Izraz naravna selekcija. Gonilna sila evolucije: kakšne oblike naravne selekcije obstajajo

Leta 1935 velik fizik, Nobelov nagrajenec in ustanovitelj kvantna mehanika Erwin Schrödinger je formuliral svoj slavni paradoks.

Znanstvenik je predlagal, da če vzamete določeno mačko in jo postavite v neprozorno jekleno škatlo z "peklenskim strojem", potem bo čez eno uro živa in mrtva hkrati. Mehanizem v škatli izgleda takole: Znotraj Geigerjevega števca je mikroskopska količina radioaktivna snov, ki lahko razpade samo na en atom v eni uri; hkrati pa z enako verjetnostjo morda ne razpade. Če pride do razpada, bo vzvodni mehanizem deloval in kladivo bo zlomilo posodo s cianovodikovo kislino in mačka bo umrla; če ne pride do razpada, bo posoda ostala nedotaknjena in mačka bo živa in zdrava.

Če ne bi šlo za mačko in škatlo, ampak za svet subatomski delci, potem bi znanstveniki rekli, da je mačka hkrati živa in mrtva, vendar je v makrokozmosu tak sklep napačen. Zakaj torej operiramo s takimi koncepti, ko govorimo o več majhnih delcev zadeva?

Schrödingerjeva ilustracija je najboljši primer da opišem glavni paradoks kvantne fizike: po njenih zakonih delci, kot so elektroni, fotoni in celo atomi, obstajajo v dveh stanjih hkrati ("živi" in "mrtvi", če se spomnite dolgotrpeče mačke). Ta stanja se imenujejo superpozicije.

Ameriški fizik Art Hobson z Univerze v Arkansasu (Arkansas State University) je predlagal svojo rešitev ta paradoks.

"Meritve v kvantni fiziki temeljijo na delovanju nekaterih makroskopskih naprav, kot je Geigerjev števec, s pomočjo katerega se določa kvantno stanje mikroskopskih sistemov - atomov, fotonov in elektronov. Kvantna teorija pomeni, da če povežete mikroskopsko sistema (delca) do neke makroskopske naprave, pri čemer ločimo dva različna stanja sistem, potem bo naprava (Geigerjev števec, na primer) prešla v stanje kvantne prepletenosti in se tudi znašla v dveh superpozicijah hkrati. Nemogoče pa je neposredno opazovati ta pojav, zaradi česar je nesprejemljiv,« pravi fizik.

Hobson pravi, da v Schrödingerjevem paradoksu mačka igra vlogo makroskopske naprave, Geigerjevega števca, povezanega z radioaktivnim jedrom, da se določi stanje razpada ali "nerazpada" tega jedra. V tem primeru bo živa mačka pokazatelj "ne-razpada", mrtva mačka pa indikator razpada. Toda glede na kvantna teorija, mora mačka, tako kot jedro, obstajati v dveh superpozicijah življenja in smrti.

Namesto tega pravi fizik, bi moralo biti mačje kvantno stanje prepleteno s stanjem atoma, kar pomeni, da sta drug z drugim v "nelokalnem odnosu". To pomeni, da če se stanje enega od zapletenih predmetov nenadoma spremeni v nasprotno, se bo spremenilo tudi stanje njegovega para, ne glede na to, kako daleč sta drug od drugega. Pri tem se Hobson sklicuje na to kvantno teorijo.

»Najbolj zanimiva stvar pri teoriji kvantne prepletenosti je, da se stanje obeh delcev zgodi takoj: nobena svetloba ali elektromagnetni signal ne bi imel časa za prenos informacije iz enega sistema v drugega. Tako lahko rečemo, da gre za en objekt prostor razdeljen na dva dela, ne glede na to, kako velika je razdalja med njima,« pojasnjuje Hobson.

Schrödingerjeva mačka ni več živa in mrtva hkrati. Mrtev je, če pride do razpada, in živ, če do razpada nikoli ne pride.

Dodajmo, da so podobne rešitve tega paradoksa v zadnjih tridesetih letih predlagale še tri skupine znanstvenikov, ki pa niso bile vzete resno in so ostale neopažene v širokih znanstvenih krogih. Hobson ugotavlja, da je reševanje paradoksov kvantne mehanike, vsaj teoretično, nujno potrebno za njeno globoko razumevanje.

Kaj je Schrödingerjeva mačka, Schrödingerjeva mačka, vse o Schrödingerjevi mački, Schrödingerjev mačji paradoks, Schrödingerjev mačji eksperiment, mačka v škatli, ni živa niti mrtva mačka, ali je Schrödingerjeva mačka živa, mačji eksperiment

To je mačka, ki je hkrati živa in mrtva. Za to nesrečno stanje je dolžan Nobelov nagrajenec fizika, avstrijski znanstvenik Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Oddelki:

Bistvo eksperimenta / paradoks

Mačka je v zaprti škatli z mehanizmom, ki vsebuje radioaktivno jedro in posodo s strupenim plinom. Značilnosti poskusa so izbrane tako, da je verjetnost, da bo jedro razpadlo v 1 uri, 50 %. Če jedro razpade, aktivira mehanizem, plinska posoda se odpre in mačka pogine. Po kvantni mehaniki je, če jedra ne opazujemo, potem njegovo stanje opisano s superpozicijo (mešanjem) dveh stanj - razpadlega jedra in nerazpadlega jedra, zato je mačka, ki sedi v škatli, hkrati živa in mrtva. naenkrat.

Takoj, ko odprete škatlo, mora eksperimentator videti samo eno stanje - "jedro je razpadlo, mačka je mrtva" ali "jedro ni razpadlo, mačka je živa." Toda medtem ko v procesu ni opazovalca, nesrečna žival ostane »mrtva«.

Marginalizirani

• Težave ne pridejo same
  Vprašljivo je ne samo zdravje repatega prebivalca škatle, temveč tudi njegov spol: v prvotnem poskusu je bila Schrödingerjeva mačka pravzaprav mačka (die Katze).
• "Mrtvih" mačk ni
  Pomembno si je zapomniti, da Schrödingerjev eksperiment ni bil namenjen dokazovanju obstoja "mrtvih" mačk (in v nasprotju z izjavo v drugem delu igre "Portal" ni bil izumljen kot izgovor za ubijanje mačk). Očitno mora biti mačka živa ali mrtva, saj vmesnega stanja ni.
  Izkušnje kažejo, da kvantna mehanika ne more opisati obnašanja makrosistemov (vključno z mačko): nepopolna je brez nekaterih pravil, ki kažejo, kdaj sistem izbere eno specifično stanje, pod kakšnimi pogoji pride do kolapsa. valovna funkcija in mačka bodisi ostane živa bodisi postane mrtva, vendar preneha biti mešanica obojega.

• Nadav Katz z Univerze v Kaliforniji in njegovi sodelavci so objavili rezultate laboratorijskega poskusa, v katerem jim je uspelo "vrniti" kvantno stanje delca nazaj in po merjenju tega stanja. Tako je mogoče mački rešiti življenje ne glede na pogoje za kolaps valovne funkcije. Ni važno, ali je živ ali mrtev: vedno ga lahko osvojiš nazaj [link] .
• 06/03/2011 RIA Novosti je poročala, da so kitajski fiziki uspeli ustvariti osemfotonska "Schrodingerjeva mačka"[link] , ki naj bi olajšal razvoj bodočih kvantnih računalnikov

Slika v kulturi

Morda nihče ni naredil več za popularizacijo kvantne mehanike kot uboga mačka. Tudi ljudje, ki so najbolj oddaljeni od tega zapletenega področja znanja, v skrbeh za usodo verjetno trpeče živali, poskušajo razumeti zapletenost poskusa v upanju, da ni vse tako slabo. Mačka navdihuje umetnike in popularno kulturo.
Omenimo njegove glavne dosežke:

zlajnana fraza Hans Jost »Ko slišim za kulturo, posežem po puški« takole: »Ko slišim za Schrödingerjevo mačko, moja roka seže po puški!« To je razloženo z dejstvom, da Hawking, tako kot mnogi drugi fiziki, meni, da interpretacija kvantne mehanike »koebenhavnske šole« neutemeljeno poudarja vlogo opazovalca. V zvezi z odprtjem Oddelka za teologijo MEPhI se je po spletu razširila naslednja slika:

Leta 1935 je goreč nasprotnik novo nastajajoče kvantne mehanike, Eric Schrödinger, objavil članek, ki naj bi razkril in dokazal nedoslednost. nova podružnica:

1. razvoj fizike.
2. Bistvo članka je
3. izvajanje miselnega eksperimenta
4. Živo mačko damo v popolnoma zaprto škatlo.
5. Poleg mačke je postavljen Geigerjev števec z enim radioaktivnim atomom.
6. Bučko, napolnjeno s kislino, priključimo neposredno na Geigerjev števec.

Morebiten razpad radioaktivnega atoma bo aktiviral Geigerjev števec, ta pa bo razbil bučko in iz nje razlita kislina bo ubila mačko. Bo mačka ostala živa ali umrla, če bo ostala s tako neprijetnimi sosedi? Za poskus je namenjena ena ura.

Odgovor na to vprašanje in je bil pozvan, da dokaže nedoslednost kvantne teorije, ki temelji na superpoziciji: zakon paradoksa - vsi mikrodelci našega sveta so vedno hkrati v dveh stanjih, dokler jih ne začnemo opazovati. Se pravi biti v:

1. zaprt prostor
2. (kvantna teorija) je naš maček, tako kot njegov nepredvidljivi sosed – atom, sinhrono prisoten

v dveh državah

Živa in hkrati mrtva mačka.

Razpadli in hkrati nerazpadli atom. Kar je po klasični fiziki popoln absurd. Hkratni obstoj takih med seboj izključujočih stvari je nemogoč., v katerem je mačka postavljena skupaj z radioaktivnim atomom, bomo videli le enega od možna stanja preizkušanec.

To je bilo dokazano Ameriški fizik z Univerze v Arkansasu Artu Hobsonu. Po njegovi teoriji, če povežete mikrosistem (radioaktivni atom) z makrosistemom (Geigerjev števec), bo slednji nujno postal prežet s stanjem kvantne prepletenosti prvega in šel v superpozicijo. In ker tega pojava ne moremo neposredno opazovati, bo za nas postal nesprejemljiv (kot je dokazal Schrödinger).

Tako smo ugotovili, da sta atom in števec sevanja v isti superpoziciji. Koga ali kaj potem za ta sistem lahko imenujemo mačka? Logično gledano mačka v tem primeru postane indikator stanja radioaktivno jedro(preprosto - indikator):

1. Maček je živ, jedro ni razpadlo.
2. Maček je mrtev, jedro je razpadlo.

Upoštevati pa moramo dejstvo, da je tudi mačka del enotnega sistema, saj je tudi v boksu. Zato je mačka po kvantni teoriji v tako imenovani nelokalni povezavi z atomom, tj. v zmedenem stanju, kar pomeni v superpoziciji mikrosveta.

Iz tega sledi, da če pride do nenadne spremembe v enem od objektov sistema, se bo enako zgodilo z drugim objektom, ne glede na to, kako daleč sta drug od drugega. Trenutna sprememba stanja obeh objektov dokazuje, da imamo opravka z enim samim sistemom, ki ga prostor preprosto razdeli na dva dela.

To pomeni, da lahko z gotovostjo trdimo, da je Schrödingerjeva mačka takoj ali živa, če atom ni razpadel, ali mrtva, če je atom razpadel.

In vendar je bila prav po zaslugi Schrödingerjevega miselnega eksperimenta skonstruirana matematična naprava, ki opisuje superpozicije mikrosveta. To znanje je našlo široko uporabo v kriptografiji in računalniški tehnologiji.

Nazadnje bi rad opozoril na neizčrpno ljubezen do skrivnostnega paradoksa "Schrodingerjeve mačke" s strani vseh vrst pisateljev in kinematografije. To je samo nekaj primerov:

1. Čarobna naprava, imenovana "Schrodingerjeva mačka" v Lukjanenovem romanu "Zadnja straža".
2. V detektivskem romanu Douglasa Adamsa Detektivska agencija Dirka Gentlyja poteka živahna razprava o problemu Schrödingerjevega mačka.
3. V romanu R. E. Heinleina Mačka hodi skozi zidove je glavni lik, mačka, skoraj ves čas v dveh stanjih hkrati.
4. Slavna Cheshire mačka Lewisa Carrolla v romanu "Alica v čudežni deželi" se rada pojavlja na več mestih hkrati.
5. V romanu Fahrenheit 451 Ray Bradbury načenja vprašanje Schrödingerjeve mačke v obliki živega mrtvega mehaničnega psa.
6. V romanu Zdravilni čarovnik Christopher Stasheff na zelo izviren način opisuje svoje videnje Schrödingerjeve mačke.

In še veliko drugih očarljivih, popolnoma nemogočih idej o tako skrivnostnem miselnem eksperimentu.

Čeprav planetarni model atom je dokazal svojo vrednost, takrat obstoječa teorija ni mogla v celoti pojasniti vseh procesov, ki so jih opazili v resnično življenje. Izkazalo se je, da v resnici iz neznanega razloga klasična Newtonova mehanika ne deluje na mikroravni. Tisti. prototipni model, izposojen iz resničnega življenja, ne ustreza opažanjem znanstvenikov tistega časa v primeru obravnave atoma namesto našega sončnega sistema.

Na podlagi tega je bil koncept bistveno preoblikovan. Obstajala je taka disciplina kot kvantna mehanika. Začetki tega trenda so bili izjemen fizik Erwin Schrödinger.

Koncept superpozicije

Glavno načelo, ki razlikuje nova teorija, je princip superpozicije. Po tem principu je lahko kvant (elektron, foton ali proton) hkrati v dveh stanjih. če olajšati razumevanje s to formulacijo dobimo dejstvo, ki si ga je popolnoma nemogoče predstavljati v naših glavah. Kvant je lahko na dveh mestih hkrati.

V času svojega nastanka ta teorija ni bila samo protislovna klasična mehanika, ampak tudi zdrav razum. Tudi sedaj izobražena oseba, daleč od fizike, si težko predstavlja takšno situacijo. Navsezadnje to razumevanje na koncu implicira, da on sam bralec je lahko zdaj tu in tam. Natanko tako si človek poskuša predstavljati prehod iz makrosveta v mikrosvet.

Za človeka, ki je bil navajen doživljati delovanje Newtonove mehanike in se zaznavati v eni točki prostora, si je bilo izjemno težko predstavljati, da bi bil na dveh mestih hkrati. Poleg tega med prehodom iz makro na mikro ni bilo teorije ali vzorcev kot takih. Konkretnega razumevanja ni bilo številčne vrednosti in pravila.

vendar takratni inštrumenti so omogočili jasno beleženje te »kvantne disonance«. Laboratorijski instrumenti so potrdili, da so formulirani postulati res konsistentni in da je kvant sposoben biti v dveh stanjih. Na primer, posneto je bilo elektronski plin okoli jedra atoma.

Na podlagi tega, Schrödinger je oblikoval slavni koncept, ki je danes znan kot mačja teorija. Namen te formulacije je bil pokazati, da v klasična teorija fizike je nastala ogromna vrzel, ki zahteva dodatne študije.

Schrödingerjeva mačka

Miselni poskus o mački je bil to mačko so dali v zaprto jekleno škatlo. Škatla je bila opremljena naprava s strupenim plinom in naprava z atomskim jedrom.

Na podlagi znanih postulatov je jedro atoma lahko razpade na komponente v eni uri, lahko pa tudi ne razpade. V skladu s tem je verjetnost tega dogodka 50%.

Če jedro razpade, se sproži protizapisovalnik in kot odgovor na ta dogodek pride do sprostitve strupena snov iz prej opisane naprave, s katero je škatla opremljena. Tisti. mačka umre zaradi strupa. Če se to ne zgodi, mačka ustrezno ne umre. Na podlagi 50-odstotne možnosti razpadanja ima mačka 50-odstotno možnost preživetja.

Na podlagi kvantne teorije, atom je lahko v dveh stanjih hkrati. Tisti. atom je razpadel in ni razpadel. To pomeni, da je snemalnik deloval, zlomil posodo s strupom in ni razpadel. Mačka je bila zastrupljena s strupom, mačka pa ni bila zastrupljena s strupom hkrati.

Toda preprosto nemogoče si je predstavljati takšno sliko, da bi raziskovalec ob odprtju škatle odkril mrtvo in živo mačko. Mačka je ali živa ali mrtva. To je paradoks situacije. Nemogoče je, da bi si gledalčeva zavest predstavljala mrtvo živo mačko.

Paradoks je v tem mačka je objekt makrokozmosa. V skladu s tem o njem reči, da je živ in mrtev, tj. je v dveh stanjih hkrati, podobno kot kvant, ne bo povsem pravilno.

Uporaba ta primer, Schrödinger se je posebej osredotočil na dejstvo, da med makro- in mikrosvetom ni jasnih vzporednic.. Poznejši komentarji strokovnjakov pojasnjujejo, da je treba razmisliti o sistemu detektor sevanja-mačka, ne sistemu mačka-gledalec. V sistemu detektor-mačka je verjeten samo en dogodek.

Ne berejo vsi knjig o velikih izumih človeštva. Toda vsi, ki so gledali serijo "Teorija veliki pok", slišal za pojav, kot je "Schrödingerjeva mačka". Ker je povezana s kvantno mehaniko, človek brez tehnično izobraževanje Njegov pomen je precej težko razumeti. Poskusimo ugotoviti, kaj pomeni koncept "Schrödingerjeva mačka" s preprostimi besedami.

Vsebina:

Kratko zgodovinsko ozadje

Erwin Schrödinger – slavni fizik, eden od ustvarjalcev teorije kvantne mehanike. Posebnost njegov znanstvena dejavnost obstajala je tako imenovana sekundarna. Redko je naredil prvi korak pri raziskovanju česar koli.

V osnovi je Schrödinger pisal recenzije tujega izuma oz znanstveni dosežek, kritiziral avtorja ali začel nadaljnji razvoj raziskav in odkritij drugih ljudi. Čeprav je bil po naravi individualist, si ni mogel pomagati, kot da bi se opiral na ideje in misli drugih ljudi, ki jih je vzel za osnovo pri svojem raziskovanju. Kljub temu je ogromno prispeval k razvoju kvantne mehanike, v veliki meri zahvaljujoč njegovi skrivnosti "Schrödingerjeve mačke".

Schrödingerjevi dosežki v znanosti vključujejo:

• oblikovanje koncepta valovne mehanike (za to je leta 1933 prejel Nobelovo nagrado);
• vstopil v znanstveni obtok izraz “objektivnost opisa” - utemeljil možnost znanstvene teorije brez neposredno sodelovanje predmet študije (zunanji opazovalec) za opis okoliške realnosti;
• razvil teorijo relativnosti;
• preučeval termodinamične procese in nelinearno Bornovo elektrodinamiko;
• poskušal ustvariti enotna teorija polja.

Koncept Schrödingerjeve mačke

"Schrödingerjeva mačka"- znamenita uganka Schrödingerjeve teorije, miselni eksperiment avstrijskega teoretičnega fizika, s pomočjo katerega je bilo mogoče dokazati nepopolnost kvantne mehanike pri prehodu iz mikrosistemov v makrosisteme. Vsa ta teorija temelji na kritiki dosežki znanstvenikov kvantna mehanika.

Preden nadaljujemo z opisom eksperimenta, je treba opredeliti osnovne pojme, ki se v njem uporabljajo. Glavni postulat slavnega fenomena pravi, da dokler nihče ne opazuje sistema, je v položaj superpozicije– hkrati v dveh ali več stanjih, ki izključujejo medsebojni obstoj. Sam Schrödinger je dal naslednja definicija superpozicija je kvantna zmožnost (v vlogi kvanta je lahko elektron, foton ali jedro atoma), da je hkrati v več stanjih ali več točkah v prostoru, medtem ko sistema nihče ne opazuje. Kvant je mikroskopski objekt mikrookolja.

Opis poskusa

Prvotni članek, v katerem Schrödinger pojasnjuje svoj eksperiment, je bil objavljen leta 1935. Za opis poskusa je bila uporabljena metoda primerjave in celo personifikacije.

Zelo težko je natančno razumeti, kaj je mislil Schrödinger s preučevanjem tega članka. Poskušal bom opisati bistvo eksperimenta s preprostimi besedami.

Mačko damo v škatlo z mehanizmom, ki vsebuje radioaktivno atomsko jedro in posodo, napolnjeno s strupenim plinom. Poskus izvajamo z natančno izbranimi parametri verjetnosti razpada atomsko jedro– 50 % za 1 uro. Ko jedro razpade, plin uhaja iz posode, kar povzroči smrt mačke. Če se to ne zgodi, se mačku ne zgodi nič, je živ in zdrav.

Minila je ura in želimo dobiti odgovor na vprašanje: ali je mačka umrla ali je še živa? Po Schrödingerjevi teoriji je jedro atoma tako kot mačka v škatli v več stanjih hkrati (definicija superpozicije). Do trenutka odprtja škatle ima mikrosistem, v katerem se nahajata atomsko jedro in mačka, s 50% verjetnostjo stanje »jedro je razpadlo, mačka je umrla«, z enako verjetnostjo pa stanje "jedro ni razpadlo, mačka je živa." To potrjuje hipotezo, da je mačka, ki sedi v škatli, hkrati živa in mrtva, torej da je v istem trenutku v več stanjih hkrati. Izkazalo se je, da je mačka, ki sedi v škatli, živa in mrtva hkrati.

Govorjenje v preprostem jeziku, pojasnjuje fenomen "Schrödingerjeve mačke". možnost dejstva da je mačka z vidika kvantne mehanike hkrati živa in mrtva, kar je v resnici nemogoče. Na podlagi tega lahko sklepamo, da so v teoriji kvantne mehanike precejšnje pomanjkljivosti.

Če v mikrosistemu ne opazujete jedra atoma, potem pride do mešanja dveh stanj - razpadlega in nerazpadlega jedra. Pri odpiranju škatle lahko eksperimentator opazuje samo eno določeno stanje. Ker mačka pooseblja jedro atoma, bo tudi ta v samo enem stanju - ali živa ali mrtva.

Rešitev paradoksa - köbenhavnska interpretacija

Znanstveniki iz Kopenhagna so rešili skrivnost Schrödingerjeve mačke. Moderno Kopenhagenska interpretacija je, da je mačka živa/mrtva brez kakršnih koli vmesnih stanj, ker jedro razpade oz. Razlaga za to je naslednja: zmanjšanje valovne funkcije mikrosistema »mačka-detektor-jedro« nima nobene povezave z osebo, ki opazuje škatlo, ampak je povezana z detektorjem-opazovalcem jedra.

Ta interpretacija fenomena Schrödingerjeve mačke zanika možnost, da bi bila mačka pred odpiranjem škatle v stanju superpozicije – hkrati v stanju žive/mrtve mačke. Mačka v makrosistemu je vedno samo v enem stanju.

Pomembno! Schrödingerjev poskus je pokazal, da se mikro- in makro-objekt v sistemih obnašata v skladu z različnimi zakoni – zakoni kvantne fizike oziroma zakoni fizike v njenem klasičnem pomenu.

Ni pa znanosti, ki bi preučevala pojave ob prehodu iz makrosistema v mikrosistem. Erwin Schrödinger je prišel na idejo o izvedbi takšnega eksperimenta prav z namenom, da bi dokazal šibkost in nepopolnost splošna teorija fizika. Njegova najgloblja želja je bila s konkretno izkušnjo pokazati, da vsaka znanost izpolnjuje svoje naloge: klasična fizika proučuje makro predmete, kvantna fizika– mikroobjekti. Potreben je razvoj znanstvena spoznanja opisati proces prehoda od velikih k majhnim objektom v sistemih.

Običajnemu človeku je zelo težko takoj razumeti bistvo tega paradoksa. Konec koncev, v glavah vsakega človeka obstaja prepričanje, da kateri koli predmet materialni svet V v tem trenutkučas je lahko le v eni točki.

Toda Schrödingerjevo teorijo lahko uporabimo le za mikroobjekte, medtem ko je mačka objekt makrokozmosa.

Najnovejša interpretacija paradoksa Schrödingerjeve mačke je v televizijski seriji Teorija velikega poka, v kateri je glavni junak Sheldon Cooper manj izobraženi Penny razložil njegovo bistvo. Cooper je ta pojav prinesel na teren človeški odnosi. Da bi razumeli, ali so dobri oz slab odnos med osebami nasprotnega spola, morate le odpreti škatlo. Do tega trenutka je vsak odnos dober in slab.