Všetci sme už počuli o slávnom Schrödingerovom kocúrovi, no vieme, aká mačka to vlastne je? Poďme na to a skúsme sa porozprávať o slávnej Schrödingerovej mačke jednoduchými slovami.
Schrödingerova mačka bol experiment vykonaný Erwinom Schrödingerom, jedným zo zakladateľov kvantová mechanika. A toto nie je obyčajné fyzikálny experiment, A duševný.
Treba priznať, že Erwin Schrödinger bol muž s veľmi bohatou fantáziou.
Čo teda máme ako pomyselný základ pre uskutočnenie experimentu? V krabici je umiestnená mačka. Krabička obsahuje aj Geigerov počítač s veľmi malými čiastkami rádioaktívna látka. Množstvo látky je také, že pravdepodobnosť rozpadu a nerozpadu jedného atómu za hodinu je rovnaká. Ak sa atóm rozpadne, aktivuje sa špeciálny mechanizmus, ktorý rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou a úbohá mačka zomrie. Ak nedôjde k rozpadu, mačka bude naďalej ticho sedieť v krabici a snívať o klobásach.
Čo je podstatou Schrödingerovej mačky? Prečo vôbec prísť s takým neskutočným zážitkom?
Či je mačka živá alebo nie, zistíme podľa výsledkov pokusu až vtedy, keď škatuľu otvoríme. Z pohľadu kvantovej mechaniky je mačka (ako atóm hmoty) súčasne v dvoch stavoch naraz – živá aj mŕtva súčasne. Toto je slávny paradox Schrödingerovej mačky.
To samozrejme nemôže byť. Erwin Schrödinger pripravil tento myšlienkový experiment, aby ukázal nedokonalosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych k makroskopickým systémom.
Tu je Schrödingerova vlastná formulácia:
Môžete tiež postaviť prípady, v ktorých je celkom burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý musí existovať bez ohľadu na zásah mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívnej látky - také malé, že sa za hodinu môže rozpadnúť iba jeden atóm , ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak sa tak stane, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, čím sa uvoľní kladivo, ktoré rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou.
Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Hneď prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnakých častiach. Typické v podobné prípady je neistota, spočiatku obmedzená atómový svet, sa prevádza na makroskopickú neistotu, ktorú je možné eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi rozmazanou alebo neostrou fotkou a fotkou oblakov alebo hmly.
určite pozitívna vec v tomto experimente je fakt, že počas jeho priebehu nebolo zranené ani jedno zviera.
Nakoniec vám na konsolidáciu materiálu odporúčame pozrieť si video zo starého dobrého seriálu „Teória veľkého tresku“.
A ak zrazu máte otázky alebo sa vás váš učiteľ spýtal na problém s kvantovou mechanikou, kontaktujte nás. Spoločne vyriešime všetky problémy oveľa rýchlejšie!
Jurij Gordejev
Programátor, vývojár hier, dizajnér, umelec
„Schrödingerova mačka“ je myšlienkový experiment navrhnutý jedným z priekopníkov kvantovej fyziky, aby ukázal, aké zvláštne kvantové efekty pozerať sa vo vzťahu k makroskopickým systémom.
Pokúsim sa to vysvetliť naozaj jednoduchými slovami: páni z fyziky, neobviňujte ma. Fráza „zhruba povedané“ je naznačená ďalej pred každou vetou.
Vo veľmi, veľmi malom meradle sa svet skladá z vecí, ktoré sa správajú veľmi nezvyčajným spôsobom. Jednou z najpodivnejších vlastností takýchto objektov je schopnosť byť súčasne v dvoch vzájomne sa vylučujúcich stavoch.
Čo je z intuitívneho hľadiska ešte nezvyčajnejšie (niekto by povedal až strašidelné), že akt cieľavedomého pozorovania túto neistotu eliminuje a objekt, ktorý sa práve nachádzal v dvoch protichodných stavoch súčasne, sa pred pozorovateľa objaví v r. len jeden z nich, akoby sa nič nestalo, pozerá nabok a nevinne pískne.
Na subatomárnej úrovni je na tieto huncútstva každý už dávno zvyknutý. Existuje matematický aparát, ktorý tieto procesy popisuje a vedomostí o nich našiel najviac rôzne aplikácie: Napríklad v počítačoch a kryptografii.
Na makroskopickej úrovni sa tieto účinky nepozorujú: nám známe predmety sú vždy v jedinom špecifickom stave.
Teraz k myšlienkovému experimentu. Vezmeme mačku a vložíme ho do krabice. Položíme aj banku s jedovatý plyn, rádioaktívny atóm a Geigerov počítač. Rádioaktívny atóm sa môže alebo nemusí kedykoľvek rozpadnúť. Ak sa rozpadne, počítadlo zaznamená žiarenie, jednoduchý mechanizmus rozbije banku s plynom a naša mačka zomrie. Ak nie, mačka zostane nažive.
Krabicu zatvoríme. Od tohto momentu je náš atóm z pohľadu kvantovej mechaniky v stave neistoty – rozpadol sa s pravdepodobnosťou 50% a nerozpadol sa s pravdepodobnosťou 50%. Predtým, ako otvoríme krabicu a pozrieme sa dovnútra (urobíme pozorovanie), bude v oboch stavoch naraz. A keďže osud mačky priamo závisí od stavu tohto atómu, ukazuje sa, že mačka je tiež doslova živá a mŕtva súčasne („...rozmazávanie živej a mŕtvej mačky (pardon za výraz) v rovnakom časti...“ píše autor experimentu). Presne takto by túto situáciu opísala kvantová teória.
Schrödinger len ťažko tušil, aký hluk spôsobí jeho nápad. Samozrejme, samotný experiment, dokonca aj v origináli, je opísaný mimoriadne surovo a bez akejkoľvek predstierania vedeckej presnosti: autor chcel svojim kolegom sprostredkovať myšlienku, že teóriu je potrebné doplniť o jasnejšie definície procesov typu „pozorovanie“. “, aby sa z jej jurisdikcie vylúčili scenáre s mačkami v krabiciach.
Myšlienka mačky bola dokonca použitá na „dokázanie“ existencie Boha ako superinteligencie, ktorej neustále pozorovanie umožňuje našu existenciu. V skutočnosti „pozorovanie“ nevyžaduje vedomého pozorovateľa, čím sa časť mystiky vyníma z kvantových efektov. Ale aj tak zostáva dnes kvantová fyzika hranicou vedy s mnohými nevysvetliteľnými javmi a ich interpretáciami.
Ivan Boldin
Kandidát fyzikálnych a matematických vied, vedecký pracovník, absolvent MIPT
Správanie sa objektov mikrosveta ( elementárne častice, atómy, molekuly) sa výrazne líši od správania predmetov, s ktorými sa zvyčajne musíme vysporiadať. Napríklad elektrón môže súčasne preletieť cez dve priestorovo vzdialené miesta alebo byť súčasne na niekoľkých obežných dráhach v atóme. Na popis týchto javov bola vytvorená teória – kvantová fyzika. Podľa tejto teórie môžu byť častice napríklad rozmazané v priestore, ale ak chcete určiť, kde sa častica nachádza, potom vždy nájdete celú časticu na nejakom mieste, to znamená, že sa bude zdať, že sa zrúti z jej rozmazania. štátu na nejaké konkrétne miesto. To znamená, že sa verí, že kým nezmeriate polohu častice, nemá vôbec žiadnu polohu a fyzika môže iba predpovedať, s akou pravdepodobnosťou môžete časticu na ktorom mieste odhaliť.
Erwin Schrödinger, jeden z tvorcov kvantovej fyziky, si položil otázku: čo ak v závislosti od výsledku merania stavu mikročastice dôjde alebo nenastane nejaká udalosť. Dalo by sa to implementovať napríklad takto: vezmite rádioaktívny atóm s polčasom rozpadu povedzme hodinu. Do nepriehľadnej škatule sa dá umiestniť atóm, dá sa tam umiestniť zariadenie, ktoré keď naň spadnú produkty, rádioaktívny rozpad atóm rozbije ampulku s jedovatým plynom a vloží mačku do tejto krabice. Potom zvonku neuvidíte, či sa atóm rozpadol alebo nie, teda o kvantová teória súčasne sa rozpadla a nerozpadla, a preto bola mačka súčasne živá a mŕtva. Táto mačka sa stala známou ako Schrödingerova mačka.
Môže sa zdať prekvapujúce, že mačka môže byť živá a mŕtva súčasne, hoci formálne tu nie je žiadny rozpor a nejde o vyvrátenie kvantovej teórie. Môžu však vzniknúť otázky, napríklad: kto môže zrútiť atóm z rozmazaného stavu do určitého stavu a kto sa takýmto pokusom sám dostane do rozmazaného stavu? Ako prebieha tento proces kolapsu? Alebo ako sa stane, že ten, kto vykoná kolaps, sám neposlúchne zákony kvantovej fyziky? Či tieto otázky dávajú zmysel, a ak áno, aké sú odpovede, stále nie je jasné.
George Panin
vyštudoval Ruskú chemickú technickú univerzitu pomenovanú po. DI. Mendelejev, hlavný odborník výskumného oddelenia (marketingový prieskum)
Ako nám vysvetlil Heisenberg, kvôli princípu neurčitosti je popis objektov v kvantovom mikrosvete iného charakteru ako bežný popis objektov v newtonskom makrosvete. Namiesto priestorových súradníc a rýchlosti, ktoré sme zvyknutí popisovať mechanický pohyb, napríklad guľa na biliardovom stole, v kvantovej mechanike sa objekty opisujú takzvanou vlnovou funkciou. Hrebeň „vlny“ zodpovedá maximálnej pravdepodobnosti nájdenia častice vo vesmíre v okamihu merania. Pohyb takejto vlny popisuje Schrödingerova rovnica, ktorá nám hovorí, ako sa mení stav kvantového systému v čase.
Teraz o mačke. Každý vie, že mačky sa radi schovávajú v krabiciach (thequestion.ru). Erwin Schrödinger bol tiež známy. Navyše, s čisto severským fanatizmom, túto vlastnosť využil v slávnom myšlienkovom experimente. Podstatou bolo, že mačka bola zavretá v krabici s pekelným strojom. Stroj je cez relé spojený s kvantovým systémom, napríklad s rádioaktívne sa rozpadajúcou látkou. Pravdepodobnosť rozpadu je známa a je 50%. Pekelný stroj sa spustí, keď sa kvantový stav systému zmení (nastane rozpad) a mačka úplne zomrie. Ak necháte systém „Cat-box-hellish machine-quanta“ na jednu hodinu pre seba a zapamätáte si, že stav kvantového systému je opísaný z hľadiska pravdepodobnosti, potom je jasné, že to, či je mačka nažive alebo nie, závisí od tento momentčasu, pravdepodobne to nebude fungovať, rovnako ako nebude možné vopred presne predpovedať pád mince na hlavu alebo chvost. Paradox je veľmi jednoduchý: vlnová funkcia, ktorá opisuje kvantový systém, zmiešava dva stavy mačky - je živá a mŕtva súčasne, rovnako ako viazaný elektrón s rovnaká pravdepodobnosť môžu byť umiestnené kdekoľvek vo vesmíre v rovnakej vzdialenosti od atómové jadro. Ak krabicu neotvoríme, nevieme presne, ako na tom mačka je. Bez pozorovania (merania) atómového jadra môžeme opísať jeho stav iba superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov: rozpadnutého a nerozpadnutého jadra. Mačka v jadrovej závislosti je živá aj mŕtva súčasne. Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny?
Kodanská interpretácia experimentu nám hovorí, že systém prestáva byť zmesou stavov a vyberie si jeden z nich v momente, keď dôjde k pozorovaniu, ktoré je zároveň meraním (otvorí sa rámček). To znamená, že samotný fakt merania sa mení fyzická realita, čo vedie ku kolapsu vlnovej funkcie (mačka sa buď stane mŕtvou, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch)! Myslite na to, experiment a merania, ktoré ho sprevádzajú, menia realitu okolo nás. Osobne tento fakt trápi môj mozog oveľa viac ako alkohol. Tento paradox ťažko prežíva aj známy Steve Hawking, ktorý opakuje, že keď počuje o Schrödingerovej mačke, jeho ruka natiahne ruku k Browningovi. Závažnosť reakcie vynikajúceho teoretického fyzika je spôsobená skutočnosťou, že podľa jeho názoru je úloha pozorovateľa pri kolapse vlnovej funkcie (zrútenie sa do jedného z dvoch pravdepodobnostných) stavov značne prehnaná.
Samozrejme, keď profesor Erwin v roku 1935 vymyslel svoje mučenie mačiek, bol to dômyselný spôsob, ako ukázať nedokonalosť kvantovej mechaniky. V skutočnosti mačka nemôže byť živá a mŕtva súčasne. V dôsledku jednej z interpretácií experimentu sa ukázalo, že existuje rozpor medzi zákonmi makrosveta (napríklad druhý termodynamický zákon - mačka je buď živá alebo mŕtva) a mikro- svet (mačka je živá a mŕtva zároveň).
Vyššie uvedené sa používa v praxi: v kvantových výpočtoch a kvantovej kryptografii. Svetelný signál v superpozícii dvoch stavov sa vysiela cez optický kábel. Ak sa útočníci pripoja ku káblu niekde v strede a urobia tam signál, aby mohli odpočúvať prenášané informácie, potom sa zrúti vlnová funkcia(z pohľadu Kodanská interpretácia vykoná sa pozorovanie) a svetlo prejde do jedného zo stavov. Vykonaním štatistických testov svetla na prijímacom konci kábla bude možné zistiť, či je svetlo v superpozícii stavov alebo už bolo pozorované a prenesené do iného bodu. Robí možné vytvorenie komunikačné prostriedky, ktoré vylučujú nezachytiteľné zachytenie signálu a odpočúvanie.
Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera, hrdinu série „Teória veľký tresk“ („Teória veľkého tresku“), ktorú dodal pre svoju menej vzdelanú susedku Penny. Pointou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky možno aplikovať na medziľudské vzťahy. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký je medzi nimi vzťah: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Dovtedy je vzťah dobrý aj zlý. youtube.com
Ak máte záujem o článok na tému z kvantovej fyziky, potom je vysoká pravdepodobnosť, že máte radi televízny seriál „Teória veľkého tresku“. Sheldon Cooper teda prišiel s novou interpretáciou Schrödingerov myšlienkový experiment(Video s týmto fragmentom nájdete na konci článku). Aby sme však pochopili Sheldonov dialóg s jeho susedkou Penny, vráťme sa najskôr ku klasickému výkladu. Takže Schrödingerova mačka jednoduchými slovami.
V tomto článku sa pozrieme na:
- Krátky historický odkaz
- Opis experimentu so Schrödingerovou mačkou
- Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky
Hneď dobrá správa. Počas experimentu Schrödingerovej mačke sa nič nestalo. Pretože fyzik Erwin Schrödinger, jeden z tvorcov kvantovej mechaniky, uskutočnil iba myšlienkový experiment.
Skôr než sa vrhneme na popis experimentu, urobme si mini exkurziu do histórie.
Začiatkom minulého storočia sa vedcom podarilo nahliadnuť do mikrosveta. Napriek vonkajšej podobnosti modelu „atóm-elektrón“ s modelom „Slnko-Zem“ sa ukázalo, že známe newtonovské zákony klasickej fyziky v mikrokozme nefungujú. Preto sa to objavilo nová veda– kvantová fyzika a jej súčasť – kvantová mechanika. Všetky mikroskopické objekty mikrosveta sa nazývali kvantá.
Pozor! Jedným z postulátov kvantovej mechaniky je „superpozícia“. Bude nám užitočné pochopiť podstatu Schrödingerovho experimentu.
„Superpozícia“ je schopnosť kvanta (môže to byť elektrón, fotón, jadro atómu) byť nie v jednom, ale v niekoľkých stavoch súčasne alebo byť v niekoľkých bodoch priestoru súčasne. čas, ak ho nikto nesleduje
To je pre nás ťažké pochopiť, pretože v našom svete môže mať objekt iba jeden stav, napríklad byť živý alebo mŕtvy. A môže byť len na jednom konkrétnom mieste vo vesmíre. Môžete si prečítať o „superpozícii“ a úžasných výsledkoch experimentov kvantovej fyziky V tomto článku.
Tu je jednoduchá ilustrácia rozdielu medzi správaním mikro a makro objektov. Umiestnite loptu do jednej z 2 krabičiek. Pretože Lopta je objektom nášho makrosveta, poviete s istotou: „Lopta leží iba v jednej z krabíc, zatiaľ čo druhá je prázdna.“ Ak namiesto lopty vezmete elektrón, potom bude pravdivé tvrdenie, že je súčasne v 2 krabiciach. Takto fungujú zákony mikrosveta. Príklad: Elektrón v skutočnosti neotáča okolo jadra atómu, ale nachádza sa súčasne vo všetkých bodoch gule okolo jadra. Vo fyzike a chémii sa tento jav nazýva „elektrónový oblak“.
Zhrnutie. Uvedomili sme si, že správanie veľmi malého objektu a veľký objekt podliehajú rôznym zákonom. Zákony kvantovej fyziky a zákony klasickej fyziky, resp.
Ale neexistuje žiadna veda, ktorá by popisovala prechod z makrosveta do mikrosveta. Erwin Schrödinger teda presne opísal svoj myšlienkový experiment, aby demonštroval neúplnosť všeobecná teória fyzika. Chcel, aby Schrödingerov paradox ukázal, že existuje veda na opis veľkých objektov ( klasickej fyziky) a veda na opis mikroobjektov (kvantová fyzika). ale nie je dostatok vedy na opis prechodu z kvantových systémov na makrosystémy.
Opis experimentu so Schrödingerovou mačkou
Erwin Schrödinger opísal myšlienkový experiment s mačkou v roku 1935. Pôvodná verzia popisu experimentu je uvedená na Wikipédii ( Schrödingerova mačka Wikipedia).
Tu je verzia opisu experimentu so Schrödingerovou mačkou jednoduchými slovami:
- V uzavretej oceľovej krabici bola umiestnená mačka.
- V „Schrödingerovom boxe“ sa nachádza zariadenie s rádioaktívne jadro a jedovatý plyn umiestnený v nádobe.
- Jadro sa môže rozpadnúť do 1 hodiny alebo nie. Pravdepodobnosť rozpadu – 50 %.
- Ak sa jadro rozpadne, Geigerov počítač to zaznamená. Relé bude fungovať a kladivo rozbije nádobu na plyn. Schrödingerova mačka zomrie.
- Ak nie, Schrödingerova mačka bude nažive.
Podľa zákona „superpozície“ kvantovej mechaniky je v čase, keď systém nepozorujeme, jadro atómu (a teda aj mačka) v 2 stavoch súčasne. Jadro je v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. A mačka je v stave, že je živá/mŕtva zároveň.
S istotou však vieme, že ak sa otvorí „Schrödinger box“, mačka môže byť iba v jednom zo stavov:
- ak sa jadro nerozpadne, naša mačka žije
- ak sa jadro rozpadne, mačka je mŕtva
Paradoxom experimentu je to podľa kvantovej fyziky: pred otvorením krabice je mačka živá aj mŕtva súčasne, ale podľa fyzikálnych zákonov nášho sveta je to nemožné. Cat môže byť v jednom konkrétnom stave – byť nažive alebo byť mŕtvy. Neexistuje žiadny zmiešaný stav „mačka je živá/mŕtva“ súčasne.
Skôr ako dostanete odpoveď, pozrite si toto nádherné video ilustrujúce paradox experimentu Schrödingerovej mačky (menej ako 2 minúty):
Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky – kodanská interpretácia
Teraz riešenie. Venujte pozornosť špeciálnemu tajomstvu kvantovej mechaniky - pozorovateľský paradox. Objekt mikrosveta (v našom prípade jadro) sa nachádza v niekoľkých stavoch súčasne len kým nepozorujeme systém.
Napríklad, slávny experiment s 2 štrbinami a pozorovateľom. Keď bol lúč elektrónov nasmerovaný na nepriehľadnú platňu s 2 zvislými štrbinami, elektróny namaľovali na obrazovku za platňou „vlnový vzor“ – vertikálne sa striedajúce tmavé a svetlé pruhy. Keď však experimentátori chceli „vidieť“, ako elektróny prelietavajú cez štrbiny, a nainštalovali „pozorovateľa“ na stranu obrazovky, elektróny na obrazovke nenakreslili „vlnový vzor“, ale 2 zvislé pruhy. Tie. sa nesprávali ako vlny, ale ako častice.
Vyzerá to ako kvantové častice Sami sa rozhodujú, aký stav prijmú v momente, keď sú „meraní“.
Na základe toho znie moderné kodanské vysvetlenie (interpretácia) fenoménu „Schrödingerovej mačky“ takto:
Zatiaľ čo nikto nepozoruje systém „mačacieho jadra“, jadro je súčasne v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. Ale je chybou tvrdiť, že mačka je zároveň živá/mŕtva. prečo? Áno, pretože kvantové javy sa v makrosystémoch nepozorujú. Správnejšie by bolo hovoriť nie o systéme „cat-core“, ale o systéme „core-detector (Geiger counter)“.
Jadro si v momente pozorovania (alebo merania) vyberie jeden zo stavov (rozpadnutý/nerozpadnutý). K tejto voľbe ale nedochádza v momente, keď experimentátor škatuľku otvorí (otvorenie škatuľky nastáva v makrosvete, veľmi ďalekom od sveta jadra). Jadro si vyberá svoj stav v momente, keď narazí na detektor. Faktom je, že systém nie je v experimente dostatočne popísaný.
Kodanská interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky teda popiera, že do momentu otvorenia škatule bola Schrödingerova mačka v stave superpozície – bola zároveň v stave živej/mŕtvej mačky. Mačka v makrokozme môže existovať a existuje len v jednom stave.
Zhrnutie. Schrödinger experiment úplne neopísal. Nie je to správne (presnejšie, nedá sa spojiť) makroskopické a kvantové systémy. V našich makrosystémoch nefungujú kvantové zákony. V tomto experimente neinteraguje „mačacie jadro“, ale „mačacie jadro-detektor“. Mačka je z makrokozmu a systém „jadro detektora“ je z mikrokozmu. A len vo svojom vlastnom kvantový svet jadro môže byť súčasne v 2 stavoch. K tomu dochádza pred meraním jadra alebo pred interakciou s detektorom. Ale mačka vo svojom makrokozme môže existovať a existuje len v jednom stave. Preto, Len na prvý pohľad sa zdá, že stav „živej alebo mŕtvej“ mačky je určený v momente otvorenia krabice. V skutočnosti je jeho osud určený vo chvíli, keď detektor interaguje s jadrom.
Záverečné zhrnutie. Stav systému „detektor-jadro-mačka“ NIE JE spojený s osobou – pozorovateľom krabice, ale s detektorom – pozorovateľom jadra.
Fuj. Skoro sa mi uvaril mozog! Ale aké pekné je pochopiť riešenie paradoxu sami! Ako v starom študentskom vtipe o učiteľovi: „Keď som to hovoril, pochopil som to!“
Sheldonova interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky
Teraz sa môžete pohodlne usadiť a počúvať Sheldonovu najnovšiu interpretáciu Schrödingerovho myšlienkového experimentu. Podstatou jeho výkladu je, že sa dá aplikovať vo vzťahoch medzi ľuďmi. Rozumieť dobrý vzťah medzi mužom a ženou alebo zlé - musíte otvoriť krabicu (ísť na rande). A predtým boli dobrí aj zlí zároveň.
Ako sa vám páči tento „roztomilý experiment“? V našej dobe by Schrödinger dostal od ochrancov zvierat veľa trestov za takéto brutálne myšlienkové experimenty s mačkou. Alebo to možno nebola mačka, ale Schrödingerova mačka?! Úbohé dievča, dosť trpelo týmto Schrödingerom (((
Uvidíme sa v ďalších publikáciách!
Prajem vám všetkým pekný deň a príjemný večer!
P.S. Podeľte sa o svoje myšlienky v komentároch. A klásť otázky.
P.S. Prihláste sa na odber blogu – formulár na odber sa nachádza pod článkom.
Mnoho ľudí počulo túto frázu - Schrödingerova mačka. A niektorí milovníci mačiek sa pýtajú: "Kde si môžem kúpiť takú mačku?" Nikde ho však nekúpite, pretože neexistuje! Neexistuje ako zviera, ale cíti sa skvele ako myšlienkový experiment alebo paradox, ktorý svojho času vymyslel Schrödinger.
Trochu o samotnom Schrödingerovi
Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger bol vo svojej dobe nielen vynikajúcim vedcom, kandidát na Nobelovu cenu, ale aj skutočný „otec kvantovej mechaniky“. IN atómová fyzika základný koncept Uvažuje sa o jeho rovnici, ktorá sa nazýva „Schrodingerova rovnica“. Ale popularitu to neprinieslo vynikajúci fyzik! A jeho myšlienkový experiment, ktorý odhalil paradox týkajúci sa kvantovej fyziky.
Tento Schrödingerov experiment sa stal takým zjavením, že o ňom vedia nielen fyzici, ale aj bežní ľudia. Aspoň podľa mena! A tento experiment sám o sebe bol dôkazom nejednotnosti výkladu zákonov kvantovej mechaniky, ktorú v roku 1927 v Kodani prezentovali Niels Bohr a Werner Heisenberg. Táto interpretácia bola založená na odpovedi dvoch vedcov na otázku o korpuskulárnom - vlnový dualizmus, ktorý je charakteristický pre kvantovú mechaniku. Táto interpretácia dáva dôvod domnievať sa, že miešanie systému sa zastaví presne v momente pozorovania - jednoducho vyberie konkrétny, jeden stav.
Podstata experimentu alebo rovnaký Schrödingerov paradox
Čo je to - Schrödingerova mačka, ako môžeme pochopiť túto skúsenosť? " Postavy„V tomto experimente je živá mačka a rádioaktívne atómy. Tu je pomerne jednoduché vysvetlenie tohto experimentu:
- Máme krabicu, v tejto krabici bude sedieť mačka (alebo mačka - na tom nezáleží) a bude tam aj špeciálny mechanizmus. Tento mechanizmus pozostáva z nádoby s pomerne jedovatým plynom a atómového jadra. Okrem toho má toto jadro dobu rozpadu jednu hodinu s pravdepodobnosťou 50%, čo sa rovná „za“ alebo „proti“. V momente rozpadu sa aktivuje mechanizmus, ktorý túto nádobu s jedom vo forme plynu otvorí. To znamená, že jadro sa stále rozpadlo - mačka zomrela na otravu. Jadro zostáva neporušené - mačka je zdravá a veselá.
- Mačka (alebo mačka) je zamknutá v tomto boxe a sedí tam presne jednu hodinu.
- Zdá sa, že samotná kvantová mechanika nám hovorí, že samotná naša mačka aj jadro atómu sú súčasne v oboch stavoch (toto je superpozícia). Aj keď sme ešte neotvorili nešťastnú škatuľu, pravdepodobnosť situácie „naša mačka žije“ alebo „naša mačka, žiaľ, zomrela“ je 50% až 50%. To znamená, že naša mačka, ktorá sedí v tejto krabici, je mŕtva aj živá zároveň!
- Navyše v tejto situácii neexistuje žiadny medzistav medzi živým a mŕtvym! A to vôbec nezávisí od pozorovateľa, ale iba od jadra!
To znamená, že veľmi zjednodušene povedané, neexistuje žiadne pozorovanie jadra a mačky. A preto sa ich stav dá opísať dvoma spôsobmi – jadro sa rozpadlo a mačka je mŕtva, jadro sa nerozpadlo a mačka žije. Zároveň bez overenia je mačka mŕtva aj živá, pretože jadro sa rozpadlo aj nerozpadlo. A iba s kontrolou po hodine môžete s istotou „stanoviť diagnózu“. A pred uplynutím tejto hodiny sú jadro aj naša mačka naraz v dvoch fázach - pozitívnej aj negatívnej! Toto je ten paradox! Pretože nemôžete byť mŕtvy aj živý súčasne - je to v rozpore so všetkými zákonmi. Ale pred kontrolou o hodinu neskôr je jednoducho nemožné povedať, v akom presnom stave je toto jadro, a teda aj naša mačka. Akékoľvek vyhlásenie bude nepravdivé!
A pomocou tohto experimentu je jasne viditeľné, že kvantová mechanika stále obsahuje veľmi významné a paradoxné nedostatky. Jasne to dokázala notoricky známa Schrödingerova mačka. Koniec koncov, nie je možné byť súčasne živým aj mŕtvym, a to je presne to, čo sa deje na podnet práve tejto kvantovej mechaniky! Prax ukazuje, že takýto paradox je vopred jednoducho nemysliteľný zdravý rozum. To znamená, že celá kvantová mechanika je paradoxná a vyžaduje si doplnenia vo forme pravidiel, len tie môžu naznačiť podmienky, za ktorých bude existovať iba jedna možnosť.
Interpretácie Schrödingerovho experimentu
Začnime tým, že hoci názov, ktorý dnes existuje, hovorí o tomto experimente ako „Schrödingerova mačka“, v pôvodnej verzii experimentu bola mačka! A existujú aj dnes túto skúsenosť má viacero výkladov
Kodanská interpretácia
Práve ona tvrdí, že do momentu otvorenia škatule je náš nešťastný kocúr v „zmiešanom“ stave – teda je mŕtvy aj živý zároveň. Paradox? Bezpochýb! A to isté sa deje až v momente, keď sme otvorili Schrödingerovu skrinku kolaps vlny, ktorá „ukladá všetko na svoje miesto“. Ale v tejto interpretácii nie je jasné pravidlá, ktorý sa rozsvieti v momente, keď atóm jadra zasiahne detektor.
Everettov výklad, nazývaný mnoho-svety
Samotné pozorovanie tu nie je špeciálne ani potrebné. Podľa tohto výkladu môžu oba stavy mačky existovať pred vystavením životné prostredie. A až keď sa otvorí Schrödingerova skrinka, zostane jeden skutočný stav!
Výklad samotnej mačky
Mačka samozrejme nerozumie ničomu z kvantovej mechaniky, ale jednoznačne rozumie hodnoteniu svojho stavu. Presne toto tvrdili Max Tegmark, Hans Moravec a Bruno Marshall! Ak súdite z vnútorného pohľadu samotnej mačky, potom zostane vždy nažive. A to všetko preto, že mŕtvy nebude schopný zhodnotiť svoj stav, a ak po otvorení Schrödingerovej škatule táto mačka vyhodnotí, potom zjavne nie je mŕtvy! A tento paradox nenazvali inak ako „kvantová samovražda zvieraťa“!
Kalifornský paradox!
Ale toto je úplne mimo sféry fantázie! Nadav Katz, vedec z Kalifornie, vykonal a opísal nasledujúci experiment. Vrátil kvantový stav tejto častice do východiskového bodu a bol schopný zmerať jej stav. Podľa neho aj otvorením Schrödingerovej škatule môžete všetko vrátiť do východiskového bodu. A nezáleží na tom, či je mačka živá alebo mŕtva, môžete „resetovať všetko“. Paradox? Bezpochýb!
Toto je tá istá mačka vo svetovej literatúre
Experiment fyzika Schrödingera priniesol jemu (a jeho mačke!) slávu nielen vo vedeckých kruhoch, ale aj v literatúre. Robert Heinlein vo svojom románe The Cat Walks Through Walls opísal zázvorovú mačku menom Pixel. Vždy je v oboch štátoch, rovnako ako jeho menovec Schrödinger. A presne na tom je založený celý dej románu!
Terry Prattchert ale opísal zvláštne plemeno mačiek, ktoré pochádzalo z predka – mačky, ktorá bola účastníkom Schrödingerovho experimentu. Navyše tieto mačky boli nezvyčajne inteligentné. Ale základom je zaujímavý dej románu, ktorý sa nazýva „Invázia Kvantové mačky“, autor Frederik Pohl, ležali mačky z paralelných, či skôr „susedných“ vesmírov. A Schrödingerov experiment ho podnietil k takémuto sprisahaniu!
Ale (satirická) miniatúra od Nikolaja Baytova s názvom „Schrodingerova mačka“ opisuje zvrat tohto zážitku. Podľa sprisahania existuje taká „Liga zvratného času“. Členovia tejto Ligy mačku neustále pozorne sledujú už päťdesiat rokov. To znamená, že podstatou tohto sprisahania je, že ľudia (členovia tejto ligy) bez zastavenia pozorovania zachránia život nešťastného zvieraťa. Akonáhle sa pozorovanie zastaví, mačka zomrie!
A nielen v literatúre, ale aj v mnohých filmoch a televíznych seriáloch je táto mačka prítomná. Napríklad hlavná postava, ktorá je zobrazená v seriáli „Sliding“, má osobného favorita s prezývkou (ani viac, ani menej!) Schrödinger. A ako by to mohlo byť inak, samotná podstata tejto série je postavená na kvantovej (samozrejme!) mechanike a jej zákonitostiach. A aj keď je séria trochu humorná, dobrodružná a fantasy, pozeralo ju veľa ľudí. To znamená, že bola uznaná aj Schrödingerova mačka.
A možno práve preto veľa skutočných milovníkov chlpatých miláčikov hľadá na internete informácie, kde si takého fešáka kúpiť? Tiež sa pýtajú, čo je to za plemeno a ako ho získať! To všetko vďaka literatúre a kinematografii, ako aj obrovskej popularite samotného Schrödingerovho experimentu. Ale v skutočnosti bola tá mačka, ktorá slúžila ako prototyp tejto najslávnejšej Cat, úplne obyčajná. Mala korytnačiu farbu a bola ešte veľmi mladá! A je veľmi dobré, že po experimente sa ukázalo, že je úplne nažive! Mimochodom, po zverejnení správy o svojom myšlienkovom experimente dostal sám Schrödinger množstvo ponúk na predaj mačiatok, ktoré jeho miláčik neskôr získal. Takže teraz by na svete malo byť pomerne veľa potomkov najslávnejšej Cat v histórii, alebo skôr mačiek!
Môže byť mačka živá aj mŕtva súčasne? Koľko existuje paralelné vesmíry? A existujú vôbec? To vôbec nie sú sci-fi otázky, ale veľmi reálne. vedeckých problémov, riešený kvantovou fyzikou.
Začnime teda s Schrödingerova mačka. Toto je myšlienkový experiment navrhnutý Erwinom Schrödingerom, aby poukázal na paradox, ktorý existuje v kvantovej fyzike. Podstata experimentu je nasledovná.
Imaginárna mačka je súčasne umiestnená v uzavretej krabici, rovnako ako rovnaký imaginárny mechanizmus s rádioaktívnym jadrom a nádobou s jedovatým plynom. Podľa experimentu, ak sa jadro rozpadne, aktivuje mechanizmus: otvorí sa plynová nádoba a mačka zomrie. Pravdepodobnosť rozpadu jadra je 1:2.
Paradoxom je, že podľa kvantovej mechaniky, ak sa jadro nepozoruje, potom je mačka v takzvanej superpozícii, inými slovami, mačka je súčasne vo vzájomne sa vylučujúcich stavoch (je živá aj mŕtva). Ak však pozorovateľ otvorí krabicu, môže si overiť, že mačka je v jednom konkrétnom stave: je buď živá, alebo mŕtva. Neúplnosť kvantovej teórie podľa Schrödingera spočíva v tom, že nešpecifikuje, za akých podmienok prestáva byť mačka v superpozícii a ukáže sa, že je buď živá alebo mŕtva.
Tento paradox znásobuje Wignerov experiment, ktorý k už existujúcemu myšlienkovému experimentu pridáva kategóriu priateľov. Podľa Wignera, keď experimentátor otvorí krabicu, bude vedieť, či je mačka živá alebo mŕtva. Pre experimentátora prestáva byť mačka v superpozícii, no pre kamaráta, ktorý je za dverami a ešte nevie o výsledkoch experimentu, je mačka stále niekde „medzi životom a smrťou“. V tomto sa dá pokračovať nekonečné číslo dvere a priatelia a podľa podobnej logiky bude mačka v superpozícii, kým všetci ľudia vo vesmíre nebudú vedieť, čo experimentátor videl, keď otvoril krabicu.
Ako kvantová fyzika vysvetľuje takýto paradox? Kvantová fyzika navrhuje myšlienkový experiment kvantová samovražda a dve možné možnosti vývoj udalostí založený na rôznych interpretáciách kvantovej mechaniky.
V myšlienkovom experimente je na účastníka namierená zbraň a buď vystrelí v dôsledku rozpadu rádioaktívneho atómu, alebo nie. Opäť 50 na 50. Účastník experimentu teda buď zomrie, alebo nie, ale zatiaľ je, podobne ako Schrödingerova mačka, v superpozícii.
Túto situáciu možno z hľadiska kvantovej mechaniky interpretovať rôznymi spôsobmi. Podľa kodanskej interpretácie zbraň nakoniec vybuchne a účastník zomrie. Podľa Everettovej interpretácie superpozícia zabezpečuje prítomnosť dvoch paralelných vesmírov, v ktorých účastník súčasne existuje: v jednom z nich žije (zbraň nevystrelila), v druhom je mŕtvy (zbraň vystrelila). Ak je však interpretácia mnohých svetov správna, potom v jednom z vesmírov účastník vždy zostáva nažive, čo vedie k myšlienke existencie „kvantovej nesmrteľnosti“.
Pokiaľ ide o Schrödingerovu mačku a pozorovateľa experimentu, potom sa podľa Everettovej interpretácie nachádza aj on a mačka v dvoch vesmíroch naraz, teda v „kvantovom jazyku“, „zapletení“ s ním.
Znie to ako príbeh z fantasy román toto je však jedna z mnohých vedeckých teórií, ktorý sa odohráva v modernej fyzike.
