Chat quantique de Schrödinger. La théorie de Schrödinger en termes simples

Vous avez sûrement entendu plus d’une fois parler de l’existence d’un phénomène tel que le « chat de Schrödinger ». Mais si vous n'êtes pas physicien, vous n'avez probablement qu'une vague idée de quel type de chat il s'agit et pourquoi il est nécessaire.
« Le chat de Schrödinger » est le nom de la célèbre expérience de pensée du célèbre physicien théoricien autrichien Erwin Schrödinger, également lauréat du prix Nobel. A l'aide de cette expérience fictive, le scientifique a voulu montrer le caractère incomplet de la mécanique quantique dans le passage des systèmes subatomiques aux systèmes macroscopiques.
Cet article tente d’expliquer avec des mots simples l’essence de la théorie de Schrödinger sur le chat et la mécanique quantique, afin qu’elle soit accessible à une personne n’ayant pas de formation technique supérieure. L’article présentera également diverses interprétations de l’expérience, notamment celles de la série télévisée « The Big Bang Theory ».
Contenu:
1. Description de l'expérience
2. Explication en mots simples
3. Vidéo de La théorie du Big Bang
4. Avis et commentaires
Description de l'expérience
L'article original d'Erwin Schrödinger a été publié en 1935. L'expérience y était décrite en utilisant la technique de la comparaison, voire de la personnification :

On peut aussi construire des cas dans lesquels il y a un côté assez burlesque. Qu'un chat soit enfermé dans une chambre en acier avec la machine diabolique suivante (qui devrait l'être quelle que soit l'intervention du chat) : à l'intérieur d'un compteur Geiger se trouve une infime quantité de substance radioactive, si petite qu'un seul atome peut se désintégrer en une heure, mais avec la même probabilité, il ne peut pas se désintégrer ; si cela se produit, le tube de lecture se décharge et le relais s'active, libérant le marteau qui brise le flacon contenant de l'acide cyanhydrique.
Si nous laissons tout ce système tranquille pendant une heure, nous pouvons alors dire que le chat sera vivant après cette période, tant que l'atome ne se désintègre pas. La toute première désintégration de l’atome empoisonnerait le chat. La fonction psi du système dans son ensemble exprimera cela en mélangeant ou en enduisant un chat vivant et un chat mort (pardonnez l'expression) à parts égales. Ce qui est typique dans de tels cas, c'est que l'incertitude initialement limitée au monde atomique se transforme en incertitude macroscopique, qui peut être éliminée par l'observation directe. Cela nous évite d’accepter naïvement le « modèle du flou » comme reflétant la réalité. En soi, cela ne signifie rien de flou ou de contradictoire. Il y a une différence entre une photo floue ou floue et une photo de nuages ou de brouillard.
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Autrement dit:
1. Il y a une boîte et un chat. La boîte contient un mécanisme contenant un noyau atomique radioactif et un conteneur de gaz toxique. Les paramètres expérimentaux ont été sélectionnés de telle sorte que la probabilité de désintégration nucléaire en 1 heure soit de 50 %. Si le noyau se désintègre, un récipient de gaz s'ouvre et le chat meurt. Si le noyau ne se désintègre pas, le chat reste bien vivant.
2. On enferme le chat dans une boîte, on attend une heure et on se demande : le chat est-il vivant ou mort ?
3. La mécanique quantique semble nous dire que le noyau atomique (et donc le chat) est dans tous les états possibles simultanément (voir superposition quantique). Avant d'ouvrir la boîte, le système cat-core est dans l'état « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » avec une probabilité de 50 % et dans l'état « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant » avec une probabilité de 50 %. probabilité de 50%. Il s’avère que le chat assis dans la boîte est à la fois vivant et mort.
4. Selon l'interprétation moderne de Copenhague, le chat est toujours vivant/mort sans aucun état intermédiaire. Et le choix de l'état de désintégration du noyau ne se produit pas au moment de l'ouverture de la boîte, mais même lorsque le noyau entre dans le détecteur. Car la réduction de la fonction d’onde du système « chat-détecteur-noyau » n’est pas associée à l’observateur humain de la boîte, mais est associée au détecteur-observateur du noyau.

Explication en mots simples
Selon la mécanique quantique, si le noyau d'un atome n'est pas observé, alors son état est décrit par un mélange de deux états - un noyau pourri et un noyau non pourri, donc un chat assis dans une boîte et personnifiant le noyau d'un atome est à la fois vivant et mort. Si la boîte est ouverte, l'expérimentateur ne peut voir qu'un seul état spécifique : « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » ou « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant ».
L'essence du langage humain : l'expérience de Schrödinger a montré que, du point de vue de la mécanique quantique, le chat est à la fois vivant et mort, ce qui ne peut pas être le cas. La mécanique quantique présente donc des défauts importants.
La question est : quand un système cesse-t-il d’exister en tant que mélange de deux États et en choisit-il un en particulier ? Le but de l'expérience est de montrer que la mécanique quantique est incomplète sans certaines règles indiquant dans quelles conditions la fonction d'onde s'effondre et le chat devient mort ou reste en vie, mais n'est plus un mélange des deux. Puisqu’il est clair qu’un chat doit être soit vivant, soit mort (il n’y a pas d’état intermédiaire entre la vie et la mort), il en sera de même pour le noyau atomique. Il doit être soit pourri, soit intact (Wikipédia).
Vidéo de La théorie du Big Bang
Une autre interprétation plus récente de l'expérience de pensée de Schrödinger est une histoire que le personnage de Big Bang Theory, Sheldon Cooper, a racontée à sa voisine moins instruite, Penny. Le point important de l'histoire de Sheldon est que le concept du chat de Schrödinger peut être appliqué aux relations humaines. Afin de comprendre ce qui se passe entre un homme et une femme, quel type de relation existe entre eux : bonne ou mauvaise, il suffit d'ouvrir la boîte. En attendant, la relation est à la fois bonne et mauvaise.
Vous trouverez ci-dessous un clip vidéo de cet échange de Big Bang Theory entre Sheldon et Penia.
Le chat est-il resté en vie grâce à l’expérience ?
Pour ceux qui n’ont pas lu attentivement l’article, mais qui s’inquiètent toujours pour le chat, bonne nouvelle : ne vous inquiétez pas, selon nos données, suite à une expérience de pensée menée par un physicien autrichien fou.
AUCUN CHAT N'A ÉTÉ BLESSÉ

À ma grande honte, je tiens à admettre que j’ai entendu cette expression, mais que je ne savais pas ce qu’elle signifiait ni même sur quel sujet elle était utilisée. Laissez-moi vous raconter ce que j'ai lu sur Internet à propos de ce chat... -

« Le chat de Schrödinger«- c'est le nom de la célèbre expérience de pensée du célèbre physicien théoricien autrichien Erwin Schrödinger, également lauréat du prix Nobel. A l'aide de cette expérience fictive, le scientifique a voulu montrer le caractère incomplet de la mécanique quantique dans le passage des systèmes subatomiques aux systèmes macroscopiques.

L'article original d'Erwin Schrödinger a été publié en 1935. Dans ce document, l'expérience était décrite en utilisant ou même en personnifiant :

On peut aussi construire des cas dans lesquels il y a un côté assez burlesque. Qu'un chat soit enfermé dans une chambre en acier avec la machine diabolique suivante (qui devrait l'être quelle que soit l'intervention du chat) : à l'intérieur d'un compteur Geiger se trouve une infime quantité de substance radioactive, si petite qu'un seul atome peut se désintégrer en une heure, mais il est fort probable qu'il ne se désintègre pas ; si cela se produit, le tube de lecture se décharge et le relais s'active, libérant le marteau qui brise le flacon d'acide cyanhydrique.

Si nous laissons tout ce système tranquille pendant une heure, nous pouvons alors dire que le chat sera vivant après cette période, tant que l'atome ne se désintègre pas. La toute première désintégration de l’atome empoisonnerait le chat. La fonction psi du système dans son ensemble exprimera cela en mélangeant ou en enduisant un chat vivant et un chat mort (pardonnez l'expression) à parts égales. Ce qui est typique dans de tels cas, c'est que l'incertitude initialement limitée au monde atomique se transforme en incertitude macroscopique, qui peut être éliminée par l'observation directe. Cela nous évite d’accepter naïvement le « modèle du flou » comme reflétant la réalité. En soi, cela ne signifie rien de flou ou de contradictoire. Il y a une différence entre une photo floue ou floue et une photo de nuages ou de brouillard.

Autrement dit:

Il y a une boîte et un chat. La boîte contient un mécanisme contenant un noyau atomique radioactif et un conteneur de gaz toxique. Les paramètres expérimentaux ont été sélectionnés de telle sorte que la probabilité de désintégration nucléaire en 1 heure soit de 50 %. Si le noyau se désintègre, un récipient de gaz s'ouvre et le chat meurt. Si le noyau ne se désintègre pas, le chat reste bien vivant.
On enferme le chat dans une boîte, on attend une heure et on se demande : le chat est-il vivant ou mort ?
La mécanique quantique semble nous dire que le noyau atomique (et donc le chat) est dans tous les états possibles simultanément (voir superposition quantique). Avant d'ouvrir la boîte, le système cat-core est dans l'état « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » avec une probabilité de 50 % et dans l'état « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant » avec une probabilité de 50 %. probabilité de 50%. Il s’avère que le chat assis dans la boîte est à la fois vivant et mort.
Selon l'interprétation moderne de Copenhague, le chat est vivant/mort sans aucun état intermédiaire. Et le choix de l'état de désintégration du noyau ne se produit pas au moment de l'ouverture de la boîte, mais même lorsque le noyau entre dans le détecteur. Car la réduction de la fonction d’onde du système « chat-détecteur-noyau » n’est pas associée à l’observateur humain de la boîte, mais est associée au détecteur-observateur du noyau.

Selon la mécanique quantique, si le noyau d'un atome n'est pas observé, alors son état est décrit par un mélange de deux états - un noyau pourri et un noyau non pourri, donc un chat assis dans une boîte et personnifiant le noyau d'un atome est à la fois vivant et mort. Si la boîte est ouverte, l'expérimentateur ne peut voir qu'un seul état spécifique : « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » ou « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant ».

L'essence du langage humain : L'expérience de Schrödinger a montré que, du point de vue de la mécanique quantique, le chat est à la fois vivant et mort, ce qui ne peut pas être le cas. La mécanique quantique présente donc des défauts importants.

La question est : quand un système cesse-t-il d’exister en tant que mélange de deux États et en choisit-il un en particulier ? Le but de l'expérience est de montrer que la mécanique quantique est incomplète sans certaines règles indiquant dans quelles conditions la fonction d'onde s'effondre et le chat devient mort ou reste en vie, mais n'est plus un mélange des deux. Puisqu’il est clair qu’un chat doit être soit vivant, soit mort (il n’y a pas d’état intermédiaire entre la vie et la mort), il en sera de même pour le noyau atomique. Il doit être soit décomposé, soit intact ().

Une autre interprétation plus récente de l'expérience de pensée de Schrödinger est une histoire que le personnage de Big Bang Theory, Sheldon Cooper, a racontée à sa voisine moins instruite, Penny. Le point important de l'histoire de Sheldon est que le concept du chat de Schrödinger peut être appliqué aux relations humaines. Afin de comprendre ce qui se passe entre un homme et une femme, quel type de relation existe entre eux : bonne ou mauvaise, il suffit d'ouvrir la boîte. En attendant, la relation est à la fois bonne et mauvaise.

Vous trouverez ci-dessous un clip vidéo de cet échange de Big Bang Theory entre Sheldon et Penia.

L'illustration de Schrödinger est le meilleur exemple pour décrire le principal paradoxe de la physique quantique : selon ses lois, les particules telles que les électrons, les photons et même les atomes existent dans deux états à la fois (« vivants » et « morts », si vous vous souvenez du chat qui souffre depuis longtemps). Ces états sont appelés.

Le physicien américain Art Hobson () de l'Université de l'Arkansas (Arkansas State University) a proposé sa solution à ce paradoxe.

«Les mesures en physique quantique sont basées sur le fonctionnement de certains dispositifs macroscopiques, comme un compteur Geiger, à l'aide desquels l'état quantique des systèmes microscopiques - atomes, photons et électrons est déterminé. La théorie quantique implique que si vous connectez un système microscopique (particule) à un appareil macroscopique qui distingue deux états différents du système, alors l'appareil (compteur Geiger, par exemple) entrera dans un état d'intrication quantique et se retrouvera également dans deux superpositions en même temps. Cependant, il est impossible d’observer ce phénomène directement, ce qui le rend inacceptable », explique le physicien.

Hobson dit que dans le paradoxe de Schrödinger, le chat joue le rôle d'un appareil macroscopique, un compteur Geiger, connecté à un noyau radioactif pour déterminer l'état de désintégration ou de « non-désintégration » de ce noyau. Dans ce cas, un chat vivant sera un indicateur de « non-carie », et un chat mort sera un indicateur de carie. Mais selon la théorie quantique, le chat, comme le noyau, doit exister dans deux superpositions de vie et de mort.

Au lieu de cela, selon le physicien, l'état quantique du chat doit être intriqué avec l'état de l'atome, ce qui signifie qu'ils sont dans une « relation non locale » l'un avec l'autre. Autrement dit, si l'état de l'un des objets intriqués change soudainement à l'opposé, alors l'état de sa paire changera également, quelle que soit leur distance l'un de l'autre. Ce faisant, Hobson se réfère à cette théorie quantique.

« La chose la plus intéressante dans la théorie de l’intrication quantique est que le changement d’état des deux particules se produit instantanément : aucun signal lumineux ou électromagnétique n’aurait le temps de transmettre des informations d’un système à un autre. On pourrait donc dire qu'il s'agit d'un objet divisé en deux parties par l'espace, quelle que soit la distance qui les sépare », explique Hobson.

Le chat de Schrödinger n'est plus vivant et mort en même temps. Il est mort si la désintégration se produit, et vivant si la désintégration ne se produit jamais.

Ajoutons que des solutions similaires à ce paradoxe ont été proposées par trois autres groupes de scientifiques au cours des trente dernières années, mais elles n'ont pas été prises au sérieux et sont restées inaperçues dans les grands cercles scientifiques. Hobson que la solution aux paradoxes de la mécanique quantique, du moins en théorie, est absolument nécessaire à sa compréhension approfondie.

Schrödinger

Mais tout récemment, des théoriciens ont expliqué comment la gravité tue le chat de Schrödinger, mais c'est plus compliqué...

En règle générale, les physiciens expliquent le phénomène selon lequel la superposition est possible dans le monde des particules, mais impossible avec les chats ou autres macro-objets, interférences de l'environnement. Lorsqu'un objet quantique traverse un champ ou interagit avec des particules aléatoires, il prend immédiatement un seul état, comme s'il était mesuré. C'est exactement ainsi que la superposition est détruite, comme le pensaient les scientifiques.

Mais même s’il devenait possible d’isoler un macro-objet dans un état de superposition des interactions avec d’autres particules et champs, il adopterait tôt ou tard un état unique. Cela est du moins vrai pour les processus qui se produisent à la surface de la Terre.

« Quelque part dans l’espace interstellaire, un chat aurait peut-être une chance, mais sur Terre ou à proximité de n’importe quelle planète, cela est extrêmement improbable. Et la raison en est la gravité», explique l'auteur principal de la nouvelle étude, Igor Pikovsky () du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovsky et ses collègues de l'Université de Vienne soutiennent que la gravité a un effet destructeur sur les superpositions quantiques de macro-objets et que nous n'observons donc pas de phénomènes similaires dans le macrocosme. Le concept de base de la nouvelle hypothèse se trouve d’ailleurs dans le long métrage « Interstellar ».

La théorie de la relativité générale d'Einstein stipule qu'un objet extrêmement massif courbera l'espace-temps autour de lui. En considérant la situation à un niveau plus petit, on peut dire que pour une molécule placée près de la surface de la Terre, le temps passera un peu plus lentement que pour une molécule située sur l'orbite de notre planète.

En raison de l’influence de la gravité sur l’espace-temps, une molécule affectée par cette influence connaîtra une déviation de sa position. Et cela, à son tour, devrait affecter son énergie interne - les vibrations des particules d'une molécule qui changent avec le temps. Si une molécule était introduite dans un état de superposition quantique de deux emplacements, alors la relation entre la position et l’énergie interne forcerait bientôt la molécule à « choisir » une seule des deux positions dans l’espace.

"Dans la plupart des cas, le phénomène de décohérence est associé à une influence externe, mais dans ce cas, la vibration interne des particules interagit avec le mouvement de la molécule elle-même", explique Pikovsky.

Cet effet n’a pas encore été observé car d’autres sources de décohérence, telles que les champs magnétiques, le rayonnement thermique et les vibrations, sont généralement beaucoup plus fortes, provoquant la destruction des systèmes quantiques bien avant la gravité. Mais les expérimentateurs s’efforcent de tester l’hypothèse.

Une configuration similaire pourrait également être utilisée pour tester la capacité de la gravité à détruire les systèmes quantiques. Pour ce faire, il faudra comparer les interféromètres verticaux et horizontaux : dans le premier, la superposition disparaîtra bientôt en raison de la dilatation du temps à différentes « hauteurs » du trajet, tandis que dans le second, la superposition quantique pourrait subsister.

sources

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

Voici un peu plus pseudo-scientifique : par exemple, et ici. Si vous ne le savez pas encore, lisez ce que c'est. Et nous découvrirons quoi

« Le chat de Schrödinger» - c'est le nom de la célèbre expérience de pensée du célèbre physicien théoricien autrichien Erwin Schrödinger, également lauréat du prix Nobel. A l'aide de cette expérience fictive, le scientifique a voulu montrer le caractère incomplet de la mécanique quantique dans le passage des systèmes subatomiques aux systèmes macroscopiques.

L'article original d'Erwin Schrödinger a été publié en 1935. Voici la citation :

On peut aussi construire des cas dans lesquels il y a un côté assez burlesque. Qu'un chat soit enfermé dans une chambre en acier avec la machine diabolique suivante (qui devrait l'être quelle que soit l'intervention du chat) : à l'intérieur d'un compteur Geiger se trouve une infime quantité de substance radioactive, si petite qu'un seul atome peut se désintégrer en une heure, mais avec la même probabilité, il ne peut pas se désintégrer ; si cela se produit, le tube de lecture se décharge et le relais s'active, libérant le marteau qui brise le flacon contenant de l'acide cyanhydrique.

Autrement dit:

Il y a une boîte et un chat. La boîte contient un mécanisme contenant un noyau atomique radioactif et un conteneur de gaz toxique. Les paramètres expérimentaux ont été sélectionnés de telle sorte que la probabilité de désintégration nucléaire en 1 heure soit de 50 %. Si le noyau se désintègre, un récipient de gaz s'ouvre et le chat meurt. Si le noyau ne se désintègre pas, le chat reste bien vivant.
On enferme le chat dans une boîte, on attend une heure et on se demande : le chat est-il vivant ou mort ?
La mécanique quantique semble nous dire que le noyau atomique (et donc le chat) est dans tous les états possibles simultanément (voir superposition quantique). Avant d'ouvrir la boîte, le système chat-noyau est dans l'état « le noyau est pourri, le chat est mort » avec une probabilité de 50 % et dans l'état « le noyau n'est pas pourri, le chat est vivant » avec une probabilité de 50 %. probabilité de 50%. Il s’avère que le chat assis dans la boîte est à la fois vivant et mort.
Selon l'interprétation moderne de Copenhague, le chat est vivant/mort sans aucun état intermédiaire. Et le choix de l'état de désintégration du noyau ne se produit pas au moment de l'ouverture de la boîte, mais même lorsque le noyau entre dans le détecteur. Car la réduction de la fonction d’onde du système « chat-détecteur-noyau » n’est pas associée à l’observateur humain de la boîte, mais est associée au détecteur-observateur du noyau.

Selon la mécanique quantique, si le noyau d'un atome n'est pas observé, alors son état est décrit par un mélange de deux états - un noyau pourri et un noyau non pourri, donc un chat assis dans une boîte et personnifiant le noyau d'un atome est à la fois vivant et mort. Si la boîte est ouverte, alors l'expérimentateur ne peut voir qu'un seul état spécifique : « le noyau s'est désintégré, le chat est mort » ou « le noyau ne s'est pas désintégré, le chat est vivant ».

L'essence du langage humain

L'expérience de Schrödinger a montré que, du point de vue de la mécanique quantique, le chat est à la fois vivant et mort, ce qui ne peut pas être le cas. La mécanique quantique présente donc des défauts importants.

Vous trouverez ci-dessous un clip vidéo de cet échange de Big Bang Theory entre Sheldon et Penia.

Le physicien américain Art Hobson de l'Université de l'Arkansas (Arkansas State University) a proposé sa solution à ce paradoxe.

Au lieu de cela, dit le physicien, l'état quantique du chat devrait être intriqué avec l'état de l'atome, ce qui signifie qu'ils sont dans une « relation non locale » l'un avec l'autre. Autrement dit, si l'état de l'un des objets intriqués change soudainement à l'opposé, alors l'état de sa paire changera également, quelle que soit leur distance l'un de l'autre. Dans le même temps, Hobson fait référence à une confirmation expérimentale de cette théorie quantique.

« La chose la plus intéressante dans la théorie de l’intrication quantique est que le changement d’état des deux particules se produit instantanément : aucun signal lumineux ou électromagnétique n’aurait le temps de transmettre des informations d’un système à un autre. On peut donc dire qu'il s'agit d'un objet divisé en deux parties par l'espace, quelle que soit la distance qui les sépare », explique Hobson.

Le chat de Schrödinger n'est plus vivant et mort en même temps. Il est mort si la désintégration se produit, et vivant si la désintégration ne se produit jamais.

Ajoutons que des solutions similaires à ce paradoxe ont été proposées par trois autres groupes de scientifiques au cours des trente dernières années, mais elles n'ont pas été prises au sérieux et sont restées inaperçues dans les grands cercles scientifiques. Hobson note que la résolution des paradoxes de la mécanique quantique, au moins théoriquement, est absolument nécessaire à sa compréhension approfondie.

Schrödinger

Mais tout récemment LES THÉORISTES EXPLIQUENT COMMENT LA GRAVITÉ TUE LE CHAT DE SCHRODINGER, mais c'est plus compliqué...

En règle générale, les physiciens expliquent le phénomène selon lequel la superposition est possible dans le monde des particules, mais impossible avec les chats ou autres macro-objets, interférences de l'environnement. Lorsqu’un objet quantique traverse un champ ou interagit avec des particules aléatoires, il ne prend immédiatement qu’un seul état, comme s’il avait été mesuré. C'est exactement ainsi que la superposition est détruite, comme le pensaient les scientifiques.

« Quelque part dans l’espace interstellaire, un chat aurait peut-être une chance de maintenir une cohérence quantique, mais sur Terre ou à proximité de n’importe quelle planète, cela est extrêmement improbable. Et la raison en est la gravité », explique l'auteur principal de la nouvelle étude, Igor Pikovski du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovsky et ses collègues de l'Université de Vienne soutiennent que la gravité a un effet destructeur sur les superpositions quantiques de macro-objets et que nous n'observons donc pas de phénomènes similaires dans le macrocosme. Le concept de base de la nouvelle hypothèse est d'ailleurs brièvement exposé dans le long métrage "Interstellar".

Une configuration similaire pourrait également être utilisée pour tester la capacité de la gravité à détruire les systèmes quantiques. Pour ce faire, il faudra comparer les interféromètres verticaux et horizontaux : dans le premier, la superposition devrait bientôt disparaître en raison de la dilatation du temps à différentes « hauteurs » du trajet, tandis que dans le second, la superposition quantique pourrait subsister.

Même si le modèle planétaire de l'atome a prouvé sa validité, la théorie existant à cette époque ne pouvait pas expliquer complètement tous les processus, qui ont été observés dans la vie réelle. Il s’est avéré qu’en réalité, pour une raison quelconque, la mécanique newtonienne classique ne fonctionne pas au niveau micro. Ceux. le modèle prototype, emprunté à la vie réelle, ne correspond pas aux observations des scientifiques de l'époque dans le cas où l'on considère l'atome au lieu de notre système solaire.

Sur cette base, le concept a été considérablement repensé. Il y avait une telle discipline que mécanique quantique. L'éminent physicien Erwin Schrödinger est à l'origine de cette tendance.

Notion de superposition

Le principe principal qui distingue la nouvelle théorie est principe de superposition. Selon ce principe, un quantum (électron, photon ou proton) peut être dans deux états à la fois. Si faciliter la compréhension Avec cette formulation, nous obtenons un fait totalement impossible à imaginer dans notre esprit. Un quantum peut se trouver à deux endroits en même temps.

À l’époque de son apparition, cette théorie contredisait non seulement la mécanique classique, mais aussi le bon sens. Même aujourd'hui, une personne instruite et éloignée de la physique peut difficilement imaginer une telle situation. Après tout, cette compréhension implique en fin de compte que lui-même le lecteur peut être ici et là maintenant. C'est exactement ainsi qu'une personne essaie d'imaginer la transition du macromonde au micromonde.

Pour une personne habituée à expérimenter l'action de la mécanique newtonienne et à se percevoir en un point de l'espace, il était extrêmement difficile d'imaginer être à deux endroits à la fois. En plus, il n'y avait pas de théorie ou de modèles en tant que tels pendant la transition du macro au micro. Il n'y avait aucune compréhension des valeurs numériques et des règles spécifiques.

Cependant, les instruments de l’époque permettaient d’enregistrer clairement cette « dissonance quantique ». Les instruments de laboratoire ont confirmé que les postulats formulés sont effectivement cohérents et que le quantum est capable d'être dans deux états. Par exemple, du gaz électronique autour du noyau d’un atome a été détecté.

Sur cette base, Schrödinger a formulé un concept célèbre désormais connu sous le nom de théorie du chat.. Le but de cette formulation était de montrer qu’il existait une énorme lacune dans la théorie classique de la physique qui nécessitait une étude plus approfondie.

Le chat de Schrödinger

L'expérience de pensée sur le chat était la suivante le chat a été placé dans une boîte en acier fermée. La boîte était équipée un appareil avec un gaz toxique et un appareil avec un noyau atomique.

Sur la base de postulats connus, le noyau d'un atome peut se désintégrer en composants en une heure, mais ne peut pas se désintégrer. Par conséquent, la probabilité que cet événement se produise est de 50 %.

Si le noyau se désintègre, alors le contre-enregistreur se déclenche, et en réponse à cet événement, une substance toxique est libérée du dispositif décrit précédemment dont est équipée la boîte. Ceux. le chat meurt empoisonné. Si cela ne se produit pas, le chat ne meurt pas en conséquence. Sur la base de 50 % de chances de pourriture, le chat a 50 % de chances de survivre.

Basé sur la théorie quantique, un atome peut être dans deux états à la fois. Ceux. l’atome s’est désintégré et ne s’est pas désintégré. Cela signifie que l'enregistreur a fonctionné, brisant le récipient contenant du poison et ne s'est pas désintégré. Le chat a été empoisonné par du poison, et le chat n'a pas été empoisonné par du poison en même temps.

Mais il est tout simplement impossible d'imaginer une telle image qu'en ouvrant la boîte, le chercheur découvre à la fois un chat mort et un chat vivant. Le chat est soit vivant, soit mort. C'est le paradoxe de la situation. Il est impossible pour la conscience du spectateur d'imaginer un chat mort-vivant.

Le paradoxe est que le chat est un objet du macrocosme. En conséquence, dire de lui qu'il est vivant et mort, c'est-à-dire est dans deux états à la fois, semblable à un quantum, ne sera pas tout à fait correct.

En utilisant cet exemple, Schrödinger s'est concentré spécifiquement sur le fait qu'il n'existe pas de parallèles clairs entre les mondes macro et micro.. Les commentaires ultérieurs des experts expliquent qu'il convient d'envisager un système détecteur de rayonnement-chat, et non un système chat-spectateur. Dans un système détecteur-chat, un seul événement est probable.

Il y avait une sorte de qualité « secondaire ». Lui-même traitait rarement d’un problème scientifique spécifique. Son genre de travail préféré était la réponse à la recherche scientifique de quelqu'un d'autre, au développement de ce travail ou à sa critique. Malgré le fait que Schrödinger lui-même était un individualiste par nature, il avait toujours besoin de la pensée de quelqu'un d'autre, du soutien pour poursuivre ses travaux. Malgré cette approche particulière, Schrödinger réussit à faire de nombreuses découvertes.

Informations biographiques

La théorie de Schrödinger n'est plus seulement connue des étudiants des départements de physique et de mathématiques. Il intéressera tous ceux qui s’intéressent à la vulgarisation scientifique. Cette théorie a été créée par le célèbre physicien E. Schrödinger, qui est entré dans l'histoire comme l'un des créateurs de la mécanique quantique. Le scientifique est né le 12 août 1887 dans la famille du propriétaire d'une usine de toile cirée. Le futur scientifique, célèbre dans le monde entier pour son énigme, aimait la botanique et le dessin dès son enfance. Son premier mentor fut son père. En 1906, Schrödinger commence ses études à l'Université de Vienne, au cours desquelles il commence à admirer la physique. Lorsque la Première Guerre mondiale éclate, le scientifique part servir comme artilleur. Pendant son temps libre, il étudiait les théories d'Albert Einstein.

Au début de 1927, une situation dramatique s’était développée dans le domaine scientifique. E. Schrödinger pensait que la base de la théorie des processus quantiques devrait être l'idée de continuité des ondes. Heisenberg, au contraire, pensait que le fondement de ce domaine de connaissance devrait être le concept de discrétion des ondes, ainsi que l'idée de sauts quantiques. Niels Bohr n'a accepté aucune de ces positions.

Avancées scientifiques

Pour sa création du concept de mécanique ondulatoire, Schrödinger reçut le prix Nobel en 1933. Cependant, élevé dans les traditions de la physique classique, le scientifique ne pouvait pas penser dans d'autres catégories et ne considérait pas la mécanique quantique comme une branche à part entière de la connaissance. Il ne pouvait se contenter du double comportement des particules et il essaya de le réduire exclusivement au comportement ondulatoire. Dans sa discussion avec N. Bohr, Schrödinger l'a exprimé ainsi : « Si nous envisageons de préserver ces progrès scientifiques, je regrette généralement d'avoir lié ma vie à la physique atomique. »

Travaux ultérieurs du chercheur

De plus, Schrödinger n’était pas seulement l’un des créateurs de la mécanique quantique moderne. C’est lui qui a introduit le terme « objectivité de la description » dans l’usage scientifique. C'est la capacité des théories scientifiques à décrire la réalité sans la participation d'un observateur. Ses recherches ultérieures ont été consacrées à la théorie de la relativité, aux processus thermodynamiques et à l'électrodynamique non linéaire de Born. Les scientifiques ont également tenté à plusieurs reprises de créer une théorie unifiée des champs. De plus, E. Schrödinger parlait six langues.

L'énigme la plus célèbre

La théorie de Schrödinger, dans laquelle ce même chat apparaît, est née de la critique de la théorie quantique par le scientifique. L’un de ses principaux postulats stipule que même si le système n’est pas observé, il est dans un état de superposition. À savoir, dans deux ou plusieurs États qui s’excluent mutuellement. L'état de superposition en science a la définition suivante : c'est la capacité d'un quantum, qui peut aussi être un électron, un photon, ou, par exemple, le noyau d'un atome, d'être simultanément dans deux états ou même en deux points. dans l'espace à un moment où personne ne l'observe.

Objets dans différents mondes

Il est très difficile pour une personne ordinaire de comprendre une telle définition. Après tout, chaque objet du monde matériel peut se trouver soit à un point de l’espace, soit à un autre. Ce phénomène peut être illustré comme suit. L'observateur prend deux boîtes et place une balle de tennis dans l'une d'elles. Il sera clair que c'est dans une case et pas dans l'autre. Mais si vous mettez un électron dans l'un des conteneurs, alors l'affirmation suivante sera vraie : cette particule est simultanément dans deux boîtes, aussi paradoxal que cela puisse paraître. De la même manière, un électron dans un atome ne se situe pas à un moment ou à un autre en un point strictement défini. Il tourne autour du noyau, situé simultanément en tous points de l’orbite. En science, ce phénomène est appelé « nuage d’électrons ».

Que voulait prouver le scientifique ?

Ainsi, le comportement des petits et des grands objets est mis en œuvre selon des règles complètement différentes. Dans le monde quantique, il existe certaines lois, et dans le monde macro, des lois complètement différentes. Cependant, il n'existe aucun concept qui expliquerait le passage du monde des objets matériels familiers aux humains au micromonde. La théorie de Schrödinger a été créée afin de démontrer l'insuffisance de la recherche dans le domaine de la physique. Le scientifique a voulu montrer qu'il existe une science dont le but est de décrire de petits objets, et qu'il existe un domaine de connaissance qui étudie les objets ordinaires. En grande partie grâce au travail du scientifique, la physique a été divisée en deux domaines : quantique et classique.

Théorie de Schrödinger : description

Le scientifique a décrit sa célèbre expérience de pensée en 1935. Pour le réaliser, Schrödinger s’est appuyé sur le principe de superposition. Schrödinger a souligné que tant que l'on n'observe pas le photon, il peut s'agir soit d'une particule, soit d'une onde ; à la fois rouge et vert ; à la fois rond et carré. Ce principe d'incertitude, qui découle directement du concept de dualisme quantique, a été utilisé par Schrödinger dans sa célèbre énigme sur le chat. La signification de l’expérience en bref est la suivante :

Un chat est placé dans une boîte fermée, ainsi qu'un récipient contenant de l'acide cyanhydrique et une substance radioactive.
Le noyau peut se désintégrer en une heure. La probabilité que cela se produise est de 50 %.
Si un noyau atomique se désintègre, cela sera enregistré par un compteur Geiger. Le mécanisme fonctionnera et la boîte à poison sera brisée. Le chat va mourir.
Si la décomposition ne se produit pas, le chat de Schrödinger sera vivant.

Selon cette théorie, jusqu'à ce que le chat soit observé, il se trouve simultanément dans deux états (mort et vivant), tout comme le noyau d'un atome (décomposé ou non). Bien entendu, cela n’est possible que selon les lois du monde quantique. Dans le macrocosme, un chat ne peut pas être à la fois vivant et mort.

Le paradoxe de l'observateur

Pour comprendre l’essence de la théorie de Schrödinger, il faut également comprendre le paradoxe de l’observateur. Cela signifie que les objets du micromonde ne peuvent être dans deux états simultanément que lorsqu'ils ne sont pas observés. Par exemple, ce qu'on appelle « l'expérience avec 2 fentes et un observateur » est connue en science. Les scientifiques ont dirigé un faisceau d’électrons sur une plaque opaque dans laquelle étaient pratiquées deux fentes verticales. Sur l’écran derrière la plaque, les électrons dessinaient un motif de vagues. En d’autres termes, ils ont laissé des rayures noires et blanches. Lorsque les chercheurs ont voulu observer comment les électrons traversaient les fentes, les particules n’affichaient que deux bandes verticales sur l’écran. Ils se comportaient comme des particules et non comme des vagues.

Explication de Copenhague

L'explication moderne de la théorie de Schrödinger s'appelle celle de Copenhague. Basé sur le paradoxe de l'observateur, cela ressemble à ceci : tant que personne n'observe le noyau d'un atome dans le système, il se trouve simultanément dans deux états : décomposé et non décomposé. Cependant, l'affirmation selon laquelle un chat est à la fois vivant et mort est extrêmement erronée. Après tout, dans le macrocosme, on n’observe jamais les mêmes phénomènes que dans le microcosme.

Nous ne parlons donc pas du système « chat-noyau », mais du fait que le compteur Geiger et le noyau atomique sont interconnectés. Le noyau peut choisir un état ou un autre au moment où les mesures sont effectuées. Cependant, ce choix n'a pas lieu au moment où l'expérimentateur ouvre la boîte avec le chat de Schrödinger. En fait, l’ouverture de la boîte s’effectue dans le macrocosme. Autrement dit, dans un système très éloigné du monde atomique. Par conséquent, le noyau sélectionne son état précisément au moment où il heurte le détecteur du compteur Geiger. Ainsi, Erwin Schrödinger n’a pas décrit le système de manière suffisamment complète dans son expérience de pensée.

Conclusions générales

Ainsi, il n’est pas tout à fait correct de relier le macrosystème au monde microscopique. Dans le macrocosme, les lois quantiques perdent de leur force. Le noyau d’un atome ne peut être dans deux états simultanément que dans le microcosme. On ne peut pas en dire autant du chat, puisqu’il est un objet du macrocosme. Ce n’est donc qu’à première vue qu’il semble que le chat passe d’une superposition à l’un des états au moment de l’ouverture de la boîte. En réalité, son sort est déterminé au moment où le noyau atomique interagit avec le détecteur. La conclusion peut être tirée comme suit : l’état du système dans l’énigme d’Erwin Schrödinger n’a rien à voir avec la personne. Cela ne dépend pas de l'expérimentateur, mais du détecteur - l'objet qui « observe » le noyau.

Poursuite du concept

La théorie de Schrödinger est décrite en termes simples comme suit : tant que l'observateur ne regarde pas le système, celui-ci peut se trouver simultanément dans deux états. Cependant, un autre scientifique, Eugène Wigner, est allé plus loin et a décidé d’amener le concept de Schrödinger jusqu’à l’absurdité totale. "Excusez-moi!", A déclaré Wigner, "Et si son collègue se tenait à côté de l'expérimentateur et surveillait le chat?" Le partenaire ne sait pas exactement ce que l'expérimentateur lui-même a vu au moment où il a ouvert la boîte avec le chat. Le chat de Schrödinger surgit de la superposition. Cependant, pas pour un autre observateur. Ce n'est qu'au moment où ce dernier connaît le sort du chat que l'animal peut être définitivement qualifié de vivant ou de mort. Par ailleurs, des milliards de personnes vivent sur la planète Terre. Et le verdict final ne pourra être rendu que lorsque le résultat de l’expérience deviendra la propriété de tous les êtres vivants. Bien sûr, vous pouvez raconter brièvement à tout le monde le sort du chat et la théorie de Schrödinger, mais il s'agit d'un processus très long et laborieux.

Les principes du dualisme quantique en physique n'ont jamais été réfutés par l'expérience de pensée de Schrödinger. Dans un sens, on peut dire que tout être n’est ni vivant ni mort (en superposition) tant qu’il y a au moins une personne qui ne l’observe pas.