Visi esame girdėję apie garsųjį Šriodingerio katiną, bet ar žinome, koks jis katinas iš tikrųjų? Išsiaiškinkime ir pabandykime pakalbėti apie garsiąją Šriodingerio katę paprastais žodžiais.
„Schrödinger's Cat“ buvo eksperimentas, kurį atliko Erwinas Schrödingeris, vienas iš įkūrėjų Kvantinė mechanika. Ir tai nėra įprasta fizinis eksperimentas, A psichikos.
Reikia pripažinti, kad Erwinas Schrödingeris buvo labai turtingos vaizduotės žmogus.
Taigi, ką mes turime kaip įsivaizduojamą pagrindą eksperimentui atlikti? Yra katė įdėta į dėžę. Dėžutėje taip pat yra Geigerio skaitiklis su labai mažais kiekiais radioaktyvioji medžiaga. Medžiagos kiekis yra toks, kad vieno atomo skilimo ir nesuirimo tikimybė per valandą yra vienoda. Jei atomas suirs, įsijungs specialus mechanizmas, kuris sudaužys kolbą vandenilio cianido rūgštimi, ir vargšė katė mirs. Jei suirimas neįvyks, tada katė toliau ramiai sėdės dėžėje ir svajos apie dešreles.
Kokia yra Schrödingerio katės esmė? Kam net sugalvoti tokią siurrealistinę patirtį?
Ar katė gyva, ar ne, pagal eksperimento rezultatus sužinome tik atidarę dėžutę. Kvantinės mechanikos požiūriu katė (kaip materijos atomas) vienu metu yra dviejose būsenose vienu metu – ir gyvoje, ir mirusioje. Tai garsusis Šriodingerio katės paradoksas.
Natūralu, kad taip negali būti. Erwinas Schrödingeris atliko šį minties eksperimentą, norėdamas parodyti kvantinės mechanikos netobulumą pereinant nuo subatominių prie makroskopinių sistemų.
Štai paties Schrödingerio formuluotė:
Taip pat galite statyti atvejus, kuriuose yra gana burleska. Leiskite katę užrakinti plieninėje kameroje kartu su tokia velniška mašina (kuri turi egzistuoti nepaisant katės įsikišimo): Geigerio skaitiklio viduje yra nedidelis radioaktyviosios medžiagos kiekis – toks mažas, kad per valandą gali suirti tik vienas atomas. , bet su ta pačia tikimybe gali ir nesuirti; jei taip atsitiks, skaitymo vamzdelis išsikrauna ir įjungiama relė, atleidžiamas plaktukas, kuris sulaužo kolbą vandenilio 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. Tipiškas in panašių atvejų yra tas neapibrėžtumas, iš pradžių ribotas atominis pasaulis, 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.
Būtinai teigiamas dalykasŠiame eksperimente yra tai, kad jo metu nebuvo sužalotas nei vienas gyvūnas.
Galiausiai, norint konsoliduoti medžiagą, siūlome pažiūrėti vaizdo įrašą iš seno gero serialo „Didžiojo sprogimo teorija“.
Ir jei staiga turite klausimų arba jūsų mokytojas uždavė jums kvantinės mechanikos problemą, susisiekite. Kartu visus klausimus išspręsime daug greičiau!
Jurijus Gordejevas
Programuotojas, žaidimų kūrėjas, dizaineris, menininkas
„Schrödingerio katė“ yra minties eksperimentas, kurį pasiūlė vienas iš kvantinės fizikos pradininkų, kad parodytų, kaip keista. kvantiniai efektai pažvelgti į makroskopines sistemas.
Pabandysiu paaiškinti tikrai paprastais žodžiais: ponai fizikos, nekaltinkite manęs. Frazė „šiurkščiai kalbant“ yra numanoma toliau prieš kiekvieną sakinį.
Labai, labai mažu mastu pasaulis susideda iš dalykų, kurie elgiasi labai neįprastai. Viena keisčiausių tokių objektų savybių – galimybė vienu metu būti dviejose viena kitą paneigiančiose būsenose.
Intuityviu požiūriu dar neįprasta (kai kas net pasakytų, kad šiurpu) yra tai, kad tikslingas stebėjimas pašalina šį neapibrėžtumą, o objektas, kuris tuo pačiu metu buvo dviejose prieštaringose būsenose, pasirodo prieš stebėtoją. tik vienas iš jų tarsi nieko neįvyko, žiūri į šoną ir nekaltai švilpia.
Subatominiame lygmenyje visi jau seniai pripratę prie šių išdaigų. Yra matematinis aparatas, aprašantis šiuos procesus, o žinių apie juos rado daugiausia įvairios programos: Pavyzdžiui, kompiuteriuose ir kriptografijoje.
Makroskopiniu lygmeniu šie efektai nepastebimi: mums pažįstami objektai visada yra vienoje konkrečioje būsenoje.
Dabar minties eksperimentas. Paimame katę ir dedame į dėžę. Taip pat dedame kolbą su nuodingų dujų, radioaktyvusis atomas ir Geigerio skaitiklis. Radioaktyvus atomas bet kada gali ir nesuirti. Jei jis suirs, skaitiklis aptiks spinduliuotę, paprastas mechanizmas sulaužys kolbą dujomis ir mūsų katė mirs. Jei ne, katė liks gyva.
Uždarome dėžutę. Nuo šio momento, kvantinės mechanikos požiūriu, mūsų atomas yra neapibrėžtumo būsenoje – jis suskyla su 50% tikimybe ir nesuskilo su 50% tikimybe. Prieš atidarant dėžutę ir pažvelgus į vidų (pastebėjus), ji bus iš karto abiejų būsenų. O kadangi katės likimas tiesiogiai priklauso nuo šio atomo būsenos, paaiškėja, kad katė taip pat yra gyva ir mirusi tuo pačiu metu („...ištepti gyvą ir negyvą katę (atsiprašau už posakį)“ dalys...“ rašo eksperimento autorius). Būtent taip šią situaciją apibūdintų kvantinė teorija.
Šriodingeris vargu ar galėjo numanyti, kiek triukšmo sukels jo idėja. Žinoma, pats eksperimentas, net ir originale, aprašytas itin grubiai ir nepretenduojant į mokslinį tikslumą: autorius norėjo kolegoms perteikti mintį, kad teoriją reikia papildyti aiškesniais procesų apibrėžimais, tokiais kaip „stebėjimas“. “, kad scenarijus su katėmis dėžėse neįtrauktų į savo jurisdikciją.
Katės idėja netgi buvo panaudota siekiant „įrodyti“ Dievo, kaip superintelekto, egzistavimą, kurio nuolatinis stebėjimas leidžia mums egzistuoti. Tiesą sakant, „stebėjimui“ nereikia sąmoningo stebėtojo, o tai pašalina dalį kvantinių efektų mistikos. Tačiau net ir tokiu atveju kvantinė fizika šiandien tebėra mokslo riba su daugybe nepaaiškinamų reiškinių ir jų interpretacijų.
Ivanas Boldinas
Fizinių ir matematikos mokslų kandidatas, mokslininkas, MIPT absolventas
Mikropasaulio objektų elgsena ( elementariosios dalelės, atomai, molekulės) labai skiriasi nuo objektų, su kuriais dažniausiai tenka susidurti, elgesio. Pavyzdžiui, elektronas vienu metu gali skristi per dvi erdviškai nutolusias vietas arba vienu metu būti keliose atomo orbitose. Šiems reiškiniams apibūdinti buvo sukurta teorija – kvantinė fizika. Pagal šią teoriją, pavyzdžiui, dalelės gali išsitepti erdvėje, bet jei norite nustatyti, kur yra dalelė, tuomet visą dalelę visada rasite kažkurioje vietoje, tai yra, atrodys, kad ji subyrės nuo jos išsitepimo į kokią nors konkrečią vietą. Tai yra, manoma, kad kol neišmatavote dalelės padėties, ji išvis neturi padėties, o fizika gali tik nuspėti, su kokia tikimybe kurioje vietoje galite rasti dalelę.
Vienas iš kvantinės fizikos kūrėjų Erwinas Schrödingeris svarstė: o jeigu, priklausomai nuo mikrodalelės būsenos matavimo rezultato, koks nors įvykis įvyks arba neįvyks. Pavyzdžiui, tai galėtų būti įgyvendinta taip: paimkite radioaktyvų atomą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra, tarkime, valanda. Atomas gali būti dedamas į nepermatomą dėžutę, ten gali būti įtaisytas prietaisas, kuris, ant jo nukritus produktams, radioaktyvusis skilimas atomas sulaužo ampulę nuodingomis dujomis ir įdeda katę į šią dėžę. Tada iš išorės nematysite, ar atomas suiro, ar ne, tai yra kvantinė teorija ji vienu metu suiro ir nesuskilo, todėl katė vienu metu buvo gyva ir negyva. Ši katė tapo žinoma kaip Schrödingerio katė.
Gali pasirodyti keista, kad katė gali būti gyva ir mirusi vienu metu, nors formaliai čia nėra jokio prieštaravimo ir tai nėra kvantinės teorijos paneigimas. Tačiau gali kilti klausimų, pavyzdžiui: kas gali subyrėti atomą iš suteptos būsenos į tam tikrą būseną, o kas tokiu bandymu pats pereina į išteptą? Kaip vyksta šis žlugimo procesas? Arba kaip atsitinka, kad tas, kuris atlieka kolapsą, pats nepaklūsta kvantinės fizikos dėsniams? Vis dar neaišku, ar šie klausimai yra prasmingi ir, jei taip, kokie yra atsakymai.
Džordžas Paninas
baigė Rusijos chemijos technikos universitetą. DI. Mendelejevas, tyrimų skyriaus vyriausiasis specialistas (rinkodaros tyrimai)
Kaip mums paaiškino Heisenbergas, dėl neapibrėžtumo principo objektų aprašymas kvantiniame mikropasaulyje yra kitokio pobūdžio nei įprastas Niutono makropasaulio objektų aprašymas. Vietoj erdvinių koordinačių ir greičio, kuriuos mes įpratę apibūdinti mechaninis judėjimas, pavyzdžiui, kamuolys ant biliardo stalo, kvantinėje mechanikoje objektai apibūdinami vadinamąja bangine funkcija. „Bangos“ ketera atitinka didžiausią tikimybę rasti dalelę erdvėje matavimo momentu. Tokios bangos judėjimas apibūdinamas Šriodingerio lygtimi, kuri parodo, kaip kvantinės sistemos būsena kinta laikui bėgant.
Dabar apie katę. Visi žino, kad katės mėgsta slėptis dėžėse (thequestion.ru). Erwinas Schrödingeris taip pat žinojo. Be to, su grynai šiaurietišku fanatizmu jis panaudojo šią savybę garsiajame minties eksperimente. Esmė ta, kad katė buvo uždaryta dėžėje su pragariška mašina. Mašina per relę prijungta prie kvantinės sistemos, pavyzdžiui, radioaktyviai skylančios medžiagos. Skilimo tikimybė yra žinoma ir yra 50%. Pragarinė mašina suveikia, kai pasikeičia sistemos kvantinė būsena (vyksta irimas) ir katė visiškai miršta. Jei vieną valandą paliksite sistemą „Katė-dėžutė-pragariška mašina-kvanta“ sau ir atsiminsite, kad kvantinės sistemos būsena apibūdinama tikimybe, tada paaiškės, kad katė gyva, ar ne, priklauso nuo Šis momentas laiko, greičiausiai tai neveiks, kaip ir nebus galima iš anksto tiksliai numatyti monetos kritimo ant galvų ar uodegų. Paradoksas labai paprastas: bangų funkcija, apibūdinanti kvantinę sistemą, sumaišo dvi katės būsenas – ji yra gyva ir mirusi tuo pačiu metu, kaip ir surištas elektronas. lygia tikimybe gali būti bet kurioje erdvėje vienodu atstumu nuo atomo branduolys. Jei neatidarome dėžutės, tiksliai nežinome, kaip katei sekasi. Neatlikdami atomo branduolio stebėjimų (skaitydami matavimus), jo būseną galime apibūdinti tik dviejų būsenų superpozicija (sumaišymu): suirusio ir nesuirusio branduolio. Katė, serganti priklausomybe nuo branduolinės energijos, yra ir gyva, ir mirusi tuo pačiu metu. Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirenka vieną konkrečią?
Kopenhagos eksperimento interpretacija mums sako, kad sistema nustoja būti būsenų mišiniu ir pasirenka vieną iš jų tuo momentu, kai įvyksta stebėjimas, kuris kartu yra ir matavimas (atsidaro langelis). Tai yra, pats matavimo faktas keičiasi fizinė tikrovė, vedantis prie bangos funkcijos žlugimo (katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu)! Pagalvokite apie tai, eksperimentas ir jį lydintys matavimai keičia mus supančią tikrovę. Asmeniškai šis faktas mano smegenis vargina daug labiau nei alkoholis. Žinomas Steve'as Hawkingas taip pat sunkiai išgyvena šį paradoksą, kartodamas, kad išgirdęs apie Schrödingerio katę, jo ranka tiesiasi į Browningą. Išskirtinio teorinio fiziko reakcijos sunkumą lemia tai, kad, jo nuomone, stebėtojo vaidmuo bangos funkcijos žlugimo metu (sugriuvus ją į vieną iš dviejų tikimybinių) būsenų yra labai perdėtas.
Žinoma, kai profesorius Erwinas 1935 m. sumanė kankinti katę, tai buvo išradingas būdas parodyti kvantinės mechanikos netobulumą. Tiesą sakant, katė negali būti gyva ir mirusi vienu metu. Dėl vienos iš eksperimento interpretacijų tapo akivaizdu, kad egzistuoja prieštaravimas tarp makropasaulio dėsnių (pavyzdžiui, antrasis termodinamikos dėsnis – katė arba gyva, arba mirusi) ir mikro- pasaulis (katė gyva ir mirusi vienu metu).
Tai, kas išdėstyta aukščiau, naudojama praktikoje: kvantinėje kompiuterijoje ir kvantinėje kriptografijoje. Šviesolaidiniu kabeliu siunčiamas šviesos signalas dviejų būsenų superpozicijoje. Jei užpuolikai prisijungs prie kabelio kažkur per vidurį ir ten palieps signalą, kad galėtų pasiklausyti perduodamos informacijos, tada jis subyrės. bangos funkcija(iš požiūrio Kopenhagos interpretacija bus atliktas stebėjimas) ir šviesa pateks į vieną iš būsenų. Atliekant statistinius šviesos bandymus priimančiame kabelio gale, bus galima nustatyti, ar šviesa yra būsenų superpozicijoje, ar jau buvo pastebėta ir perduota į kitą tašką. Ji galimas kūrimas ryšio priemonės, neleidžiančios aptikti signalo perėmimo ir pasiklausymo.
Kita naujausia Schrödingerio minties eksperimento interpretacija yra serialo „Teorija“ herojaus Sheldono Cooperio istorija. Didysis sprogimas“ („Didžiojo sprogimo teorija“), kurią jis pristatė savo mažiau išsilavinusiam kaimynui 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. youtube.com
Jei jus domina straipsnis kvantinės fizikos tema, yra didelė tikimybė, kad jums patinka serialas „Didžiojo sprogimo teorija“. Taigi, Sheldon Cooper pateikė naują interpretaciją Schrödingerio minties eksperimentas(Vaizdo įrašą su šiuo fragmentu rasite straipsnio pabaigoje). Tačiau norėdami suprasti Sheldono dialogą su kaimyne Penny, pirmiausia atsigręžkime į klasikinę interpretaciją. Taigi, Šriodingerio katė paprastais žodžiais.
Šiame straipsnyje apžvelgsime:
- Trumpas istorinė nuoroda
- Eksperimento su Šriodingerio katinu aprašymas
- Schrödingerio katės paradokso sprendimas
Iškart geros naujienos. Eksperimento metu Šriodingerio katė nenukentėjo. Mat fizikas Erwinas Schrödingeris, vienas iš kvantinės mechanikos kūrėjų, atliko tik minties eksperimentą.
Prieš pasinerdami į eksperimento aprašymą, padarykime mini ekskursiją į istoriją.
Praėjusio amžiaus pradžioje mokslininkams pavyko pažvelgti į mikropasaulį. Nepaisant išorinio „atomo-elektrono“ modelio panašumo su „Saulės-Žemės“ modeliu, paaiškėjo, kad žinomi Niutono klasikinės fizikos dėsniai mikrokosmose neveikia. Dėl to ir atsirado naujas mokslas– kvantinė fizika ir jos komponentas – kvantinė mechanika. Visi mikroskopiniai mikropasaulio objektai buvo vadinami kvantais.
Dėmesio! Vienas iš kvantinės mechanikos postulatų yra „superpozicija“. Mums bus naudinga suprasti Schrödingerio eksperimento esmę.
„Superpozicija“ – tai kvanto (tai gali būti elektronas, fotonas, atomo branduolys) gebėjimas būti ne vienoje, o keliose būsenose vienu metu arba keliuose erdvės taškuose tuo pačiu metu. laikas, jei niekas jo nestebi
Mums tai sunku suprasti, nes mūsų pasaulyje objektas gali turėti tik vieną būseną, pavyzdžiui, būti gyvas arba miręs. Ir jis gali būti tik vienoje konkrečioje erdvės vietoje. Galite perskaityti apie „superpoziciją“ ir nuostabius kvantinės fizikos eksperimentų rezultatus Šiame straipsnyje.
Štai paprastas mikro ir makro objektų elgsenos skirtumo pavyzdys.Įdėkite kamuolį į vieną iš 2 dėžių. Nes kamuolys yra mūsų makro pasaulio objektas, drąsiai pasakysite: „Kamuolis guli tik vienoje iš dėžių, o antrasis tuščias“. Jei vietoj rutulio paimsite elektroną, tada teiginys, kad jis vienu metu yra 2 dėžutėse, bus teisingas. Taip veikia mikropasaulio dėsniai. Pavyzdys: Elektronas iš tikrųjų nesisuka aplink atomo branduolį, bet yra visuose sferos taškuose aplink branduolį vienu metu. Fizikoje ir chemijoje šis reiškinys vadinamas „elektronų debesiu“.
Santrauka. Supratome, kad labai mažo objekto elgesys ir didelis objektas jiems galioja skirtingi įstatymai. Atitinkamai kvantinės fizikos ir klasikinės fizikos dėsniai.
Tačiau nėra mokslo, kuris apibūdintų perėjimą iš makropasaulio į mikropasaulį. Taigi Erwinas Schrödingeris savo minties eksperimentą aprašė būtent tam, kad parodytų neišsamumą bendroji teorija fizika. Jis norėjo, kad Schrödingerio paradoksas parodytų, jog egzistuoja mokslas, leidžiantis apibūdinti didelius objektus. klasikinė fizika) ir mokslas mikroobjektams apibūdinti (kvantinė fizika). Bet nėra pakankamai mokslo, kad apibūdintų perėjimą nuo kvantinių sistemų prie makrosistemų.
Eksperimento su Šriodingerio katinu aprašymas
Erwinas Schrödingeris aprašė minties eksperimentą su kate 1935 m. Pradinė eksperimento aprašymo versija pateikiama Vikipedijoje ( Schrödingerio katė Vikipedija).
Štai Schrödingerio katės eksperimento aprašymo versija paprastais žodžiais:
- Katė buvo įdėta į uždarą plieninę dėžę.
- „Schrödinger“ dėžutėje yra įrenginys su radioaktyvus branduolys ir į talpyklą įdėtas nuodingas dujas.
- Branduolys gali suirti per 1 valandą arba ne. Skilimo tikimybė – 50%.
- Jei branduolys suyra, Geigerio skaitiklis tai užfiksuos. Relė veiks ir plaktukas sulaužys dujų balionėlį. Schrödingerio katė mirs.
- Jei ne, tada Schrödingerio katė bus gyva.
Pagal kvantinės mechanikos „superpozicijos“ dėsnį, tuo metu, kai mes nestebime sistemos, atomo branduolys (taigi ir katė) yra 2 būsenose vienu metu. Branduolys yra suirusios/nesuirusios būsenos. Ir katė yra gyvos/negyvos būsenos tuo pačiu metu.
Tačiau mes tikrai žinome, kad atidarius „Schrödingerio dėžutę“, katė gali būti tik vienoje iš būsenų:
- jei branduolys nesuyra, mūsų katė gyva
- jei branduolys suyra, katė negyva
Eksperimento paradoksas yra tas pagal kvantinę fiziką: prieš atidarant dėžutę katė yra ir gyva, ir mirusi vienu metu, bet pagal mūsų pasaulio fizikos dėsnius tai neįmanoma. Katė gali būti vienoje konkrečioje būsenoje – būti gyvam arba mirusiam. Tuo pačiu metu nėra mišrios būsenos „katė gyva / mirusi“.
Prieš gaudami atsakymą, pažiūrėkite šį nuostabų Šriodingerio katės eksperimento paradokso vaizdo iliustraciją (mažiau nei 2 min.):
Schrödingerio katės paradokso sprendimas – Kopenhagos interpretacija
Dabar sprendimas. Atkreipkite dėmesį į ypatingą kvantinės mechanikos paslaptį - stebėtojo paradoksas. Mikropasaulio objektas (mūsų atveju šerdis) vienu metu yra keliose būsenose tik kol nestebime sistemos.
Pavyzdžiui, garsus eksperimentas su 2 plyšiais ir stebėtoju. Kai elektronų spindulys buvo nukreiptas į nepermatomą plokštę su 2 vertikaliais plyšiais, elektronai ekrane už plokštės nupiešė „bangų raštą“ – vertikalias kintančias tamsias ir šviesias juosteles. Bet kai eksperimentuotojai norėjo „pažiūrėti“, kaip elektronai skrenda pro plyšius, ir ekrano šone įrengė „stebėtoją“, elektronai ekrane nupiešė ne „bangų raštą“, o 2 vertikalias juosteles. Tie. elgėsi ne kaip bangos, o kaip dalelės.
Atrodo kvantinės dalelės Jie patys nusprendžia, kokią būseną priimti tuo metu, kai jie yra „matuojami“.
Remiantis tuo, šiuolaikinis Kopenhagos „Schrödingerio katės“ fenomeno paaiškinimas (interpretacija) skamba taip:
Nors niekas nestebi „katės šerdies“ sistemos, branduolys tuo pačiu metu yra suiręs / nesuiręs. Tačiau klaidinga sakyti, kad katė yra gyva/negyva tuo pačiu metu. Kodėl? Taip, nes makrosistemose kvantiniai reiškiniai nepastebimi. Teisingiau būtų kalbėti ne apie „cat-core“, o apie „core-detector (Geiger counter)“ sistemą.
Branduolys stebėjimo (arba matavimo) momentu pasirenka vieną iš būsenų (suirusią/nesuirusią). Bet šis pasirinkimas neįvyksta tuo metu, kai eksperimentatorius atidaro dėžutę (dėžės atidarymas įvyksta makropasaulyje, labai toli nuo branduolio pasaulio). Branduolys pasirenka savo būseną tuo metu, kai patenka į detektorių. Faktas yra tas, kad sistema eksperimente nėra pakankamai aprašyta.
Taigi, Kopenhagos Šriodingerio katės paradokso interpretacija neigia, kad iki pat dėžutės atidarymo Šriodingerio katė buvo superpozicijos būsenoje – tuo pat metu buvo gyvos/negyvos katės būsenoje. Katė makrokosmose gali egzistuoti ir egzistuoja tik vienoje būsenoje.
Santrauka. Schrödingeris iki galo neaprašė eksperimento. Neteisinga (tiksliau, neįmanoma sujungti) makroskopinė ir kvantinės sistemos. Jie neveikia mūsų makrosistemose kvantiniai dėsniai. Šiame eksperimente sąveikauja ne „katės branduolys“, o „katės detektoriaus branduolys“. Katė yra iš makrokosmoso, o „detektoriaus šerdies“ sistema yra iš mikrokosmoso. Ir tik savoje kvantinis pasaulisšerdis vienu metu gali būti 2 būsenose. Tai įvyksta prieš išmatuojant branduolį arba sąveikaujant su detektoriumi. Tačiau katė savo makrokosmose gali egzistuoti ir egzistuoja tik vienoje būsenoje. Štai kodėl, Tik iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad katės būsena „gyva ar mirusi“ nustatoma tuo metu, kai atidaroma dėžė. Tiesą sakant, jo likimas nulemtas tuo metu, kai detektorius sąveikauja su branduoliu.
Galutinė santrauka. Sistemos „detektorius-branduolis-katė“ būsena siejama NE su žmogumi – dėžės stebėtoju, o su detektoriumi – branduolio stebėtoju.
pfu. Mano smegenys beveik pradėjo virti! Bet kaip malonu pačiam suprasti paradokso sprendimą! Kaip sename mokinių pokšte apie mokytoją: „Kol pasakojau, pats supratau!
Sheldono Schrödingerio katės paradokso interpretacija
Dabar galite sėdėti ir klausytis naujausios Sheldono Schrödingerio minties eksperimento interpretacijos. Jo interpretacijos esmė ta, kad ją galima pritaikyti žmonių tarpusavio santykiuose. Suprasti geri santykiai tarp vyro ir moters ar blogai – reikia atidaryti dėžutę (nueiti į pasimatymą). O prieš tai jie buvo ir geri, ir blogi tuo pačiu metu.
Na, kaip jums patinka šis „mielas eksperimentas“? Šiais laikais už tokius žiaurius minčių eksperimentus su kate Schrödingeris gautų daug bausmių iš gyvūnų teisių aktyvistų. O gal tai buvo ne katė, o Šriodingerio katė?! Vargšė mergaitė, ji pakankamai kentėjo nuo šito Schrödingerio (((
Iki pasimatymo kituose leidiniuose!
Linkiu visiems geros dienos ir gražaus vakaro!
P.S. Pasidalykite savo mintimis komentaruose. Ir užduoti klausimus.
P.S. Prenumeruokite tinklaraštį - prenumeratos forma yra po straipsniu.
Daugelis žmonių yra girdėję šią frazę – Šriodingerio katė. Ir kai kurie kačių mylėtojai klausia: „Kur galiu nusipirkti tokią katę? Bet jūs negalite jo nusipirkti niekur, nes jo nėra! Jis neegzistuoja kaip gyvūnas, bet puikiai jaučiasi kaip minties eksperimentas ar paradoksas, kurį vienu metu sugalvojo Schrödingeris.
Šiek tiek apie patį Schrödingerį
Erwinas Rudolfas Josephas Alexanderis Schrödingeris savo laiku buvo ne tik puikus mokslininkas, Nobelio premijos laureatas, bet ir tikrasis „kvantinės mechanikos tėvas“. IN atominė fizika pagrindinė koncepcija Nagrinėjama jo lygtis, kuri vadinama „Schrodingerio lygtimi“. Tačiau tai neatnešė populiarumo puikus fizikas! Ir jo minties eksperimentas, atskleidęs kvantinės fizikos paradoksą.
Šis Šriodingerio eksperimentas tapo tokiu apreiškimu, kad apie jį žino ne tik fizikai, bet ir paprasti žmonės. Bent jau vardu! Ir pats šis eksperimentas buvo kvantinės mechanikos dėsnių aiškinimo nenuoseklumo įrodymas, kurį 1927 metais Kopenhagoje pateikė Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas. Šis aiškinimas buvo pagrįstas dviejų mokslininkų atsakymu į klausimą apie korpusinę - bangų dualizmas, kas būdinga kvantinei mechanikai. Toks aiškinimas suteikia pagrindo manyti, kad sistemos maišymasis sustoja būtent stebėjimo momentu – tiesiog pasirenkama konkrečia, viena būsena.
Eksperimento esmė, arba tas pats Schrödingerio paradoksas
Kas tai yra – Šriodingerio katė, kaip suprasti šią patirtį? “ Personažai„Šiame eksperimente yra gyva katė ir radioaktyvūs atomai. Štai gana paprastas šio eksperimento paaiškinimas:
- Turime dėžę, šioje dėžėje sėdės katė (arba katė - nesvarbu), ten taip pat bus specialus mechanizmas. Šis mechanizmas susideda iš talpyklos su gana nuodingomis dujomis ir atomo branduoliu. Be to, šio branduolio skilimo laikotarpis yra viena valanda, kurio tikimybė yra 50%, tai yra, lygi „už“ arba „prieš“. Skilimo momentu įsijungia mechanizmas, kuris atidaro šią talpyklą su nuodais dujų pavidalu. Tai yra, branduolys vis tiek iširo – katė mirė nuo apsinuodijimo. Šerdis lieka nepažeista – katė sveika ir linksma.
- Katė (arba katė) yra užrakinta šioje dėžėje ir sėdi ten lygiai vieną valandą.
- Panašu, kad pati kvantinė mechanika mums sako, kad ir pati mūsų katė, ir atomo branduolys vienu metu yra abiejų būsenų (tai yra superpozicija). Kol dar neatidarėme nelemtos dėžutės, situacijos „mūsų katė gyva“ arba „mūsų katė, deja, mirė“ tikimybė yra nuo 50% iki 50%. Tai yra, mūsų katė, sėdinti šioje dėžutėje, yra ir mirusi, ir gyva vienu metu!
- Be to, šioje situacijoje nėra tarpinės būsenos tarp gyvo ir mirusio! Ir tai visiškai nepriklauso nuo stebėtojo, o tik nuo branduolio!
Tai yra, labai paprastai tariant, nėra branduolio ir katės stebėjimo. Ir štai kodėl jų būseną galima apibūdinti dvejopai – branduolys suiręs ir katė negyva, branduolys nesuiręs ir katė gyva. Tuo pat metu nepatikrinus katinas ir negyvas, ir gyvas, nes branduolys ir suiro, ir nesuiro. Ir tik su kontrole po valandos galite užtikrintai „nustatyti diagnozę“. O šiai valandai dar nepasibaigus, tiek branduolys, tiek mūsų katė yra iš karto dviejose fazėse – ir teigiamose, ir neigiamose! Tai yra paradoksas! Nes negali būti ir miręs, ir gyvas vienu metu – tai prieštarauja visiems dėsniams. Tačiau prieš patikrinimą po valandos tiesiog neįmanoma pasakyti, kokioje būsenoje yra šis branduolys, taigi ir mūsų katė. Bet koks teiginys bus klaidingas!
Ir šio eksperimento pagalba aiškiai matoma, kad kvantinėje mechanikoje vis dar yra labai reikšmingų ir paradoksalių trūkumų. Liūdnai pagarsėjusi Šriodingerio katė tai aiškiai įrodė. Juk neįmanoma vienu metu būti ir gyvam, ir mirusiam, o būtent taip nutinka būtent šios kvantinės mechanikos pasiūlymu! Patirtis rodo, kad toks paradoksas iš anksto tiesiog neįsivaizduojamas Sveikas protas. Tai reiškia, kad visa kvantinė mechanika yra paradoksali ir reikalauja papildymų taisyklių pavidalu, tik jos gali nurodyti sąlygas, kurioms esant bus tik viena galimybė.
Schrödingerio eksperimento interpretacijos
Pradėkime nuo to, kad nors šiandien egzistuojantis pavadinimas apie šį eksperimentą kalba kaip „Schrödingerio katė“, pradinėje eksperimento versijoje buvo katė! Ir jie egzistuoja šiandien šią patirtį turi keletą interpretacijų
Kopenhagos interpretacija
Būtent ji teigia, kad iki to momento, kai atidaroma dėžutė, mūsų nelaimingoji katė yra „mišrioje“ būsenoje - tai yra, jis tuo pačiu metu yra miręs ir gyvas. Paradoksas? Be abejonės! Ir tik tuo momentu, kai atidarėme Schrödingerio dėžutę, nutinka tas pats bangos griūtis, kuris „sustato viską į savo vietas“. Tačiau šiame aiškinime nėra aiškios taisyklės, kuris apšviečia momentą, kai branduolio atomas patenka į detektorių.
Evereto interpretacija, vadinama daugybe pasaulių
Čia pats stebėjimas nėra ypatingas ar reikalingas. Remiantis šiuo aiškinimu, abi katės būsenos gali egzistuoti prieš paveikiant aplinką. Ir tik atidarius Šriodingerio dėžutę lieka viena tikra būsena!
Paties katino interpretacija
Žinoma, katė nieko nesupranta apie kvantinę mechaniką, bet aiškiai supranta, kaip įvertinti savo būklę. Būtent tai ginčijosi Maxas Tegmarkas, Hansas Moravecas ir Bruno Marshall! Jei spręsite iš paties katės vidinio žvilgsnio, tada jis visada liks gyvas. Ir viskas dėl to, kad mirusieji negalės įvertinti savo būklės, o jei atidarius Schrödingerio dėžutę ši katė įvertina, tada jis tikrai nėra miręs! Ir šį paradoksą jie vadino ne daugiau kaip „kvantine gyvūno savižudybe“!
Kalifornijos paradoksas!
Bet tai visiškai nepatenka į fantazijos sritį! Kalifornijos mokslininkas Nadavas Katzas atliko ir aprašė tokį eksperimentą. Jis grąžino šios dalelės kvantinę būseną į pradinį tašką ir sugebėjo išmatuoti jos būseną. Anot jo, net ir atidarius Schrödingerio dėžutę galima viską grąžinti į pradinį tašką. Ir nesvarbu, ar katė gyva, ar mirusi, galite „viską iš naujo nustatyti“. Paradoksas? Be abejonės!
Tai ta pati katė pasaulio literatūroje
Fiziko Schrödingerio eksperimentas atnešė jam (ir jo katinui!) šlovę ne tik mokslo sluoksniuose, bet ir literatūroje. Robertas Heinleinas savo romane „Katė vaikšto per sienas“ aprašė imbierinę katę, vardu Pikselis. Jis visada yra abiejose valstijose, kaip ir jo bendravardis Schrödingeris. Ir būtent tuo paremtas visas romano siužetas!
Tačiau Terry Prattchertas aprašė ypatingą kačių veislę, kilusią iš protėvio – katės, kuri buvo Schrödingerio eksperimento dalyvė. Be to, šios katės buvo neįprastai protingos. Tačiau įdomaus romano siužeto pagrindas, kuris vadinasi „Invazija Kvantinės katės“, autorius Frederik Pohl, atsigulė katės iš paralelinių, o tiksliau „kaimyninių“ Visatų. Ir Schrödingerio eksperimentas paskatino jį sugalvoti tokį siužetą!
Tačiau Nikolajaus Baytovo (satyrinė) miniatiūra, pavadinta „Šrodingerio katė“, apibūdina šios patirties vingį. Ten pagal siužetą yra tokia „Apverčiamojo laiko lyga“. Šios Lygos nariai jau penkiasdešimt metų nuolat atidžiai stebi katę. Tai yra, šio siužeto esmė yra ta, kad žmonės (šios lygos nariai) nepaliaudami stebėti nelaimingo gyvūno gyvybę gelbsti. Kai tik stebėjimas nutrūks, katė mirs!
Ir ne tik literatūroje, bet ir daugelyje filmų bei serialų ši katė yra. Pavyzdžiui, seriale „Slenkantis“ rodomas pagrindinis veikėjas turi asmeninį numylėtinį slapyvardžiu (nei daugiau, nei mažiau!) Schrödingeris. O kaip galėtų būti kitaip, pati šio serialo esmė pastatyta ant kvantinės (žinoma!) mechanikos, jos dėsnių. Ir net jei serialas yra šiek tiek humoristinis, nuotykių ir fantazijos, jį žiūrėjo daug žmonių. Tai reiškia, kad buvo atpažinta ir Schrödingerio katė.
Ir galbūt todėl daugelis tikrų kailinių augintinių mylėtojų internete ieško informacijos, kur galima įsigyti tokį gražų augintinį? Jie taip pat klausia, kokia tai veislė ir kaip ją gauti! Viskas dėl literatūros ir kino, taip pat dėl didžiulio paties Schrödingerio eksperimento populiarumo. Tačiau iš tikrųjų ta katė, kuri buvo šios garsiausios Katės prototipas, buvo visiškai įprasta. Ji buvo vėžlio kiauto spalvos ir buvo dar labai jauna! Ir labai gerai, kad po eksperimento ji pasirodė esanti visiškai gyva! Beje, pats Schrödingeris, paskelbęs reportažą apie savo minties eksperimentą, sulaukė daugybės pasiūlymų parduoti kačiukus, kuriuos vėliau įsigijo jo augintinis. Taigi dabar pasaulyje turėtų būti gana daug garsiausios istorijoje Katės palikuonių, tiksliau – kačių!
Ar katė gali vienu metu būti ir gyva, ir negyva? Kiek jų egzistuoja paralelinės visatos? Ir ar jie išvis egzistuoja? Tai visai ne mokslinės fantastikos klausimai, o labai tikri. mokslines problemas, išspręsta kvantine fizika.
Taigi pradėkime nuo Šriodingerio katė. Tai Erwino Schrödingerio pasiūlytas minties eksperimentas, siekiant atkreipti dėmesį į kvantinėje fizikoje egzistuojantį paradoksą. Eksperimento esmė tokia.
Į uždarą dėžę vienu metu įdedama įsivaizduojama katė, taip pat tas pats įsivaizduojamas mechanizmas su radioaktyvia šerdimi ir nuodingų dujų talpa. Remiantis eksperimentu, jei branduolys suirs, jis suaktyvins mechanizmą: atsidarys dujų balionėlis ir katė mirs. Branduolinio skilimo tikimybė yra 1 iš 2.
Paradoksas yra tas, kad pagal kvantinę mechaniką, jei branduolys nepastebimas, tai katė yra vadinamojoje superpozicijoje, kitaip tariant, katė vienu metu yra viena kitą paneigiančiose būsenose (ji yra ir gyva, ir mirusi). Tačiau, jei stebėtojas atidaro dėžutę, jis gali patikrinti, ar katė yra vienos konkrečios būsenos: ji gyva arba negyva. Schrödingerio teigimu, kvantinės teorijos neišsamumas slypi tame, kad joje nenurodyta, kokiomis sąlygomis katė nustoja būti superpozicijoje ir pasirodo esanti gyva arba mirusi.
Šį paradoksą sustiprina Wignerio eksperimentas, kuris prideda draugų kategoriją prie jau egzistuojančio minties eksperimento. Pasak Wignerio, kai eksperimentatorius atidarys dėžutę, jis sužinos, ar katė gyva, ar mirusi. Eksperimentuotojui katė nustoja būti superpozicijoje, tačiau draugui, kuris yra už durų ir kuris dar nežino apie eksperimento rezultatus, katė vis dar yra kažkur „tarp gyvenimo ir mirties“. Tai galima tęsti su begalinis skaičius duris ir draugus, o pagal panašią logiką katė bus superpozicijoje tol, kol visi Visatos žmonės nesužinos, ką pamatė eksperimentatorius atidaręs dėžutę.
Kaip kvantinė fizika paaiškina tokį paradoksą? Kvantinė fizika siūlo minties eksperimentą kvantinė savižudybė ir du galimi variantaiįvykių raida, pagrįsta įvairiomis kvantinės mechanikos interpretacijomis.
Minties eksperimento metu ginklas nukreipiamas į dalyvį ir arba jis iššaus dėl radioaktyvaus atomo skilimo, arba ne. Vėlgi, nuo 50 iki 50. Taigi eksperimento dalyvis arba mirs, arba ne, bet kol kas jis, kaip ir Šriodingerio katė, yra superpozicijoje.
Šią situaciją kvantinės mechanikos požiūriu galima interpretuoti įvairiai. Remiantis Kopenhagos aiškinimu, ginklas ilgainiui suges ir dalyvis mirs. Pagal Everetto aiškinimą, superpozicija numato dviejų lygiagrečių visatų, kuriose dalyvis egzistuoja vienu metu, buvimą: vienoje iš jų jis gyvas (pistoletas neiššovė), antroje – negyvas (iššautas ginklas). Tačiau jei daugelio pasaulių interpretacija yra teisinga, tada vienoje iš visatų dalyvis visada lieka gyvas, o tai veda prie idėjos apie „kvantinio nemirtingumo“ egzistavimą.
Kalbant apie Schrödingerio katę ir eksperimento stebėtoją, tai, pagal Everetto interpretaciją, jis taip pat atsiduria dviejose Visatose vienu metu, tai yra „kvantine kalba“, „susipainiojęs“ su juo.
Skamba kaip istorija iš fantastinis romanas tačiau tai yra vienas iš daugelio mokslines teorijas, kuris vyksta šiuolaikinėje fizikoje.
