Nous avons tous entendu parler du célèbre chat de Schrödinger, mais savons-nous de quel genre de chat il s'agit réellement ? Voyons cela et essayons de parler du célèbre chat de Schrödinger en mots simples.
Le chat de Schrödinger est une expérience menée par Erwin Schrödinger, l'un des pères fondateurs mécanique quantique. Et ce n'est pas ordinaire expérience physique, UN mental.
Il faut admettre qu’Erwin Schrödinger était un homme doté d’une imagination très riche.
Alors, quelle est notre base imaginaire pour mener une expérience ? Il y a un chat placé dans une boîte. La boîte contient également un compteur Geiger avec quelques très petites quantités substance radioactive. La quantité de substance est telle que la probabilité de désintégration et de non-désintégration d'un atome en une heure est la même. Si l'atome se désintègre, un mécanisme spécial sera activé qui brisera le flacon d'acide cyanhydrique et le pauvre chat mourra. Si la désintégration ne se produit pas, le chat continuera à s'asseoir tranquillement dans la boîte et à rêver de saucisses.
Quelle est l'essence du chat de Schrödinger ? Pourquoi même proposer une expérience aussi surréaliste ?
Selon les résultats de l'expérience, nous découvrons si le chat est vivant ou non seulement lorsque nous ouvrons la boîte. Du point de vue de la mécanique quantique, un chat (comme un atome de matière) est simultanément dans deux états à la fois - vivant et mort en même temps. C'est le fameux paradoxe du chat de Schrödinger.
Naturellement, cela ne peut pas être le cas. Erwin Schrödinger a réalisé cette expérience de pensée pour montrer l'imperfection de la mécanique quantique dans la transition des systèmes subatomiques aux systèmes macroscopiques.
Voici la propre formulation de Schrödinger :
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 doit exister 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. Typique dans cas similaires c'est que l'incertitude, initialement limitée monde atomique, est converti en incertitude macroscopique, qui peut être éliminée par 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.
Certainement chose positive dans cette expérience est le fait qu'aucun animal n'a été blessé au cours de son déroulement.
Enfin, pour consolider le matériel, nous vous proposons de visionner une vidéo de la bonne vieille série « The Big Bang Theory ».
Et si vous avez soudainement des questions ou si votre professeur vous a posé un problème sur la mécanique quantique, n'hésitez pas à nous contacter. Ensemble, nous résoudrons tous les problèmes beaucoup plus rapidement !
Youri Gordeev
Programmeur, développeur de jeux, designer, artiste
"Le chat de Schrödinger" est une expérience de pensée proposée par l'un des pionniers de la physique quantique pour montrer à quel point effets quantiques regarder par rapport aux systèmes macroscopiques.
Je vais essayer de vous expliquer avec des mots très simples : messieurs physiciens, ne m’en voulez pas. L'expression « en gros » est implicite avant chaque phrase.
À très, très petite échelle, le monde est composé d’objets qui se comportent de manière très inhabituelle. L’une des caractéristiques les plus étranges de ces objets est la capacité de se trouver simultanément dans deux états mutuellement exclusifs.
Ce qui est encore plus inhabituel d'un point de vue intuitif (certains diraient même effrayant), c'est que l'acte d'observation délibérée élimine cette incertitude, et l'objet, qui était juste dans deux états contradictoires en même temps, apparaît devant l'observateur dans un seul d'entre eux, comme si de rien n'était, regarde de côté et siffle innocemment.
Au niveau subatomique, tout le monde est habitué depuis longtemps à ces pitreries. Il existe un appareil mathématique qui décrit ces processus, et les connaissances à leur sujet ont été trouvées le plus diverses applications: Par exemple, en informatique et en cryptographie.
Au niveau macroscopique, ces effets ne sont pas observés : les objets qui nous sont familiers sont toujours dans un seul état spécifique.
Passons maintenant à une expérience de pensée. On prend le chat et on le met dans une boîte. Nous plaçons également un flacon avec gaz toxique, atome radioactif et compteur Geiger. Un atome radioactif peut ou non se désintégrer à tout moment. S'il se désintègre, le compteur détectera les radiations, un mécanisme simple brisera le flacon de gaz et notre chat mourra. Sinon, le chat restera en vie.
Nous fermons la boîte. A partir de ce moment, du point de vue de la mécanique quantique, notre atome est dans un état d'incertitude - il s'est désintégré avec une probabilité de 50 % et ne s'est pas désintégré avec une probabilité de 50 %. Avant d’ouvrir la boîte et de regarder à l’intérieur (faire une observation), elle sera dans les deux états à la fois. Et comme le sort du chat dépend directement de l'état de cet atome, il s'avère que le chat est aussi littéralement vivant et mort à la fois ("... enduisant le chat vivant et mort (pardonnez l'expression) à parts égales parties..." écrit l'auteur de l'expérience). C’est exactement ainsi que la théorie quantique décrirait cette situation.
Schrödinger aurait difficilement pu deviner à quel point son idée ferait du bruit. Bien entendu, l'expérience elle-même, même dans l'original, est décrite de manière extrêmement grossière et sans aucune prétention d'exactitude scientifique : l'auteur a voulu transmettre à ses collègues l'idée que la théorie doit être complétée par des définitions plus claires de processus tels que « l'observation » afin d’exclure de sa compétence les scénarios avec des chats en boîte.
L’idée d’un chat a même été utilisée pour « prouver » l’existence de Dieu en tant que superintelligence, dont l’observation continue rend notre existence même possible. En réalité, « l’observation » ne nécessite pas un observateur conscient, ce qui enlève une partie du mysticisme aux effets quantiques. Mais malgré cela, la physique quantique reste aujourd’hui la frontière de la science avec de nombreux phénomènes inexpliqués et leurs interprétations.
Ivan Boldin
Candidat en Sciences Physiques et Mathématiques, chercheur, diplômé MIPT
Comportement des objets du micromonde ( particules élémentaires, atomes, molécules) diffère sensiblement du comportement des objets avec lesquels nous avons habituellement affaire. Par exemple, un électron peut voler simultanément à travers deux endroits spatialement éloignés ou se trouver simultanément sur plusieurs orbites dans un atome. Pour décrire ces phénomènes, une théorie a été créée : la physique quantique. Selon cette théorie, par exemple, les particules peuvent être étalées dans l'espace, mais si vous souhaitez déterminer où se trouve la particule, vous trouverez toujours la particule entière à un endroit, c'est-à-dire qu'elle semblera s'effondrer à cause de son étalement. état à un endroit précis. Autrement dit, on pense que tant que vous n'avez pas mesuré la position d'une particule, elle n'a aucune position et la physique ne peut que prédire avec quelle probabilité vous pouvez trouver une particule à quel endroit.
Erwin Schrödinger, l'un des créateurs de la physique quantique, s'est demandé : et si, en fonction du résultat de la mesure de l'état d'une microparticule, un événement se produisait ou ne se produisait pas. Par exemple, cela pourrait être mis en œuvre comme suit : prenons un atome radioactif avec une demi-vie d’une heure, disons. Un atome peut être placé dans une boîte opaque, un dispositif peut y être placé qui, lorsque des produits tombent dessus, désintégration radioactive l'atome brise l'ampoule contenant du gaz toxique et met le chat dans cette boîte. Alors vous ne verrez pas de l'extérieur si l'atome s'est désintégré ou non, c'est-à-dire par théorie des quanta il se désintégrait simultanément et ne se désintégrait pas, et le chat était donc simultanément vivant et mort. Ce chat est devenu connu sous le nom de chat de Schrödinger.
Il peut sembler surprenant qu'un chat puisse être vivant et mort à la fois, même si formellement il n'y a pas de contradiction ici et ce n'est pas une réfutation de la théorie quantique. Cependant, des questions peuvent se poser, par exemple : qui peut faire passer un atome d'un état étalé à un certain état, et qui, avec une telle tentative, passe lui-même dans un état étalé ? Comment se produit ce processus d’effondrement ? Ou comment se fait-il que celui qui réalise l’effondrement n’obéisse pas lui-même aux lois de la physique quantique ? On ne sait toujours pas si ces questions ont un sens et, si oui, quelles sont les réponses.
Georges Panin
est diplômé de l'Université technique chimique russe du nom. DI. Mendeleev, spécialiste en chef du département d'études (études marketing)
Comme Heisenberg nous l'a expliqué, en raison du principe d'incertitude, la description des objets dans le micromonde quantique est d'une nature différente de la description habituelle des objets dans le macromonde newtonien. Au lieu des coordonnées spatiales et de la vitesse, que nous avons l'habitude de décrire mouvement mécanique, par exemple, une boule sur une table de billard, en mécanique quantique, les objets sont décrits par ce qu'on appelle la fonction d'onde. La crête de la « vague » correspond à la probabilité maximale de trouver une particule dans l'espace au moment de la mesure. Le mouvement d’une telle onde est décrit par l’équation de Schrödinger, qui nous indique comment l’état d’un système quantique évolue au fil du temps.
Parlons maintenant du chat. Tout le monde sait que les chats adorent se cacher dans des cartons (thequestion.ru). Erwin Schrödinger était également au courant. De plus, avec un fanatisme purement nordique, il a utilisé cette fonctionnalité dans une célèbre expérience de pensée. L'essentiel était qu'un chat était enfermé dans une boîte avec une machine infernale. La machine est connectée via un relais à un système quantique, par exemple une substance en décomposition radioactive. La probabilité de pourriture est connue et est de 50 %. La machine infernale se déclenche lorsque l'état quantique du système change (une désintégration se produit) et que le chat meurt complètement. Si vous laissez le système "Cat-box-hellish machine-quanta" tranquille pendant une heure et que vous vous souvenez que l'état d'un système quantique est décrit en termes de probabilité, alors il devient clair que le fait que le chat soit vivant ou non dépend de à l'heure actuelle avec le temps, cela ne fonctionnera probablement pas, tout comme il ne sera pas possible de prédire avec précision à l’avance la chute d’une pièce sur pile ou sur face. Le paradoxe est très simple : la fonction d'onde qui décrit un système quantique mélange deux états d'un chat : il est vivant et mort à la fois, tout comme un électron lié avec probabilité égale peut être situé n'importe où dans l'espace à égale distance de noyau atomique. Si nous n’ouvrons pas la boîte, nous ne savons pas exactement comment va le chat. Sans faire d'observations (lire des mesures) d'un noyau atomique, on ne peut décrire son état que par superposition (mélange) de deux états : un noyau décomposé et un noyau non décomposé. Un chat toxicomane nucléaire est à la fois vivant et mort. 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 ?
L'interprétation de Copenhague de l'expérience nous dit que le système cesse d'être un mélange d'états et en choisit un au moment où se produit une observation, qui est aussi une mesure (l'encadré s'ouvre). C'est-à-dire que le fait même des changements de mesure réalité physique, conduisant à l'effondrement de la fonction d'onde (le chat devient mort ou reste vivant, mais cesse d'être un mélange des deux) ! Pensez-y, l'expérience et les mesures qui l'accompagnent changent la réalité qui nous entoure. Personnellement, ce fait dérange mon cerveau bien plus que l’alcool. Le célèbre Steve Hawking a lui aussi du mal à vivre ce paradoxe, répétant que lorsqu’il entend parler du chat de Schrödinger, sa main tend la main vers le Browning. La gravité de la réaction de l'éminent physicien théoricien est due au fait que, à son avis, le rôle de l'observateur dans l'effondrement de la fonction d'onde (la réduisant à l'un des deux états probabilistes) est grandement exagéré.
Bien sûr, lorsque le professeur Erwin a conçu sa moquerie de chat en 1935, c'était une façon ingénieuse de montrer l'imperfection de la mécanique quantique. En fait, un chat ne peut pas être vivant et mort à la fois. À la suite d'une des interprétations de l'expérience, il est devenu évident qu'il y avait une contradiction entre les lois du macro-monde (par exemple, la deuxième loi de la thermodynamique - le chat est soit vivant, soit mort) et le micro-monde. monde (le chat est vivant et mort en même temps).
Ce qui précède est utilisé dans la pratique : en informatique quantique et en cryptographie quantique. Un signal lumineux dans une superposition de deux états est envoyé via un câble à fibre optique. Si des attaquants se connectent au câble quelque part au milieu et y font un signal afin d'écouter les informations transmises, alors il s'effondrera. fonction d'onde(du point de vue Interprétation de Copenhague une observation sera faite) et la lumière passera dans l'un des états. En effectuant des tests statistiques de la lumière à l'extrémité réceptrice du câble, il sera possible de détecter si la lumière est dans une superposition d'états ou si elle a déjà été observée et transmise vers un autre point. C'est le cas création possible des moyens de communication qui excluent l’interception de signaux indétectables et les écoutes clandestines.
Une autre interprétation la plus récente de l'expérience de pensée de Schrödinger est l'histoire de Sheldon Cooper, le héros de la série "Theory grand coup" ("Big Bang Theory"), qu'il a livré 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. youtube.com
Si vous êtes intéressé par un article sur un sujet lié à la physique quantique, il y a de fortes chances que vous aimiez la série télévisée « The Big Bang Theory ». Ainsi, Sheldon Cooper a proposé une nouvelle interprétation L'expérience de pensée de Schrödinger(Vous trouverez une vidéo avec ce fragment en fin d'article). Mais pour comprendre le dialogue de Sheldon avec sa voisine Penny, tournons-nous d'abord vers l'interprétation classique. Donc, le chat de Schrödinger en termes simples.
Dans cet article, nous examinerons :
- Court contexte historique
- Description de l'expérience avec le chat de Schrödinger
- La solution au paradoxe du chat de Schrödinger
Bonne nouvelle tout de suite. Pendant l'expérience Le chat de Schrödinger n'a pas été blessé. Parce que le physicien Erwin Schrödinger, l’un des créateurs de la mécanique quantique, n’a mené qu’une expérience de pensée.
Avant de plonger dans la description de l'expérience, faisons une mini excursion dans l'histoire.
Au début du siècle dernier, les scientifiques ont réussi à se pencher sur le micromonde. Malgré la similitude externe du modèle « atome-électron » avec le modèle « Soleil-Terre », il s'est avéré que les lois newtoniennes familières de la physique classique ne fonctionnent pas dans le microcosme. C'est pourquoi il est apparu nouvelle science– la physique quantique et ses composantes – la mécanique quantique. Tous les objets microscopiques du micromonde étaient appelés quanta.
Attention! L'un des postulats de la mécanique quantique est la « superposition ». Il nous sera utile de comprendre l'essence de l'expérience de Schrödinger.
La « superposition » est la capacité d'un quantum (il peut s'agir d'un électron, d'un photon, du noyau d'un atome) à être non pas dans un, mais dans plusieurs états à la fois ou à être dans plusieurs points de l'espace à la fois. temps, si personne ne le regarde
C'est difficile à comprendre pour nous, car dans notre monde, un objet ne peut avoir qu'un seul état, par exemple être vivant ou mort. Et cela ne peut se produire qu’à un endroit précis de l’espace. Vous pouvez en savoir plus sur la « superposition » et les résultats étonnants des expériences de physique quantique. dans cet article.
Voici une illustration simple de la différence entre le comportement des objets micro et macro. Placez une balle dans l'une des 2 cases. Parce que une balle est un objet de notre macro-monde, vous direz avec assurance : « La balle repose dans une seule des cases, tandis que la seconde est vide. » Si au lieu d'une balle vous prenez un électron, alors l'affirmation selon laquelle il se trouve simultanément dans 2 cases sera vraie. C’est ainsi que fonctionnent les lois du micromonde. Exemple: En réalité, l’électron ne tourne pas autour du noyau d’un atome, mais se situe simultanément en tous les points de la sphère autour du noyau. En physique et en chimie, ce phénomène est appelé « nuage électronique ».
CV. Nous avons réalisé que le comportement d'un très petit objet et gros objet sont soumis à des lois différentes. Les lois de la physique quantique et les lois de la physique classique, respectivement.
Mais il n’existe aucune science qui permettrait de décrire la transition du macromonde au micromonde. Ainsi, Erwin Schrödinger a décrit son expérience de pensée précisément pour démontrer le caractère incomplet théorie générale physique. Il voulait que le paradoxe de Schrödinger montre qu'il existait une science pour décrire les grands objets ( physique classique) et la science pour décrire les micro-objets (physique quantique). Mais il n'y a pas assez de données scientifiques pour décrire la transition des systèmes quantiques aux macrosystèmes.
Description de l'expérience avec le chat de Schrödinger
Erwin Schrödinger a décrit une expérience de pensée avec un chat en 1935. La version originale de la description de l'expérience est présentée sur Wikipédia ( Wikipédia du chat de Schrödinger).
Voici une version de la description de l'expérience du chat de Schrödinger en termes simples :
- Un chat a été placé dans une boîte en acier fermée.
- Dans la "boîte Schrödinger", il y a un appareil avec noyau radioactif et du gaz toxique placé dans un conteneur.
- Le noyau peut se désintégrer en 1 heure ou non. Probabilité de pourriture – 50%.
- Si le noyau se désintègre, le compteur Geiger l'enregistrera. Le relais fonctionnera et le marteau brisera le réservoir de gaz. Le chat de Schrödinger va mourir.
- Sinon, le chat de Schrödinger sera vivant.
Selon la loi de « superposition » de la mécanique quantique, à un moment où l’on n’observe pas le système, le noyau d’un atome (et donc le chat) est dans 2 états simultanément.
Le noyau est dans un état pourri/non pourri. Et le chat est dans un état vivant/mort en même temps.
- Mais nous savons avec certitude que si la « boîte Schrödinger » est ouverte, alors le chat ne peut être que dans l'un des états :
- si le noyau ne se désintègre pas, notre chat est vivant
si le noyau se désintègre, le chat est mort Le paradoxe de l'expérience est que selon la physique quantique : avant d'ouvrir la boîte, le chat est à la fois vivant et mort , mais selon les lois de la physique de notre monde, cela est impossible. Chat peut être dans un état spécifique : être vivant ou être mort
. Il n’y a pas d’état mixte « le chat est vivant/mort » à la fois.
Avant d'obtenir la réponse, regardez cette magnifique vidéo illustrant le paradoxe de l'expérience du chat de Schrödinger (moins de 2 minutes) :
La solution au paradoxe du chat de Schrödinger - l'interprétation de Copenhague Maintenant la solution. Faites attention au mystère particulier de la mécanique quantique - paradoxe de l'observateur . Un objet du micromonde (dans notre cas, le noyau) se trouve dans plusieurs états simultanément.
seulement pendant que nous n'observons pas le système, Par exemple avec 2 fentes et un observateur. Lorsqu’un faisceau d’électrons était dirigé sur une plaque opaque dotée de 2 fentes verticales, les électrons dessinaient un « motif d’onde » sur l’écran derrière la plaque : des rayures verticales alternant des bandes sombres et claires. Mais lorsque les expérimentateurs ont voulu « voir » comment les électrons volaient à travers les fentes et ont installé un « observateur » sur le côté de l'écran, les électrons n'ont pas dessiné un « motif d'onde » sur l'écran, mais 2 bandes verticales. Ceux. ne se comportaient pas comme des vagues, mais comme des particules.
On dirait particules quantiques Ils décident eux-mêmes quel état accepter au moment où ils sont « mesurés ».
Sur cette base, l’explication (interprétation) moderne du phénomène du « chat de Schrödinger » à Copenhague ressemble à ceci :
Alors que personne n’observe le système « cat-core », le noyau est en même temps dans un état pourri/non pourri. Mais c'est une erreur de dire que le chat est à la fois vivant et mort. Pourquoi? Oui, car les phénomènes quantiques ne s’observent pas dans les macrosystèmes. Il serait plus correct de parler non pas du système « cat-core », mais du système « core-détecteur (compteur Geiger) ».
Le noyau sélectionne l'un des états (décomposé/non décomposé) au moment de l'observation (ou de la mesure). Mais ce choix ne s'opère pas au moment où l'expérimentateur ouvre la boîte (l'ouverture de la boîte se fait dans le monde macro, très loin du monde du noyau). Le noyau sélectionne son état au moment où il atteint le détecteur. Le fait est que le système n’est pas suffisamment décrit dans l’expérience.
Ainsi, l'interprétation de Copenhague du paradoxe du chat de Schrödinger nie que jusqu'au moment de l'ouverture de la boîte, le chat de Schrödinger était dans un état de superposition - était à la fois dans l'état d'un chat vivant/mort. Un chat dans le macrocosme ne peut exister et n’existe que dans un seul état.
CV. Schrödinger n'a pas décrit complètement l'expérience. Ce n'est pas correct (plus précisément, il est impossible de connecter) macroscopique et systèmes quantiques. Ils ne fonctionnent pas dans nos macrosystèmes lois quantiques. Dans cette expérience, ce n’est pas le « cat-core » qui interagit, mais le « cat-detector-core ». Le chat vient du macrocosme et le système « noyau-détecteur » vient du microcosme. Et seulement dans le vôtre monde quantique le noyau peut être dans 2 états en même temps. Cela se produit avant que le noyau ne soit mesuré ou n'interagisse avec le détecteur. Mais un chat dans son macrocosme ne peut exister et n’existe que dans un seul état. C'est pourquoi, Ce n’est qu’à première vue qu’il semble que l’état « vivant ou mort » du chat soit déterminé au moment de l’ouverture de la boîte. En fait, son sort est déterminé au moment où le détecteur interagit avec le noyau.
Résumé final. L’état du système « détecteur-noyau-chat » n’est PAS associé à la personne – l’observateur de la boîte, mais au détecteur – l’observateur du noyau.
Ouf. Mon cerveau a presque commencé à bouillir ! Mais comme il est agréable de comprendre soi-même la solution du paradoxe ! Comme dans la vieille blague d’élève sur le professeur : « Pendant que je le racontais, je l’ai compris ! »
L'interprétation de Sheldon du paradoxe du chat de Schrödinger
Vous pouvez désormais vous asseoir et écouter la dernière interprétation de Sheldon de l’expérience de pensée de Schrödinger. L’essence de son interprétation est qu’elle peut être appliquée aux relations entre les personnes. Pour comprendre bonne relation entre un homme et une femme ou mauvais - vous devez ouvrir la boîte (aller à un rendez-vous). Et avant cela, ils étaient à la fois bons et mauvais.
Eh bien, que pensez-vous de cette « expérience mignonne » ? De nos jours, Schrödinger serait sévèrement puni par les militants des droits des animaux pour des expériences de pensée aussi brutales avec un chat. Ou peut-être que ce n’était pas un chat, mais le chat de Schrödinger ?! Pauvre fille, elle a assez souffert de ce Schrödinger (((
Rendez-vous dans les prochaines publications !
Je souhaite à tous une bonne journée et une agréable soirée !
P.S. Partagez vos réflexions dans les commentaires. Et posez des questions.
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Beaucoup de gens ont entendu cette phrase : le chat de Schrödinger. Et certains amoureux des chats demandent : « Où puis-je acheter un tel chat ? Mais on ne peut l’acheter nulle part, car il n’existe pas ! Il n'existe pas en tant qu'animal, mais il se sent bien en tant qu'expérience de pensée ou paradoxe inventé autrefois par Schrödinger.
Un peu sur Schrödinger lui-même
Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger n'était pas seulement à son époque un scientifique exceptionnel, lauréat du prix Nobel, mais aussi le véritable « père de la mécanique quantique ». DANS physique atomique concept de base On considère son équation, appelée « équation de Schrödinger ». Mais ça n'a pas apporté de popularité physicien exceptionnel! Et son expérience de pensée, qui a révélé un paradoxe concernant la physique quantique.
Cette expérience de Schrödinger a été une telle révélation que non seulement les physiciens, mais aussi les gens ordinaires la connaissent. Du moins de nom ! Et cette expérience elle-même était la preuve de l'incohérence de l'interprétation des lois de la mécanique quantique, présentée à Copenhague en 1927 par Niels Bohr et Werner Heisenberg. Cette interprétation était basée sur la réponse de deux scientifiques à la question sur les corpusculaires - dualisme ondulatoire, ce qui est caractéristique de la mécanique quantique. Cette interprétation donne des raisons de croire que le mélange du système s'arrête précisément au moment de l'observation - il sélectionne simplement un état spécifique.
L'essence de l'expérience, ou le même paradoxe de Schrödinger
Qu'est-ce que c'est : le chat de Schrödinger, comment pouvons-nous comprendre cette expérience ? " Personnages"Dans cette expérience, il y a un chat vivant et des atomes radioactifs. Voici une explication assez simple de cette expérience :
- Nous avons une boîte, dans cette boîte un chat sera assis (ou un chat - peu importe), et il y aura aussi un mécanisme spécial. Ce mécanisme consiste en un conteneur contenant un gaz plutôt toxique et un noyau atomique. De plus, ce noyau a une période de désintégration d'une heure avec une probabilité de 50 %, c'est-à-dire égale à « pour » ou « contre ». Au moment de la décomposition, un mécanisme est activé qui ouvre ce récipient contenant du poison sous forme de gaz. Autrement dit, le noyau s'est toujours désintégré - le chat est mort d'empoisonnement. Le noyau reste intact : le chat est en bonne santé et joyeux.
- Le chat (ou le chat) est enfermé dans cette boîte et y reste exactement une heure.
- La mécanique quantique elle-même semble nous dire que notre chat lui-même et le noyau de l'atome sont simultanément dans les deux états (c'est une superposition). Bien que nous n'ayons pas encore ouvert la boîte malheureuse, la probabilité que « notre chat soit vivant » ou « notre chat, malheureusement, est mort » est de 50 à 50 %. Autrement dit, notre chat, qui est assis dans cette boîte, est à la fois mort et vivant !
- De plus, il n’y a pas d’état intermédiaire entre vivant et mort dans cette situation ! Et cela ne dépend pas du tout de l’observateur, mais uniquement du noyau !
Autrement dit, pour le dire très simplement, il n’y a aucune observation du noyau et du chat. Et c'est pourquoi leur état peut être décrit de deux manières : le noyau s'est désintégré et le chat est mort, le noyau ne s'est pas décomposé et le chat est vivant. En même temps, sans vérification, le chat est à la fois mort et vivant, car le noyau s'est désintégré et ne s'est pas désintégré. Et ce n'est qu'avec un contrôle après une heure que vous pouvez « poser un diagnostic » en toute confiance. Et avant l'expiration de cette heure, le noyau et notre chat sont dans deux phases à la fois - à la fois positive et négative ! C'est ça le paradoxe ! Parce qu’on ne peut pas être à la fois mort et vivant – c’est contraire à toutes les lois. Mais avant de vérifier une heure plus tard, il est tout simplement impossible de dire dans quel état exact se trouve ce noyau et, par conséquent, notre chat. Toute affirmation sera fausse !
Et grâce à cette expérience, il est clairement visible que la mécanique quantique contient encore des défauts très importants et paradoxaux. Le célèbre chat de Schrödinger l'a clairement prouvé. Après tout, il est impossible d’être à la fois vivant et mort, et c’est précisément ce qui se produit à la suggestion de cette même mécanique quantique ! L'expérience montre qu'un tel paradoxe est tout simplement impensable à l'avance bon sens. Cela signifie que toute mécanique quantique est paradoxale et nécessite des ajouts sous forme de règles, elles seules peuvent indiquer les conditions dans lesquelles une seule option existera.
Interprétations de l'expérience de Schrödinger
Commençons par le fait que même si le nom qui existe aujourd'hui parle de cette expérience comme « le chat de Schrödinger », dans la version originale de l'expérience, il y avait un chat ! Et ils existent aujourd'hui cette expérience a plusieurs interprétations
Interprétation de Copenhague
C'est elle qui prétend que jusqu'au moment de l'ouverture de la boîte, notre malheureux chat est dans un état « mixte », c'est-à-dire qu'il est à la fois mort et vivant. Paradoxe? Sans aucun doute ! Et seulement au moment où nous ouvrons la boîte de Schrödinger, la même chose se produit effondrement des vagues, qui « remet chaque chose à sa place ». Mais dans cette interprétation, il n'y a pas des règles claires, qui s'illumine au moment où un atome du noyau frappe le détecteur.
L'interprétation d'Everett, appelée mondes multiples
Ici, l’observation elle-même n’est ni spéciale ni nécessaire. Selon cette interprétation, les deux états du chat peuvent exister avant l'exposition à environnement. Et c'est seulement lorsque la boîte de Schrödinger est ouverte qu'il reste un véritable état !
Interprétation du chat lui-même
Bien sûr, le chat ne comprend rien à la mécanique quantique, mais il sait clairement comment évaluer son état. C’est exactement ce qu’affirmaient Max Tegmark, Hans Moravec et Bruno Marshall ! Si vous en jugez par le regard intérieur du chat lui-même, il restera toujours en vie. Et tout cela parce que les morts ne pourront pas évaluer leur état, et si après avoir ouvert la boîte de Schrödinger ce chat évalue, alors il n'est clairement pas mort ! Et ils ont appelé ce paradoxe lui-même rien d’autre que « le suicide quantique d’un animal » !
Paradoxe californien !
Mais cela sort complètement du domaine de la fantaisie ! Nadav Katz, un scientifique californien, a mené et décrit l'expérience suivante. Il a ramené l’état quantique de cette particule à son point de départ et a pu mesurer son état. Selon lui, même en ouvrant la boîte de Schrödinger, on peut tout remettre au point de départ. Et peu importe que le chat soit vivant ou mort, vous pouvez « tout réinitialiser ». Paradoxe? Sans aucun doute !
C'est le même chat dans la littérature mondiale
L'expérience du physicien Schrödinger lui a valu (ainsi qu'à son chat !) une renommée non seulement dans les cercles scientifiques, mais aussi dans la littérature. Robert Heinlein, dans son roman The Cat Walks Through Walls, a décrit un chat roux nommé Pixel. Il est toujours dans les deux États, tout comme son homonyme Schrödinger. Et c’est précisément sur cela que repose toute l’intrigue du roman !
Mais Terry Prattchert a décrit une race spéciale de chats qui descendaient d'un ancêtre - un chat qui a participé à l'expérience de Schrödinger. De plus, ces chats étaient exceptionnellement intelligents. Mais la base de l'intrigue intéressante du roman, intitulée « Invasion Chats quantiques», l'auteur Frederik Pohl, se couchent des chats d'univers parallèles, ou plutôt « voisins ». Et l’expérience de Schrödinger l’a incité à un tel complot !
Mais la miniature (satirique) de Nikolai Baytov, intitulée « Le chat de Schrödinger », décrit la tournure inversée de cette expérience. Là, selon l'intrigue, il existe une telle « Ligue du temps réversible ». Les membres de cette Ligue surveillent constamment le chat de près depuis cinquante ans. C'est-à-dire que l'essence de ce complot est que, sans cesser leur observation, les gens (membres de cette Ligue) sauvent la vie du malheureux animal. Dès que l’observation s’arrête, le chat mourra !
Et pas seulement dans la littérature, mais aussi dans de nombreux films et séries télévisées, ce chat est présent. Par exemple, le personnage principal, présenté dans la série «Sliding», a un favori personnel avec le surnom (ni plus ni moins !) Schrödinger. Et comment pourrait-il en être autrement, l’essence même de cette série est construite sur la mécanique quantique (bien sûr !), ses lois. Et même si la série est un peu humoristique, aventureuse et fantastique, beaucoup de monde l'a regardée. Cela signifie que le chat de Schrödinger a également été reconnu.
Et c’est peut-être pour cela que de nombreux vrais amateurs d’animaux à fourrure recherchent sur Internet des informations sur les endroits où acheter un si bel animal de compagnie ? Ils demandent également de quel type de race il s’agit et comment en obtenir une ! Tout cela grâce à la littérature et au cinéma, ainsi qu’à l’énorme popularité de l’expérience de Schrödinger elle-même. Mais en fait, ce chat, qui servait de prototype à ce chat le plus célèbre, était tout à fait ordinaire. Elle avait une couleur écaille de tortue et était encore très jeune ! Et c'est très bien qu'après l'expérience, elle se soit révélée absolument vivante ! À propos, après avoir publié un rapport sur son expérience de pensée, Schrödinger lui-même a reçu de nombreuses offres pour vendre les chatons que son animal de compagnie a ensuite acquis. Alors maintenant, dans le monde, il devrait y avoir pas mal de descendants du chat le plus célèbre de l'histoire, ou plutôt des chats !
Un chat peut-il être à la fois vivant et mort ? Combien existent univers parallèles? Et est-ce qu'ils existent vraiment ? Ce ne sont pas du tout des questions de science-fiction, mais des questions bien réelles. problèmes scientifiques, résolu par la physique quantique.
Alors commençons par Le chat de Schrödinger. Il s'agit d'une expérience de pensée proposée par Erwin Schrödinger pour mettre en évidence un paradoxe qui existe en physique quantique. L'essence de l'expérience est la suivante.
Un chat imaginaire est simultanément placé dans une boîte fermée, ainsi que le même mécanisme imaginaire avec un noyau radioactif et un conteneur de gaz toxique. Selon l'expérience, si le noyau se désintègre, il activera le mécanisme : le réservoir de gaz s'ouvrira et le chat mourra. La probabilité de désintégration nucléaire est de 1 sur 2.
Le paradoxe est que, selon la mécanique quantique, si le noyau n’est pas observé, alors le chat se trouve dans ce qu’on appelle une superposition, en d’autres termes, le chat se trouve simultanément dans des états mutuellement exclusifs (il est à la fois vivant et mort). Cependant, si l'observateur ouvre la boîte, il peut vérifier que le chat est dans un état précis : il est soit vivant, soit mort. Selon Schrödinger, le caractère incomplet de la théorie quantique réside dans le fait qu'elle ne précise pas dans quelles conditions un chat cesse d'être en superposition et s'avère soit vivant, soit mort.
Ce paradoxe est aggravé par l'expérience de Wigner, qui ajoute la catégorie des amis à une expérience de pensée déjà existante. Selon Wigner, lorsque l'expérimentateur ouvrira la boîte, il saura si le chat est vivant ou mort. Pour l’expérimentateur, le chat cesse d’être en superposition, mais pour l’ami qui se trouve derrière la porte et qui ne connaît pas encore les résultats de l’expérience, le chat est encore quelque part « entre la vie et la mort ». Cela peut se poursuivre avec nombre infini portes et amis, et selon une logique similaire, le chat sera dans une superposition jusqu'à ce que tous les habitants de l'Univers sachent ce que l'expérimentateur a vu lorsqu'il a ouvert la boîte.
Comment la physique quantique explique-t-elle un tel paradoxe ? Physique quantique suggère une expérience de pensée suicide quantique et deux options possibles développements d’événements basés sur différentes interprétations de la mécanique quantique.
Dans une expérience de pensée, une arme à feu est pointée sur le participant et soit elle tirera à la suite de la désintégration d'un atome radioactif, soit elle ne le fera pas. Encore une fois, 50 à 50. Ainsi, le participant à l’expérience mourra ou non, mais pour l’instant il est, comme le chat de Schrödinger, en superposition.
Cette situation peut être interprétée de différentes manières du point de vue de la mécanique quantique. Selon l'interprétation de Copenhague, l'arme finira par exploser et le participant mourra. Selon l'interprétation d'Everett, la superposition prévoit la présence de deux univers parallèles dans lesquels le participant existe simultanément : dans l'un d'eux il est vivant (l'arme n'a pas tiré), dans le second il est mort (l'arme a tiré). Cependant, si l'interprétation des mondes multiples est correcte, alors dans l'un des univers, le participant reste toujours en vie, ce qui conduit à l'idée de l'existence d'une « immortalité quantique ».
Quant au chat de Schrödinger et à l'observateur de l'expérience, alors, selon l'interprétation d'Everett, il se retrouve également, lui et le chat, dans deux univers à la fois, c'est-à-dire dans un « langage quantique », « empêtré » avec lui.
On dirait une histoire de fiction cependant, c'est l'un des nombreux théories scientifiques, qui se déroule dans la physique moderne.
