos decir con seguridad que el gato de Schrödinger está instantáneamente vivo, si el átomo no se ha desintegrado, o muerto, si el átomo se ha desintegrado.

Y, sin embargo, fue gracias al experimento mental de Schrödinger que se construyó un dispositivo matemático que describe las superposiciones del micromundo. Este conocimiento ha encontrado una amplia aplicación en criptografía y tecnología informática.

Por último, me gustaría señalar el amor inagotable por la misteriosa paradoja del “gato de Schrodinger” por parte de todo tipo de escritores y cine. eso es solo Algunos ejemplos:

  1. Un dispositivo mágico llamado "El gato de Schrodinger" en la novela "La última guardia" de Lukyanenko.
  2. En la novela policíaca de Douglas Adams, La agencia de detectives de Dirk Gfully, hay una animada discusión sobre el problema del gato de Schrödinger.
  3. En la novela de R. E. Heinlein El gato camina por las paredes, el personaje principal, un gato, se encuentra casi constantemente en dos estados a la vez.
  4. Al famoso gato de Cheshire de Lewis Carroll en la novela "Alicia en el país de las maravillas" le encanta aparecer en varios lugares a la vez.
  5. En la novela Fahrenheit 451, Ray Bradbury plantea la cuestión del gato de Schrödinger, en forma de perro mecánico muerto viviente.
  6. En la novela "El mago sanador", Christopher Stasheff describe de forma muy original su visión del gato de Schrödinger.

Y muchas otras ideas encantadoras y completamente imposibles sobre un experimento mental tan misterioso.

A pesar de modelo planetario El átomo ha demostrado su valía. la teoría existente en ese momento no podía explicar completamente todos los procesos, que se observaron en vida real. Resultó que, en realidad, por alguna razón, la mecánica clásica newtoniana no funciona a nivel micro. Aquellos. El modelo prototipo, tomado de la vida real, no se corresponde con las observaciones de los científicos de la época, si se considera el átomo en lugar de nuestro sistema solar.

En base a esto, el concepto fue rediseñado significativamente. Existía una disciplina como mecánica cuántica. Los orígenes de esta tendencia fueron físico destacado Erwin Schrodinger.

Concepto de superposición

El principio fundamental que distingue nueva teoría, es principio de superposición. Según este principio, un cuanto (electrón, fotón o protón) puede estar en dos estados al mismo tiempo. Si hacer que sea más fácil de entender Con esta formulación, obtenemos un hecho que es completamente imposible de imaginar en nuestra mente. Un cuanto puede estar en dos lugares al mismo tiempo.

En el momento de su aparición, esta teoría era contradictoria no sólo mecanica clasica, pero también sentido común. Incluso ahora, persona educada, lejos de la física, difícilmente puede imaginar una situación así. Después de todo, esta comprensión implica en última instancia que él mismo el lector puede estar aquí y allá ahora. Así es exactamente como una persona intenta imaginar la transición del macromundo al micromundo.

Para una persona que estaba acostumbrada a experimentar la acción de la mecánica newtoniana y percibirse a sí misma en un punto del espacio, era extremadamente difícil imaginarse estar en dos lugares a la vez. Además, No hubo teoría ni patrones como tales durante la transición de lo macro a lo micro.. No había comprensión de aspectos específicos. valores numéricos y reglas.

Sin embargo, los instrumentos de esa época permitieron registrar claramente esta “disonancia cuántica”. Los instrumentos de laboratorio confirmaron que los postulados formulados son efectivamente consistentes y que el cuanto es capaz de estar en dos estados. Por ejemplo, fue grabado gas de electrones alrededor del núcleo de un átomo.

Basado en esto, Schrödinger formuló un famoso concepto que ahora se conoce como la teoría del gato.. El propósito de esta formulación fue mostrar que en teoría clásica física, se ha formado una enorme brecha que requiere estudios adicionales.

El gato de Shroedinger

El experimento mental sobre el gato fue que El gato fue colocado en una caja de acero cerrada.. La caja estaba equipada un dispositivo con un gas venenoso y un dispositivo con un núcleo atómico.

Según postulados conocidos, el núcleo de un átomo puede desintegrarse en componentes dentro de una hora, pero no puede desintegrarse. En consecuencia, la probabilidad de que ocurra este evento es del 50%.

Si el núcleo se desintegra, se activa el contragrabador y, en respuesta a este evento se produce la liberación Sustancia tóxica del dispositivo anteriormente descrito con el que está equipada la caja. Aquellos. el gato muere por veneno. Si esto no sucede, el gato no muere en consecuencia. Basado en un 50% de posibilidades de pudrirse, el gato tiene un 50% de posibilidades de sobrevivir.

Basado en la teoría cuántica, un átomo puede estar en dos estados a la vez. Aquellos. el átomo se desintegró y no se desintegró. Esto significa que la grabadora funcionó, rompió el recipiente con veneno y no se desintegró. El gato fue envenenado con veneno y el gato no fue envenenado con veneno al mismo tiempo.

Pero es simplemente imposible imaginar una imagen así: al abrir la caja, el investigador encontró un gato vivo y otro muerto. El gato está vivo o muerto. Ésta es la paradoja de la situación. Es imposible para la conciencia del espectador imaginar un gato muerto.

La paradoja es que el gato es un objeto del macrocosmos. En consecuencia, decir de él que está vivo y muerto, es decir. está en dos estados a la vez, similar a un cuanto, no será del todo correcto.

Usando este ejemplo, Schrödinger se centró específicamente en el hecho de que no existen paralelos claros entre el macromundo y el micromundo.. Los comentarios posteriores de los expertos explican que se debe considerar un sistema gato-detector de radiación, no un sistema gato-espectador. En un sistema detector-gato, sólo es probable un evento.

No todo el mundo lee libros sobre los grandes inventos de la humanidad. Pero exactamente todos los que vieron la serie "Teoría Big Bang", escuchó sobre un fenómeno como el "Gato de Schrödinger". Dado que está relacionado con la mecánica cuántica, una persona sin educación técnica Es bastante difícil entender su significado. Intentemos descubrir qué significa el concepto de "gato de Schrödinger" en palabras sencillas.

Contenido:

Breve trasfondo histórico

Erwin Schrodingerfísico famoso, uno de los creadores de la teoría de la mecánica cuántica. Rasgo distintivo su actividad científica había una llamada secundaria. Rara vez daba el primer paso para investigar algo.



Básicamente, Schrödinger escribió reseñas sobre la invención de otra persona o logro científico, criticó al autor o comenzó un mayor desarrollo de las investigaciones y descubrimientos de otras personas. Aunque era un individualista por naturaleza, no podía evitar confiar en las ideas y pensamientos de otras personas, que tomaba como base para su investigación. A pesar de ello, hizo enormes contribuciones al desarrollo de la mecánica cuántica, gracias en gran parte a su misterio del “Gato de Schrödinger”.

Los logros de Schrödinger en ciencia incluyen:

  • creación del concepto de mecánica ondulatoria (por ello recibió el Premio Nobel en 1933);
  • entró en circulación científica el término “objetividad de la descripción” - justificaba la posibilidad teorías científicas sin participación directa el sujeto de estudio (observador externo) para describir la realidad circundante;
  • desarrolló la teoría de la relatividad;
  • estudió procesos termodinámicos y electrodinámica de Born no lineal;
  • intentó crear teoría unificada campos.

El concepto del gato de Schrödinger

"El gato de Shroedinger"- el famoso enigma de la teoría de Schrödinger, un experimento mental realizado por un físico teórico austriaco, con la ayuda del cual fue posible demostrar lo incompleto de la mecánica cuántica en la transición de los microsistemas a los macrosistemas. Toda esta teoría se basa en la crítica. logros científicos mecánica cuántica.

Antes de proceder a la descripción del experimento, es necesario definir los conceptos básicos que se utilizan en el mismo. El postulado principal del famoso fenómeno afirma que mientras nadie esté observando el sistema, está en posición de superposición– simultáneamente en dos o más estados que excluyen la existencia mutua. El propio Schrödinger dio siguiente definición La superposición es una capacidad cuántica (el papel de un cuanto puede ser un electrón, un fotón o el núcleo de un átomo) de estar en varios estados o en varios puntos del espacio simultáneamente, mientras nadie está observando el sistema. Quantum es un objeto microscópico del microambiente.



Descripción del experimento

El artículo original en el que Schrödinger explica su experimento se publicó en 1935. Para describir el experimento se utilizó el método de comparación e incluso personificación.

Es muy difícil entender exactamente qué quiso decir Schrödinger al estudiar este artículo. Intentaré describir la esencia del experimento en palabras sencillas.

Metimos al gato en una caja con un mecanismo que contiene un núcleo atómico radiactivo y un recipiente lleno de gas venenoso. El experimento se lleva a cabo con parámetros de probabilidad de desintegración seleccionados con precisión. núcleo atómico– 50% durante 1 hora. Cuando el núcleo se desintegra, se escapa gas del recipiente, lo que provoca la muerte del gato. Si esto no sucede, al gato no le pasa nada, está vivo y sano.

Pasa una hora y queremos obtener respuesta a la pregunta: ¿el gato murió o sigue vivo? Según la teoría de Schrödinger, el núcleo de un átomo, como el gato, se encuentra en una caja en varios estados al mismo tiempo (definición de superposición). Hasta el momento de abrir la caja, el microsistema en el que se encuentran el núcleo atómico y el gato, con un 50% de probabilidad, tienen el estado “el núcleo se ha descompuesto, el gato ha muerto”, y con la misma probabilidad tienen el decir "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo". Esto confirma la hipótesis de que el gato sentado en la caja está vivo y muerto al mismo tiempo, es decir, se encuentra en varios estados a la vez en el mismo momento. Resulta que el gato sentado en la caja está vivo y muerto al mismo tiempo.

Discurso en lenguaje sencillo, Explica el fenómeno del "gato de Schrödinger" la posibilidad del hecho que desde el punto de vista de la mecánica cuántica, el gato está vivo y muerto, lo cual es imposible en la realidad. Sobre esta base, podemos concluir que existen fallas importantes en la teoría de la mecánica cuántica.




Si no se observa el núcleo de un átomo en un microsistema, entonces se produce una mezcla de dos estados: el núcleo descompuesto y no descompuesto. Al abrir la caja, el experimentador puede observar sólo un estado específico. Dado que el gato personifica el núcleo de un átomo, también estará en un solo estado: vivo o muerto.

La solución a la paradoja: la interpretación de Copenhague

Científicos de Copenhague han resuelto el misterio del gato de Schrödinger. Moderno Interpretación de Copenhague es que el gato está vivo/muerto sin ningún estado intermedio, porque el núcleo se desintegra o no se desintegra no cuando se abre la caja, sino incluso antes, cuando el núcleo se envía al detector. La explicación de esto es la siguiente: la reducción de la función de onda del microsistema “gato-detector-núcleo” no tiene conexión con la persona que observa la caja, sino con el detector-observador del núcleo.



Esta interpretación del fenómeno del gato de Schrödinger niega la posibilidad de que el gato se encuentre en un estado de superposición antes de abrir la caja, en el estado de un gato vivo y muerto al mismo tiempo. Un gato en un macrosistema siempre está en un solo estado.

¡Importante! El experimento de Schrödinger demostró que un microobjeto y un macroobjeto se comportan en sistemas de acuerdo con diferentes leyes: las leyes de la física cuántica y las leyes de la física en su sentido clásico, respectivamente.

Pero no existe ninguna ciencia que estudie los fenómenos durante la transición de un macrosistema a un microsistema. A Erwin Schrödinger se le ocurrió la idea de realizar un experimento de este tipo precisamente con el fin de demostrar la debilidad y el carácter incompleto de teoria general física. Su deseo más profundo era demostrar mediante experiencias concretas que cada ciencia cumple sus propias tareas: física clásica estudia objetos macro, la física cuántica– microobjetos. Hay una necesidad de desarrollo el conocimiento científico describir el proceso de transición de objetos grandes a pequeños en los sistemas.

Es muy difícil para una persona común comprender de inmediato la esencia de esta paradoja. Después de todo, en la mente de cada persona existe la convicción de que cualquier objeto mundo material V este momento el tiempo sólo puede estar en un punto.



Pero la teoría de Schrödinger sólo puede aplicarse a microobjetos, mientras que un gato es un objeto del macrocosmos.

La interpretación más reciente de la paradoja del gato de Schrödinger es su uso en la serie de televisión The Big Bang Theory, en la que el personaje principal Sheldon Cooper explicó su esencia a la menos educada Penny. Cooper llevó este fenómeno al campo. relaciones humanas. Para entender si son buenos o mala relacion entre personas del sexo opuesto, solo necesitas abrir la caja. Hasta este momento, cualquier relación es buena y mala.



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