Schrödingerio katės dichotomijos. Amerikiečių fizikas išsprendė Schrödingerio katės paradoksą

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

Biografinė informacija

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

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

Mokslo pažanga

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

Tolesnis tyrėjo darbas

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

Garsiausia mįslė

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

Objektai skirtinguose pasauliuose

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

Ką mokslininkas norėjo įrodyti?

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

Schrödingerio teorija: aprašymas

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

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

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

Stebėtojo paradoksas

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

Kopenhagos paaiškinimas

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

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

Bendrosios išvados

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

Koncepcijos tęsinys

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

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

Daugelis yra girdėję mįslę apie katiną, kuris, patekęs į dėžę, vienu metu buvo keliose būsenose ir vienu metu nebuvo nei miręs, nei gyvas. Daugelis iš mūsų girdėjo apie dovaną su nelaimingąja kate, bet ne apie mokslininką, kuris ją išrado. Mįslės kūrėjas – mokslininkas iš Vienos Erwinas Schrödingeris.

Schrödingeris gimė tuometinėje Austrijoje-Vengrijoje turtingoje šeimoje. Erwino tėvas skatino mokslus, o senelis iš motinos pusės buvo chemikas. Mokslininkas gerai mokėsi mokykloje ir jau būdamas studentas pradėjo galvoti apie rimtus fizikos klausimus. Tais laikais mokslininkai tyrinėjo tuomet atrastų elementariųjų dalelių elgesį ir bandė paaiškinti, kodėl jų elgesio negalima apibūdinti klasikinės fizikos dėsniais. Daugelis teoretikų dalyvavo diskusijose, ginčuose, kėlė įvairias hipotezes ir pan. Schrödingeris pasiūlė savo elektromagnetinių bangų prigimties viziją, jas apibūdindamas sudėtinga lygtimi. Nors matematiniam paaiškinimui reikia užrašyti sudėtingą funkciją, Schrödingerio teoriją taip pat galima paaiškinti paprastais žodžiais.

Schrödingerio teorijos esmė

Šiandien žinoma, kad tik makroskopinių objektų elgseną galima apibūdinti klasikinės fizikos dėsniais, o tie, kurie nematomi plika akimi, jiems visiškai nepavaldūs. Mokslininko teorija gali būti taikoma tik tiems objektams, kurių matmenys prilygsta molekulių, atomų ir net tokių elementariųjų dalelių kaip elektronai, protonai ir kt.

Jis pasiūlė, kad mažos dalelės iš karto turi dvi savybes: materiją (masę, išplėtimą, greitį) ir bangas (amplitudę, dažnį ir kt.). Iš pradžių buvo sunku įsivaizduoti, kodėl taip atsitiko. Todėl visi klasikinės Niutono mechanikos mokymai turėjo būti atmesti. Schrödingeris tikėjo, kad matematikos pagalba neatskiriamus santykius galima paaiškinti raštu. Matematiniu požiūriu mokslininkas buvo teisus, tačiau jo, kaip fiziko, santykių paaiškinimas pasirodė neteisingas. Tokie fizikai kaip Heisenbergas, Bohras, Einšteinas ir Sommerfeldas paneigė jo nuomonę. Iš čia kyla garsioji mįslė apie katę.

Mikropasaulio suvokimas

Dalelės, sudarančios atomą, ir patys atomai yra tokie maži, kad neturime galimybės empiriškai įvertinti jų masės, tūrio, greičio ir kitų fizikinių parametrų. Mokslininkai ant specialios jautrios plėvelės gali užfiksuoti tik šviesias juosteles ir pokyčius bei, pasitelkę skaičiavimus, nustatyti mikroobjektų charakteristikas.

Naudodami matematinę funkciją galite apibūdinti dalelės būseną, tačiau tai tik matematinis įrankis, neturintis fizinės reikšmės. Naudojant kvadratinės bangos funkciją, galima nustatyti tik tikimybę, su kokia mikroelementas atsiras erdvės tūryje, gautame iš diferencinių koordinačių reikšmių. Tai vienintelis būdas paprastais žodžiais atskleisti Schrödingerio teorijos esmę, kurią matė tokie mokslininkai kaip Einšteinas, Heisenbergas ir kiti.

Šriodingerio katė paprastais žodžiais

Pats mokslininkas nuolat ginčijosi, nepripažindamas jokios kitos minties apie savo lygtį. Jis tikėjo, kad ji tokia, kokia ji buvo išvesta, yra gana aiški, o pati tikimybės sąvoka labai miglota. Jo nuomone, mikroobjektai turėtų įtakos makrokosmui, jei viskas būtų taip, kaip tikėjo su juo nesutinkantys mokslininkai. Kaip vaizdinį savo teisumo paaiškinimą jis pateikė pavyzdį su katinu ir dėže, kurios sienos neleidžia matyti ir girdėti, kas joje vyksta.

Šioje dėžutėje yra savaime naikinanti kapsulė su nuodais ir tik vienas radioaktyvaus elemento atomas. Tikimybė, kad atomas suirs per 1 valandą, yra 50%. Skilimo atveju suveikia jutiklis, kuris įjungia mechanizmą, skirtą kolbai sunaikinti. Bet kadangi sužinoti, ar atomo skilimas įvyko, galima tik eksperimentiškai, tai ar šis procesas įvyko, ar ne, žinoti negalima. Taip pat neįmanoma tiksliai pasakyti, ar katė mirė, ar liko gyva. Atitinkamai, prieš atidarant dėžutę galima pasakyti, kad jis yra gyvas ir miręs vienu metu, o atidarius galima tikrai pasakyti, ar įvyko viena iš dviejų galimybių. Kadangi katei nėra kitos būsenos, išskyrus mirusią ar gyvą, kvantinės teorijos nenuoseklumas buvo aiškiai įrodytas. Todėl ateityje kvantinis mokslas nustatė tam tikras jo taikymo taisykles. Galiausiai vaizdo įrašas apie Schrödinger katę.

Jei dėžutė atidaroma, eksperimentatorius turi matyti tik vieną konkrečią būseną: „branduolys suiro, katė negyva“ arba „branduolys nesuiręs, katė gyva“.

„Šriodingerio katė“ – tai linksmo minčių eksperimento pavadinimas, kurį, kaip tikriausiai jau atspėjote, surengė Schrödingeris, tiksliau – Nobelio fizikos premijos laureatas, austrų mokslininkas Erwinas Rudolfas Josephas Alexanderis Schrödingeris.

Vikipedija eksperimentą apibrėžia taip: „Katė dedama į uždarą dėžę. Dėžutėje yra mechanizmas, kuriame yra radioaktyvus branduolys ir nuodingų dujų talpykla yra 50 %.

Pagal kvantinę mechaniką, jei branduolys nėra stebimas, tai jo būsena apibūdinama dviejų būsenų superpozicija (susimaišymu) - suirusio branduolio ir nesuirusio branduolio, todėl dėžėje sėdinti katė yra ir gyva, ir mirusi. tuo pačiu metu. Jei dėžutė atidaroma, eksperimentatorius turi matyti tik vieną konkrečią būseną: „branduolys suiro, katė negyva“ arba „branduolys nesuiręs, katė gyva“.

Taip pat skaitykite :

Pasirodo, kad galų gale mes turime gyvą arba negyvą katę, bet potencialiai katė yra ir gyva, ir mirusi tuo pačiu metu. Taigi Schrödingeris bandė įrodyti kvantinės mechanikos ribotumą, netaikydamas jai tam tikrų taisyklių.

Kopenhagos kvantinės fizikos aiškinimas – ir ypač šis eksperimentas – rodo, kad katė įgyja vienos iš galimų fazių (gyva – mirusi) savybes tik stebėtojui įsikišus į procesą.

Tai yra, kai konkretus Schrödingeris atidarys dėžę, šimtu procentų užtikrintai turės pjaustyti dešreles arba paskambinti veterinarijos gydytojui. Katė tikrai bus gyva arba staiga mirs. Tačiau kol procese nėra stebėtojo - konkretaus žmogaus, turinčio neabejotinų pranašumų regėjimo pavidalu ir bent jau aiškią sąmonę - katė bus nežinioje „tarp dangaus ir žemės“.

Senovinis palyginimas apie katę, kuri vaikšto pati, šiame kontekste įgauna naujų atspalvių. Be jokios abejonės, Šriodingerio katė nėra pati turtingiausia būtybė Visatoje. Palinkėkime katei sėkmingų rezultatų ir pereikime prie kitos linksmos problemos iš paslaptingo ir kartais negailestingo kvantinės mechanikos pasaulio.

Tai skamba taip: „Kokį garsą skleidžia miške krintantis medis, jei šalia nėra žmogaus, galinčio suvokti šį garsą? Čia, priešingai nei juodai baltas nelaimingos/laimingos katės likimas, susiduriame su įvairiaspalve spėliojimų palete: nėra garso/yra garsas, koks jis, ar yra, ir jei jo nėra, tai kodėl? Į šį klausimą negalima atsakyti dėl labai paprastos priežasties – negalėjimo atlikti eksperimentą. Juk bet koks eksperimentas reiškia stebėtojo, galinčio suvokti ir padaryti išvadas, buvimą.

Taip pat skaitykite :

Tai yra, neįmanoma atspėti, kas atsitinka su mus supančiais tikrovės objektais, kai mūsų nėra. O jei to negalima suvokti, vadinasi, jo nėra. Kai tik išeiname iš kambario, visas jo turinys kartu su pačia patalpa nustoja egzistuoti arba, tiksliau, toliau egzistuoja tik potencialu.

Tuo pačiu metu kyla gaisras ar potvynis, įrangos vagystės ar nekviesti svečiai. Be to, mes taip pat egzistuojame jame, skirtingose ​​potencialiose būsenose. Vienas vaikštau po kambarį ir sušvilpia kvailą melodiją, kitas liūdnai žiūriu į langą, trečias kalbasi su žmona telefonu. Jame gyvena net mūsų staigi mirtis ar gera žinia netikėto telefono skambučio pavidalu.

Akimirkai įsivaizduokite visas už durų slypinčias galimybes. Dabar įsivaizduokite, kad visas mūsų pasaulis yra tik tokių nerealizuotų potencialų rinkinys. Tai juokinga, ar ne?

APIE Tačiau čia kyla logiškas klausimas: na ir kas? Taip, tai juokinga, taip, tai įdomu, bet ką tai keičia iš esmės? Mokslas apie tai kukliai tyli. Kvantinei fizikai tokios žinios atveria naujus Visatos ir jos mechanizmų supratimo kelius, tačiau mums, žmonėms, nutolusiems nuo didelių mokslo atradimų, tokia informacija atrodo nenaudinga.

Kaip tai gali būti nenaudinga!? Juk jei aš, mirtingasis, egzistuoju šiame pasaulyje, tai aš, nemirtingasis, egzistuoju kitame pasaulyje! Jei mano gyvenimas susideda iš nesėkmių ir nusivylimų virtinės, tai kažkur aš egzistuoju – sėkminga ir laiminga? Tiesą sakant, nėra nieko už mūsų pojūčių ribų, kaip ir nėra vietos, kol į ją neįeiname. Mūsų suvokimo organai mus tik apgaudinėja, mūsų smegenyse nupiešdami mus „supančio“ pasaulio vaizdą. Kas iš tikrųjų slypi už mūsų ribų, vis dar lieka paslaptyje už septynių antspaudų.

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

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

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

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

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

Kitaip tariant:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Šriodingeris

Tačiau visai neseniai TEORIKAI PAAIŠKINO, KAIP GRAVITACIJA UŽŽUDA ŠRÖDINGERIO KATĄ, bet tai yra sudėtingiau...

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

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

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

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

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

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

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

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

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

šaltinių

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

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

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

Šriodingerio katė yra pati paslaptingiausia iš visų kačių, kačių, kačių, kačių, kurias taip dievina žmonija. Virusiniai kačių vaizdo įrašai išplito visame žiniatinklyje ir kasdien peržiūrimi milijonai, o reklaminiuose stenduose rodomi mielų kačiukų vaizdai gali priversti mus nusipirkti bet kokį produktą. Savo ūsuotus ir dryžuotus herojus turi ir mokslo populiarinimo sritis. Tiksliau, viena yra Schrödingerio katė. Tikrai esate apie tai girdėję, net jei nesate susiję su kvantine mechanika. Tad kodėl garsusis katinas jau beveik šimtą metų persekioja fizikus ir lyrikus, o taip pat tapo vienu smalsiausių šiuolaikinės masinės kultūros objektų?

Šriodingerio katė kaip metafora

Kad ir kaip paradoksaliai tai skambėtų, austrų fizikas ir Nobelio premijos laureatas Erwinas Schrödingeris yra paslaptingiausios katės „tėvas“, o ne savininkas. Juk juk Šriodingerio katė yra minties eksperimentas, teorinis paradoksas ir tikrai nuostabi metafora kvantinei superpozicijai apibūdinti.

Ar buvo katė?

Klausimas „Ar Schrödingeris turėjo katę? vis dar lieka atvira. Nors, pasak daugelio šaltinių, viename iš ankstyvųjų leidimų FizikaŠiandien yra mokslininko nuotrauka su savo augintiniu katinu Miltonu. Kita vertus, originaliame 1935 m. straipsnio tekste, kuriame Erwinas Schrödingeris aprašė savo hipotetinį eksperimentą, tai visai ne katė, o katė (die Katze). Kodėl fizikas pagrindiniu savo koncepcijos veikėju pasirinko kačių atstovą? Kaip katė virto kate? Atrodo, kad šiems klausimams lemta likti retoriniais.

Šriodingerio katė mirė su 50% tikimybe

Tačiau jei tyrėjo įkvėpimo šaltinis buvo jo asmeninis augintinis, tai, matyt, to priežastis – katės sulaužyta vaza ar pažeisti tapetai. Nes pagrindinis dalykas, kurį Šriodingerio katė daro eksperimento metu, yra užrakinta plieninėje dėžėje ir... miršta. Tiesa, su 50% tikimybe. Tiksliau, be vargšo gyvūno, dėžutės viduje įdedamas specialus mechanizmas, kuriame yra radioaktyvi šerdis ir indas su nuodingomis dujomis. Jei branduolys suyra, mechanizmas suveikia ir katė miršta nuo išsiskyrusių dujų. Jei neveikia, tai gyvena. Tačiau tik tas stebėtojas, kuris atidaro dėžutę, gali žinoti jo likimą. Iki tol katė yra ir gyva, ir negyva.

Be katės kvantinė mechanika nėra tokia pati

Visa ši iš pirmo žvilgsnio paradoksali situacija aiškiai iliustruoja vieną iš kvantinės mechanikos nuostatų. Anot jo, atomo branduolys vienu metu yra visose įmanomose būsenose: irimo ir neskilimo. Jei atomas nėra stebimas, jo būsena apibūdinama šių dviejų charakteristikų mišiniu. Todėl katė, skaityk – atomo branduolys, yra ir gyva, ir mirusi. O tai tiesiog neįmanoma. Tai reiškia, kad kvantinei mechanikai trūksta kai kurių taisyklių, kurios nulemtų, kokiomis sąlygomis katės likimas yra aiškiai aiškus.

Schrödingr katė: veislės

Nenuostabu, kad prasmė to, kas vyksta su mitine kate plieninėje dėžėje, turi keletą interpretacijų.

• Kopenhagos veislė

Yra Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretacija, kurios autoriai yra Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas. Pagal ją katė išlieka abiejose būsenose, nepriklausomai nuo stebėtojo. Juk lemiamas momentas būna ne atsidarius stalčiui, o suveikiant mechanizmui. Tai yra, gyvūnas jau seniai mirė nuo dujų, tačiau dėžė vis dar užrakinta. Kitaip tariant, Kopenhagos interpretacijoje nėra „negyvos-gyvos“ būsenos, nes ją nustato detektorius, reaguojantis į branduolio irimą.

• Everett veislė

Taip pat yra daugelio pasaulių interpretacija arba Evereto interpretacija. Patirtį su Schrödingerio kate ji interpretuoja kaip du atskirai egzistuojančius pasaulius, į kuriuos skyla tuo metu, kai atidaroma dėžė. Vienoje visatoje katė gyva ir sveika, kitoje jis neišgyveno po eksperimento.

• "kvantinė savižudybė"

Vienaip ar kitaip, vargšas katinas Schrödingeris buvo „kankintas“ daugelio fizikų. Kai kurie, pavyzdžiui, siūlė situaciją su kate apsvarstyti paties gyvūno požiūriu – juk jis geriau už visus pasaulio fizikai žino, ar jis miręs, ar gyvas. Tikrai, tu negali su tuo ginčytis. Šis metodas vadinamas „kvantine savižudybe“ ir hipotetiškai leidžia patikrinti, kuris iš šių aiškinimų yra teisingas.

Kiekvienas gali veisti savo veislę

Jei pažvelgsite į šiuolaikinį fizinį mokslą, galite drąsiai teigti, kad tyrimų puslapiuose ilgai kenčianti Schrödingerio katė yra gyvesnė nei bet kas kitas gyvas. Kartkartėmis mokslininkai siūlo savo sprendimus šiam gerai žinomam paradoksui, taip pat plėtoja koncepciją labai įdomių įvykių kontekste.

• "antra dėžė"

Pavyzdžiui, praėjusiais metais Jeilio universiteto mokslininkai Schrödingerio katei „padovanojo“ antrą dėžutę už jo mirtiną slėpynę. Remdamiesi šiuo požiūriu, mokslininkai bandė imituoti sistemą, reikalingą kvantinio kompiuterio veikimui. Galų gale, kaip žinote, vienas iš pagrindinių sunkumų kuriant tokio tipo mašinas yra būtinybė ištaisyti klaidas. Ir, kaip paaiškėja, Schrödingerio kačių naudojimas yra perspektyvus būdas valdyti perteklinę kvantinę informaciją.

• "mikro katė"

O vos prieš porą savaičių tarptautinei mokslininkų komandai, vadovaujamai Rusijos kvantinės optikos srities ekspertų, pavyko „išvesti“ mikroskopines Šriodingerio kates, kad pažengtų į priekį ieškant ribos tarp kvantinio ir klasikinio pasaulių. Taip Schrödingerio katė padeda fizikai kurti kvantinės komunikacijos technologijas ir kriptografiją.

Šriodingerio katė – popkultūros žvaigždė

Afrikos studija / shutterstock.com

Jei katė negali ištrūkti iš savo nelemtos dėžutės, tada jam pavyko išeiti iš mokslinių koncepcijų ir tyrimų puslapių ribų. Ir kaip!

Sunkaus likimo paslaptingos katės personažas su pavydėtinu nuoseklumu pasirodo populiariosios kultūros kūriniuose. Taigi, Schrödingerio katė pasirodo Terry Pratchett, Fredriko Pohl, Douglas Adams ir kitų pasaulinio garso rašytojų knygose. Žinoma, katė buvo paminėta populiariuose televizijos projektuose, tokiuose kaip „Didžiojo sprogimo teorija“ ir „Daktaras Kas“. Jau nekalbant apie tai, kad Šriodingerio katės atvaizdas nuolat aptinkamas vaizdo žaidimuose ir dainų tekstuose. O interneto portalas „ThinkGeek“ jau užsidirbo turtus pardavinėdamas marškinėlius, kurių vienoje pusėje buvo užrašas: „Schrodinger's Cat is Alive“, o kitoje - „Schrodinger's Cat is Dead“.

Katės tai daro geriau

Sutikite, galite stebėti nuostabų dalyką: garsiausia mokslinė katė yra tik vizualizuotas hipotezės tikrinimo modelis. Tačiau uodegos augintinio dalyvavimas jame eksperimentui suteikė nemažai poezijos ir žavesio. O gal tiesiog katės viską daro geriau? Visai įmanoma.

Ir atminkite: dėl Schrödingerio eksperimento nė viena katė nenukentėjo.

Jei radote klaidą, pažymėkite teksto dalį ir spustelėkite Ctrl + Enter.