Ligji i Shrodingerit me fjalë të thjeshta. Teoria e Shrodingerit: përshkrimi, veçoritë, eksperimentet dhe zbatimi

Në vitin 1935, fizikani i madh, laureati i Nobelit dhe themeluesi i mekanikës kuantike Erwin Schrödinger formuloi paradoksin e tij të famshëm.

Shkencëtari sugjeroi që nëse merrni një mace të caktuar dhe e vendosni në një kuti çeliku të errët me një "makinë infernale", atëherë në një orë ajo do të jetë e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Mekanizmi në kuti duket kështu: brenda numëruesit Geiger ka një sasi mikroskopike të një lënde radioaktive që mund të kalbet në vetëm një atom në një orë; në të njëjtën kohë, me të njëjtën probabilitet mund të mos kalbet. Nëse ndodh prishja, atëherë mekanizmi i levës do të funksionojë dhe çekiçi do të thyejë enën me acid hidrocianik dhe macja do të ngordhë; nëse nuk ka prishje, atëherë anija do të mbetet e paprekur, dhe macja do të jetë e gjallë dhe e mirë.

Nëse nuk do të flisnim për një mace dhe një kuti, por për botën e grimcave nënatomike, atëherë shkencëtarët do të thoshin se macja është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë, por në makrokozmos një përfundim i tillë është i pasaktë. Pra, pse ne operojmë me koncepte të tilla kur flasim për grimca më të vogla të materies?

Ilustrimi i Shrodingerit është shembulli më i mirë për të përshkruar paradoksin kryesor të fizikës kuantike: sipas ligjeve të saj, grimcat si elektronet, fotonet dhe madje atomet ekzistojnë në dy gjendje në të njëjtën kohë ("të gjalla" dhe "të vdekura", nëse mbani mend macja e shumëvuajtur). Këto gjendje quhen superpozicione.

Fizikani amerikan Art Hobson nga Universiteti i Arkansas (Universiteti Shtetëror i Arkansas) propozoi zgjidhjen e tij për këtë paradoks.

Matjet në fizikën kuantike bazohen në funksionimin e pajisjeve të caktuara makroskopike, siç është një numërues Geiger, me ndihmën e të cilit përcaktohet gjendja kuantike e sistemeve mikroskopike - atomet, fotonet dhe elektronet, teoria kuantike nënkupton që nëse lidhni një mikroskop sistemi (grimca) në një pajisje makroskopike, duke dalluar dy gjendje të ndryshme të sistemit, atëherë pajisja (numëruesi Geiger, për shembull) do të shkojë në një gjendje të ngatërrimit kuantik dhe gjithashtu do të gjendet në dy mbivendosje në të njëjtën kohë është e pamundur të vëzhgosh drejtpërdrejt këtë fenomen, gjë që e bën atë të papranueshëm”, thotë fizikani.

Hobson thotë se në paradoksin e Schrödinger-it, macja luan rolin e një pajisjeje makroskopike, një numërues Geiger, i lidhur me një bërthamë radioaktive për të përcaktuar gjendjen e kalbjes ose të "mos-zbërthimit" të asaj bërthame. Në këtë rast, një mace e gjallë do të jetë një tregues i "mos-kalbjes", dhe një mace e vdekur do të jetë një tregues i kalbjes. Por sipas teorisë kuantike, macja, ashtu si bërthama, duhet të ekzistojë në dy mbivendosje të jetës dhe vdekjes.

Në vend të kësaj, thotë fizikani, gjendja kuantike e maceve duhet të ngatërrohet me gjendjen e atomit, që do të thotë se ata janë në një "marrëdhënie jo lokale" me njëri-tjetrin. Kjo do të thotë, nëse gjendja e njërit prej objekteve të ngatërruar ndryshon papritur në të kundërtën, atëherë gjendja e çiftit të tij gjithashtu do të ndryshojë, pavarësisht sa larg janë ata nga njëri-tjetri. Duke vepruar kështu, Hobson i referohet kësaj teorie kuantike.

“Gjëja më interesante në lidhje me teorinë e ngatërrimit kuantik është se ndryshimi i gjendjes së të dy grimcave ndodh në çast: asnjë dritë apo sinjal elektromagnetik nuk do të kishte kohë për të transmetuar informacion nga një sistem në tjetrin. Kështu, mund të themi se ky është një objekt e ndarë në dy pjesë hapësirë, sado e madhe të jetë distanca mes tyre”, shpjegon Hobson.

Macja e Shrodingerit nuk është më e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Ai është i vdekur nëse shpërbërja ndodh, dhe i gjallë nëse shpërbërja nuk ndodh kurrë.

Le të shtojmë se zgjidhje të ngjashme për këtë paradoks u propozuan nga tre grupe të tjera shkencëtarësh gjatë tridhjetë viteve të fundit, por ato nuk u morën seriozisht dhe mbetën pa u vënë re në qarqet e gjera shkencore. Hobson vëren se zgjidhja e paradokseve të mekanikës kuantike, të paktën teorikisht, është absolutisht e nevojshme për kuptimin e thellë të saj.

Për turpin tim, dua të pranoj se e kam dëgjuar këtë shprehje, por nuk e di se çfarë do të thotë dhe as për çfarë teme është përdorur. Më lejoni t'ju tregoj se çfarë kam lexuar në internet për këtë mace...

« Macja e Shroedinger“- kështu quhet eksperimenti i famshëm i mendimit i fizikanit të famshëm teorik austriak Erwin Schrödinger, i cili është edhe laureat i çmimit Nobel. Me ndihmën e këtij eksperimenti fiktiv, shkencëtari donte të tregonte paplotësinë e mekanikës kuantike në kalimin nga sistemet nënatomike në sistemet makroskopike.

Artikulli origjinal nga Erwin Schrödinger u botua në 1935. Këtu është citati:

Mund të ndërtoni edhe raste në të cilat ka mjaft burleskë. Lëreni një mace të mbyllet në një dhomë çeliku me makinën djallëzore të mëposhtme (e cila duhet të jetë pavarësisht nga ndërhyrja e maces): brenda një numëruesi Geiger ka një sasi të vogël të lëndës radioaktive, aq e vogël sa që vetëm një atom mund të kalbet në një orë, por me të njëjtën probabilitet nuk mund të shpërbëhet; nëse kjo ndodh, tubi i leximit shkarkohet dhe stafeta aktivizohet, duke lëshuar çekiçin, i cili thyen balonën me acid hidrocianik.

Nëse e lëmë të gjithë këtë sistem në vetvete për një orë, atëherë mund të themi se macja do të jetë e gjallë pas kësaj kohe, për sa kohë që atomi nuk shpërbëhet. Shpërbërja e parë e atomit do ta helmonte macen. Psi-funksioni i sistemit në tërësi do ta shprehë këtë duke përzier ose lyer një mace të gjallë dhe një mace të vdekur (të falni shprehjen) në pjesë të barabarta. Ajo që është tipike në raste të tilla është se pasiguria e kufizuar fillimisht në botën atomike shndërrohet në pasiguri makroskopike, e cila mund të eliminohet me vëzhgim të drejtpërdrejtë. Kjo na pengon të pranojmë me naivitet "modelin e turbullt" si pasqyrim të realitetit. Kjo në vetvete nuk do të thotë asgjë e paqartë apo kontradiktore. Ka një ndryshim midis një fotografie të paqartë ose jashtë fokusit dhe një fotografie me re ose mjegull.

Me fjale te tjera:

1. Ka një kuti dhe një mace. Kutia përmban një mekanizëm që përmban një bërthamë atomike radioaktive dhe një enë me gaz helmues. Parametrat eksperimentalë u zgjodhën në mënyrë që probabiliteti i prishjes bërthamore në 1 orë të jetë 50%. Nëse bërthama shpërbëhet, një enë me gaz hapet dhe macja vdes. Nëse bërthama nuk prishet, macja mbetet e gjallë dhe mirë.
2. E mbyllim macen në një kuti, presim një orë dhe bëjmë pyetjen: macja është gjallë apo e vdekur?
3. Mekanika kuantike duket se na tregon se bërthama atomike (dhe për rrjedhojë macja) është në të gjitha gjendjet e mundshme njëkohësisht (shih mbivendosjen kuantike). Para se të hapim kutinë, sistemi i bërthamës së maces është në gjendjen "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" me një probabilitet prej 50% dhe në gjendjen "bërthama nuk është kalbur, macja është gjallë" me një probabiliteti prej 50%. Rezulton se macja e ulur në kuti është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë.
4. Sipas interpretimit modern të Kopenhagës, macja është e gjallë/e vdekur pa asnjë gjendje të ndërmjetme. Dhe zgjedhja e gjendjes së kalbjes së bërthamës nuk ndodh në momentin e hapjes së kutisë, por edhe kur bërthama hyn në detektor. Sepse reduktimi i funksionit valor të sistemit “mace-detektor-bërthamë” nuk shoqërohet me vëzhguesin njerëzor të kutisë, por shoqërohet me detektor-vëzhgues të bërthamës.

Sipas mekanikës kuantike, nëse nuk bëhet vëzhgim i bërthamës së një atomi, atëherë gjendja e tij përshkruhet nga një përzierje e dy gjendjeve - një bërthamë e kalbur dhe një bërthamë e pa kalbur, pra, një mace e ulur në një kuti dhe duke personifikuar bërthamën e një atom është i gjallë dhe i vdekur në të njëjtën kohë. Nëse kutia hapet, atëherë eksperimentuesi mund të shohë vetëm një gjendje specifike - "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" ose "bërthama nuk është kalbur, macja është e gjallë".

Thelbi në gjuhën njerëzore: Eksperimenti i Schrödinger-it tregoi se, nga pikëpamja e mekanikës kuantike, macja është e gjallë dhe e vdekur, gjë që nuk mund të jetë. Prandaj, mekanika kuantike ka të meta të rëndësishme.

Pyetja është: kur një sistem pushon së ekzistuari si një përzierje e dy gjendjeve dhe kur zgjedh një të veçantë? Qëllimi i eksperimentit është të tregojë se mekanika kuantike është e paplotë pa disa rregulla që tregojnë se në cilat kushte funksioni i valës shembet dhe macja ose bëhet e vdekur ose mbetet e gjallë, por nuk është më një përzierje e të dyjave. Meqenëse është e qartë se një mace duhet të jetë ose e gjallë ose e vdekur (nuk ka një gjendje ndërmjetëse midis jetës dhe vdekjes), kjo do të jetë e ngjashme për bërthamën atomike. Duhet të jetë ose i kalbur ose i paprishur (Wikipedia).

Një tjetër interpretim më i fundit i eksperimentit të mendimit të Shrodingerit është një histori që personazhi i Big Bang Theory Sheldon Cooper i tha fqinjit të tij më pak të arsimuar Penny. Thelbi i tregimit të Sheldon është se koncepti i maces së Shrodingerit mund të zbatohet në marrëdhëniet njerëzore. Për të kuptuar se çfarë po ndodh midis një burri dhe një gruaje, çfarë lloj marrëdhënieje ka midis tyre: e mirë apo e keqe, thjesht duhet të hapni kutinë. Deri atëherë, marrëdhënia është e mirë dhe e keqe.

Më poshtë është një videoklip i këtij shkëmbimi të Teorisë së Big Bang midis Sheldon dhe Penia.

Ilustrimi i Schrödinger-it është shembulli më i mirë për të përshkruar paradoksin kryesor të fizikës kuantike: sipas ligjeve të saj, grimcat si elektronet, fotonet dhe madje edhe atomet ekzistojnë në dy gjendje në të njëjtën kohë ("të gjalla" dhe "të vdekura", nëse mbani mend macja e shumëvuajtur). Këto gjendje quhen superpozicione.

Fizikani amerikan Art Hobson nga Universiteti i Arkansas (Universiteti Shtetëror i Arkansas) propozoi zgjidhjen e tij për këtë paradoks.

“Masjet në fizikën kuantike bazohen në funksionimin e pajisjeve të caktuara makroskopike, siç është një numërues Geiger, me ndihmën e të cilit përcaktohet gjendja kuantike e sistemeve mikroskopike - atomeve, fotoneve dhe elektroneve. Teoria kuantike nënkupton që nëse lidhni një sistem mikroskopik (grimcë) me një pajisje makroskopike që dallon dy gjendje të ndryshme të sistemit, atëherë pajisja (për shembull numëruesi Geiger) do të shkojë në një gjendje të ndërthurjes kuantike dhe gjithashtu do të gjendet në dy mbivendosje në të njëjtën kohë. Megjithatë, është e pamundur të vëzhgosh drejtpërdrejt këtë fenomen, gjë që e bën atë të papranueshëm”, thotë fizikani.

Hobson thotë se në paradoksin e Schrödinger-it, macja luan rolin e një pajisjeje makroskopike, një numërues Geiger, i lidhur me një bërthamë radioaktive për të përcaktuar gjendjen e kalbjes ose të "mos-zbërthimit" të asaj bërthame. Në këtë rast, një mace e gjallë do të jetë një tregues i "mos-kalbjes", dhe një mace e vdekur do të jetë një tregues i kalbjes. Por sipas teorisë kuantike, macja, ashtu si bërthama, duhet të ekzistojë në dy mbivendosje të jetës dhe vdekjes.

Në vend të kësaj, thotë fizikani, gjendja kuantike e maceve duhet të ngatërrohet me gjendjen e atomit, që do të thotë se ata janë në një "marrëdhënie jo lokale" me njëri-tjetrin. Kjo do të thotë, nëse gjendja e njërit prej objekteve të ngatërruar ndryshon papritur në të kundërtën, atëherë gjendja e çiftit të tij gjithashtu do të ndryshojë, pavarësisht sa larg janë ata nga njëri-tjetri. Në të njëjtën kohë, Hobson i referohet konfirmimit eksperimental të kësaj teorie kuantike.

“Gjëja më interesante në lidhje me teorinë e ngatërrimit kuantik është se ndryshimi në gjendjen e të dy grimcave ndodh në çast: asnjë sinjal drite apo elektromagnetik nuk do të kishte kohë për të transmetuar informacion nga një sistem në tjetrin. Pra, mund të thuhet se është një objekt i ndarë në dy pjesë nga hapësira, sado e madhe të jetë distanca mes tyre”, shpjegon Hobson.

Macja e Shrodingerit nuk është më e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Ai është i vdekur nëse shpërbërja ndodh, dhe i gjallë nëse shpërbërja nuk ndodh kurrë.

Le të shtojmë se zgjidhje të ngjashme për këtë paradoks u propozuan nga tre grupe të tjera shkencëtarësh gjatë tridhjetë viteve të fundit, por ato nuk u morën seriozisht dhe mbetën pa u vënë re në qarqet e gjera shkencore. Hobson vëren se zgjidhja e paradokseve të mekanikës kuantike, të paktën teorikisht, është absolutisht e nevojshme për kuptimin e saj të thellë.

Schrödinger

Por vetëm kohët e fundit, teoricienët shpjeguan SI GRAVITETI VRET MACEN E SCHRODINGER-it, por kjo është më e ndërlikuar...

Si rregull, fizikantët shpjegojnë fenomenin se mbivendosja është e mundur në botën e grimcave, por e pamundur me macet ose makro-objekte të tjera, ndërhyrje nga mjedisi. Kur një objekt kuantik kalon nëpër një fushë ose ndërvepron me grimca të rastësishme, ai menjëherë merr vetëm një gjendje - sikur të ishte i matur. Pikërisht kështu shkatërrohet mbivendosja, siç besonin shkencëtarët.

Por edhe nëse disi do të bëhej i mundur izolimi i një makro-objekti në një gjendje mbivendosjeje nga ndërveprimet me grimcat dhe fushat e tjera, ai përsëri herët a vonë do të merrte një gjendje të vetme. Të paktën kjo është e vërtetë për proceset që ndodhin në sipërfaqen e Tokës.

“Diku në hapësirën ndëryjore, ndoshta një mace do të kishte një shans për të ruajtur koherencën kuantike, por në Tokë ose afër ndonjë planeti kjo është jashtëzakonisht e pamundur. Dhe arsyeja për këtë është graviteti,” shpjegon autori kryesor i studimit të ri, Igor Pikovski i Qendrës Harvard-Smithsonian për Astrofizikë.

Pikovsky dhe kolegët e tij nga Universiteti i Vjenës argumentojnë se graviteti ka një efekt shkatërrues në mbivendosjet kuantike të makro-objekteve, dhe për këtë arsye ne nuk vërejmë fenomene të ngjashme në makrokozmos. Koncepti themelor i hipotezës së re, meqë ra fjala, përshkruhet shkurtimisht në filmin artistik "Interstellar".

Teoria e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit thotë se një objekt jashtëzakonisht masiv do të përkulë hapësirë-kohën rreth tij. Duke e konsideruar situatën në një nivel më të vogël, mund të themi se për një molekulë të vendosur pranë sipërfaqes së Tokës, koha do të kalojë disi më ngadalë se për një molekulë që ndodhet në orbitën e planetit tonë.

Për shkak të ndikimit të gravitetit në hapësirë-kohë, një molekulë e prekur nga ky ndikim do të pësojë një devijim në pozicionin e saj. Dhe kjo, nga ana tjetër, duhet të ndikojë në energjinë e saj të brendshme - dridhjet e grimcave në një molekulë që ndryshojnë me kalimin e kohës. Nëse një molekulë do të futej në një gjendje të mbivendosjes kuantike të dy vendndodhjeve, atëherë marrëdhënia midis pozicionit dhe energjisë së brendshme së shpejti do ta detyronte molekulën të "zgjidhte" vetëm një nga dy pozicionet në hapësirë.

"Në shumicën e rasteve, fenomeni i dekoherencës shoqërohet me ndikime të jashtme, por në këtë rast, dridhja e brendshme e grimcave ndërvepron me lëvizjen e vetë molekulës," shpjegon Pikovsky.

Ky efekt nuk është vërejtur ende sepse burimet e tjera të dekoherencës, të tilla si fushat magnetike, rrezatimi termik dhe dridhjet, janë zakonisht shumë më të forta, duke shkaktuar shkatërrimin e sistemeve kuantike shumë kohë përpara se të bëjë graviteti. Por eksperimentuesit përpiqen të testojnë hipotezën.

Një strukturë e ngjashme mund të përdoret gjithashtu për të testuar aftësinë e gravitetit për të shkatërruar sistemet kuantike. Për ta bërë këtë, do të jetë e nevojshme të krahasohen interferometrat vertikalë dhe horizontalë: në të parën, mbivendosja së shpejti duhet të zhduket për shkak të zgjerimit të kohës në "lartësitë" e ndryshme të shtegut, ndërsa në të dytën, mbivendosja kuantike mund të mbetet.

Në vitin 1935, një kundërshtar i flaktë i mekanikës kuantike të sapo shfaqur, Eric Schrödinger, botoi një artikull që pretendonte të ekspozonte dhe provonte mospërputhjen e degës së re të zhvillimit të fizikës.

Thelbi i artikullit është kryerja e një eksperimenti mendimi:

1. Një mace e gjallë vendoset në një kuti plotësisht të mbyllur.
2. Pranë maces vendoset një numërues Geiger që përmban një atom radioaktiv.
3. Një balonë e mbushur me acid lidhet drejtpërdrejt me numëruesin Geiger.
4. Prishja e mundshme e një atomi radioaktiv do të aktivizojë numëruesin Geiger, i cili, nga ana tjetër, do të thyejë balonën dhe acidi i derdhur prej tij do të vrasë macen.
5. A do të mbetet macja gjallë apo do të vdesë nëse qëndron me fqinjë kaq të papërshtatshëm?
6. Një orë është caktuar për eksperimentin.

Përgjigja për këtë pyetje kishte për qëllim të vërtetonte mospërputhjen e teorisë kuantike, e cila bazohet në mbivendosjen: ligji i paradoksit - të gjitha mikrogrimcat e botës sonë janë gjithmonë në të njëjtën kohë në dy gjendje, derisa të fillojnë të vëzhgohen.

Kjo do të thotë, duke qenë në një hapësirë ​​të mbyllur (teoria kuantike), macja jonë, si fqinji i tij i paparashikueshëm - atomi, janë njëkohësisht të pranishme. në dy shtete:

1. Një mace e gjallë dhe në të njëjtën kohë e vdekur.
2. Një atom i kalbur dhe në të njëjtën kohë jo i kalbur.

E cila, sipas fizikës klasike, është absurditet i plotë. Ekzistenca e njëkohshme e gjërave të tilla ekskluzive reciproke është e pamundur.

Dhe kjo është e saktë, por vetëm nga pikëpamja e makrokozmosit. Ndërsa në mikrobotën zbatohen ligje krejtësisht të ndryshme, dhe për këtë arsye Schrödinger gaboi kur zbatoi ligjet e makrobotës për marrëdhëniet brenda mikrobotës. Moskuptimi i këtij vëzhgimi të qëllimshëm të pasigurive të vazhdueshme të mikrobotës e eliminon këtë të fundit.

Me fjalë të tjera, nëse hapim një sistem të mbyllur në të cilin vendoset një mace së bashku me një atom radioaktiv, do të shohim vetëm një nga gjendjet e mundshme të subjektit.

Këtë e ka vërtetuar fizikani amerikan nga Universiteti i Arkansas, Art Hobson. Sipas teorisë së tij, nëse lidhni një mikrosistem (atom radioaktiv) me një makrosistem (numërues Geiger), ky i fundit domosdoshmërisht do të jetë i mbushur me gjendjen e ngatërrimit kuantik të të parës dhe do të shkojë në mbivendosje. Dhe, duke qenë se nuk mund të bëjmë një vëzhgim të drejtpërdrejtë të këtij fenomeni, ai do të bëhet i papranueshëm për ne (siç vërtetoi Schrödinger).

Pra, zbuluam se atomi dhe numëruesi i rrezatimit janë në të njëjtin mbivendosje. Atëherë kush apo çfarë, për këtë sistem, mund të quajmë mace? Nëse mendojmë logjikisht, macja, në këtë rast, bëhet një tregues i gjendjes së bërthamës radioaktive (thjesht një tregues):

1. Macja është e gjallë, bërthama nuk është kalbur.
2. Macja ka vdekur, thelbi është shpërbërë.

Megjithatë, duhet të kemi parasysh faktin që edhe macja është pjesë e një sistemi të vetëm, pasi është edhe brenda kutisë. Prandaj, sipas teorisë kuantike, macja është në të ashtuquajturën lidhje jo lokale me atomin, d.m.th. në një gjendje konfuze, që do të thotë në një mbivendosje të mikrobotës.

Nga kjo rezulton se nëse ka një ndryshim të papritur në një nga objektet e sistemit, e njëjta gjë do të ndodhë me një objekt tjetër, pavarësisht se sa larg janë ata nga njëri-tjetri. Një ndryshim i menjëhershëm i gjendjes së të dy objekteve dëshmon se kemi të bëjmë me një sistem të vetëm, të ndarë thjesht nga hapësira në dy pjesë.

Kjo do të thotë që mund të themi me besim se macja e Schrödinger-it është në çast ose e gjallë, nëse atomi nuk është kalbur, ose i vdekur, nëse atomi është kalbur.

E megjithatë, ishte pikërisht falë eksperimentit të mendimit të Schrödinger-it që u ndërtua një pajisje matematikore që përshkruan mbivendosjet e mikrobotës. Kjo njohuri ka gjetur zbatim të gjerë në kriptografi dhe teknologji kompjuterike.

Së fundi, dua të vë në dukje dashurinë e pashtershme për paradoksin misterioz të "Macja e Schrodinger" nga të gjitha llojet e shkrimtarëve dhe kinemasë. Kjo është vetëm disa shembuj:

1. Një pajisje magjike e quajtur "Macja e Schrodinger" në romanin e Lukyanenkos "The Last Ora".
2. Në romanin detektiv të Douglas Adams, Dirk Gently's Detective Agency, ka një diskutim të gjallë për problemin e maces së Shrodingerit.
3. Në romanin e R. E. Heinlein The Cat Walks Through Walls, personazhi kryesor, një mace, është pothuajse vazhdimisht në dy gjendje njëherësh.
4. Macja e famshme Cheshire e Lewis Carroll në romanin "Alice in Wonderland" pëlqen të shfaqet në disa vende menjëherë.
5. Në romanin Fahrenheit 451, Ray Bradbury ngre çështjen e maces së Schrödinger-it, në formën e një qeni mekanik të gjallë dhe të vdekur.
6. Në romanin "Magjistari shërues", Christopher Stasheff përshkruan vizionin e tij për macen e Schrödinger-it në një mënyrë shumë origjinale.

Dhe shumë ide të tjera magjepsëse, krejtësisht të pamundura për një eksperiment të tillë mendimi misterioz.

Ndoshta disa prej jush e kanë dëgjuar shprehjen "Macja e Schrödinger". Megjithatë, për shumicën e njerëzve ky emër nuk do të thotë asgjë.

Nëse e konsideroni veten një subjekt që mendon, dhe madje pretendoni se jeni intelektual, atëherë duhet të zbuloni patjetër se çfarë është macja e Schrödinger dhe pse ai u bë i famshëm.

Macja e Shroedingerështë një eksperiment mendimi i propozuar nga fizikani teorik austriak Erwin Schrödinger. Ky shkencëtar i talentuar mori çmimin Nobel në Fizikë në vitin 1933.

Nëpërmjet eksperimentit të tij të famshëm, ai donte të tregonte paplotësinë e mekanikës kuantike në kalimin nga sistemet nënatomike në makroskopike.

Erwin Schrödinger u përpoq të shpjegonte teorinë e tij duke përdorur shembullin origjinal të një mace. Ai donte ta bënte sa më të thjeshtë që të ishte e mundur që ideja e tij të kuptohej nga kushdo.

Nëse ia doli apo jo, do ta kuptoni duke lexuar deri në fund artikullin.

Thelbi i eksperimentit të maceve të Schrödinger-it

Supozoni se një mace e caktuar është e mbyllur në një dhomë çeliku me një makinë të tillë skëterrë (e cila duhet të mbrohet nga ndërhyrja e drejtpërdrejtë e maces): brenda numëruesit Geiger ka një sasi kaq të vogël të materialit radioaktiv sa që vetëm një atom mund të kalbet brenda një ore. , por me të njëjtën probabilitet nuk mund të shpërbëhet; nëse kjo ndodh, tubi i leximit shkarkohet dhe stafeta aktivizohet, duke lëshuar çekiçin, i cili thyen balonën me acid hidrocianik.

Nëse e lëmë të gjithë këtë sistem në vetvete për një orë, atëherë mund të themi se macja do të jetë e gjallë pas kësaj kohe, për sa kohë që atomi nuk shpërbëhet.

Shpërbërja e parë e atomit do ta helmonte macen. Psi-funksioni i sistemit në tërësi do ta shprehë këtë duke përzier ose lyer një mace të gjallë dhe një mace të vdekur (të falni shprehjen) në pjesë të barabarta.

Ajo që është tipike në raste të tilla është se pasiguria e kufizuar fillimisht në botën atomike shndërrohet në pasiguri makroskopike, e cila mund të eliminohet me vëzhgim të drejtpërdrejtë.

Kjo na pengon të pranojmë me naivitet "modelin e turbullt" si pasqyrim të realitetit. Kjo në vetvete nuk do të thotë asgjë e paqartë apo kontradiktore.

Ka një ndryshim midis një fotografie të paqartë ose jashtë fokusit dhe një fotografie me re ose mjegull.

Me fjalë të tjera, ne kemi një kuti dhe një mace. Kutia përmban një pajisje me një bërthamë atomike radioaktive dhe një enë me gaz helmues.

Gjatë eksperimentit, probabiliteti i kalbjes ose moszbërthimit të bërthamës është i barabartë me 50%. Prandaj, nëse prishet, kafsha do të vdesë, dhe nëse bërthama nuk prishet, macja e Schrödinger do të mbetet e gjallë.

Ne e mbyllim macen në një kuti dhe presim një orë, duke reflektuar mbi dobësinë e jetës.

Sipas ligjeve të mekanikës kuantike, bërthama (dhe, rrjedhimisht, vetë macja) mund të jetë njëkohësisht në të gjitha gjendjet e mundshme (shiko mbivendosjen kuantike).

Deri në momentin kur hapet kutia, sistemi "mace-core" supozon dy rezultate të mundshme të ngjarjeve: "prishja e bërthamës - macja ka vdekur" me një probabilitet prej 50%, dhe "prishja e bërthamës nuk ndodhi - macja është e gjallë. ” me të njëjtën shkallë probabiliteti.

Rezulton se macja e Schrödinger, e ulur brenda kutisë, është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë.

Interpretimi i interpretimit të Kopenhagës thotë se në çdo rast, macja është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Zgjedhja e prishjes bërthamore nuk ndodh kur hapim kutinë, por edhe kur bërthama godet detektorin.

Kjo për faktin se reduktimi i funksionit valor të sistemit "mace-detector-core" nuk është në asnjë mënyrë i ndërlidhur me personin që vëzhgon nga jashtë. Ai është i lidhur drejtpërdrejt me detektor-vëzhguesin e bërthamës atomike.

Macja e Shrodingerit me fjalë të thjeshta

Sipas ligjeve të mekanikës kuantike, nëse nuk ka vëzhgim të bërthamës atomike, ajo mund të jetë e dyfishtë: domethënë, prishja ose do të ndodhë ose jo.

Nga kjo rezulton se macja, e cila është në kuti dhe përfaqëson bërthamën, mund të jetë edhe e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë.

Por në momentin që vëzhguesi vendos të hapë kutinë, ai do të jetë në gjendje të shohë vetëm një nga 2 gjendjet e mundshme.

Por tani lind një pyetje logjike: kur saktësisht pushon së ekzistuari sistemi në një formë të dyfishtë?

Për shkak të kësaj përvoje, Schrödinger argumentoi se mekanika kuantike është e paplotë pa disa rregulla që shpjegojnë kur funksioni valor shembet.

Duke marrë parasysh faktin se macja e Schrödinger-it herët a vonë duhet të bëhet ose e gjallë ose e vdekur, atëherë kjo do të jetë e ngjashme për bërthamën atomike: prishja atomike ose do të ndodhë ose jo.

Thelbi i përvojës në gjuhën njerëzore

Schrödinger, duke përdorur shembullin e një mace, donte të tregonte se sipas mekanikës kuantike, një kafshë do të jetë e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Kjo është, në fakt, e pamundur, nga e cila nxirret përfundimi se mekanika kuantike sot ka të meta domethënëse.

Video nga "The Big Bang Theory"

Personazhi i serialit Sheldon Cooper u përpoq t'i shpjegonte mikut të tij "me mendje të ngushtë" thelbin e eksperimentit të maceve të Schrödinger. Për ta bërë këtë, ai përdori shembullin e marrëdhënies midis një burri dhe një gruaje.

Për të zbuluar se çfarë lloj marrëdhënieje kanë ata, mjafton të hapni kutinë. Ndërkohë, do të mbyllet, marrëdhënia e tyre mund të jetë pozitive dhe negative në të njëjtën kohë.

A i mbijetoi përvojës macja e Schrödinger?

Nëse ndonjë nga lexuesit tanë është i shqetësuar për macen, atëherë duhet të qetësoheni. Gjatë eksperimentit, asnjëri prej tyre nuk vdiq dhe vetë Schrödinger e quajti eksperimentin e tij mendore, pra ai që kryhet ekskluzivisht në mendje.

Shpresojmë që ju të kuptoni se cili është thelbi i eksperimentit të maceve të Schrödinger-it. Nëse keni ndonjë pyetje, mund t'i bëni ato në komente. Dhe, natyrisht, ndajeni këtë artikull në rrjetet sociale.

Nëse ju pëlqen, regjistrohuni në sit IinteresanteFakty.org në çdo mënyrë të përshtatshme. Është gjithmonë interesante me ne!

Ju pëlqeu postimi? Shtypni çdo buton:

Me siguri keni dëgjuar më shumë se një herë se ekziston një fenomen i tillë si "Macja e Schrödinger". Por nëse nuk jeni fizikan, atëherë ka shumë të ngjarë që keni vetëm një ide të paqartë se çfarë lloj mace është kjo dhe pse është e nevojshme.

« Macja e Shroedinger“- kështu quhet eksperimenti i famshëm i mendimit i fizikanit të famshëm teorik austriak Erwin Schrödinger, i cili është edhe laureat i çmimit Nobel. Me ndihmën e këtij eksperimenti fiktiv, shkencëtari donte të tregonte paplotësinë e mekanikës kuantike në kalimin nga sistemet nënatomike në sistemet makroskopike.

Ky artikull është një përpjekje për të shpjeguar me fjalë të thjeshta thelbin e teorisë së Schrödinger-it për macen dhe mekanikën kuantike, në mënyrë që ajo të jetë e arritshme për një person që nuk ka një arsim të lartë teknik. Artikulli do të paraqesë gjithashtu interpretime të ndryshme të eksperimentit, duke përfshirë ato nga seriali televiziv "The Big Bang Theory".

Përshkrimi i eksperimentit

Artikulli origjinal i Erwin Schrödinger u botua në vitin 1935. Në të, eksperimenti u përshkrua duke përdorur ose madje duke personifikuar:

Mund të ndërtoni edhe raste në të cilat ka mjaft burleskë. Lëreni një mace të mbyllet në një dhomë çeliku me makinën djallëzore të mëposhtme (e cila duhet të jetë pavarësisht nga ndërhyrja e maces): brenda një numëruesi Geiger ka një sasi të vogël të lëndës radioaktive, aq e vogël sa që vetëm një atom mund të kalbet në një orë, por me të njëjtën probabilitet nuk mund të shpërbëhet; nëse kjo ndodh, tubi i leximit shkarkohet dhe stafeta aktivizohet, duke lëshuar çekiçin, i cili thyen balonën me acid hidrocianik.

Nëse e lëmë të gjithë këtë sistem në vetvete për një orë, atëherë mund të themi se macja do të jetë e gjallë pas kësaj kohe, për sa kohë që atomi nuk shpërbëhet. Shpërbërja e parë e atomit do ta helmonte macen. Psi-funksioni i sistemit në tërësi do ta shprehë këtë duke përzier ose lyer një mace të gjallë dhe një mace të vdekur (të falni shprehjen) në pjesë të barabarta. Ajo që është tipike në raste të tilla është se pasiguria e kufizuar fillimisht në botën atomike shndërrohet në pasiguri makroskopike, e cila mund të eliminohet me vëzhgim të drejtpërdrejtë. Kjo na pengon të pranojmë me naivitet "modelin e turbullt" si pasqyrim të realitetit. Kjo në vetvete nuk do të thotë asgjë e paqartë apo kontradiktore. Ka një ndryshim midis një fotografie të paqartë ose jashtë fokusit dhe një fotografie me re ose mjegull.

Me fjale te tjera:

1. Ka një kuti dhe një mace. Kutia përmban një mekanizëm që përmban një bërthamë atomike radioaktive dhe një enë me gaz helmues. Parametrat eksperimentalë u zgjodhën në mënyrë që probabiliteti i prishjes bërthamore në 1 orë të jetë 50%. Nëse bërthama shpërbëhet, një enë me gaz hapet dhe macja vdes. Nëse bërthama nuk prishet, macja mbetet e gjallë dhe mirë.
2. E mbyllim macen në një kuti, presim një orë dhe bëjmë pyetjen: macja është gjallë apo e vdekur?
3. Mekanika kuantike duket se na tregon se bërthama atomike (dhe për rrjedhojë macja) është në të gjitha gjendjet e mundshme njëkohësisht (shih mbivendosjen kuantike). Para se të hapim kutinë, sistemi i bërthamës së maces është në gjendjen "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" me një probabilitet prej 50% dhe në gjendjen "bërthama nuk është kalbur, macja është gjallë" me një probabiliteti prej 50%. Rezulton se macja e ulur në kuti është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë.
4. Sipas interpretimit modern të Kopenhagës, macja është e gjallë/e vdekur pa asnjë gjendje të ndërmjetme. Dhe zgjedhja e gjendjes së kalbjes së bërthamës nuk ndodh në momentin e hapjes së kutisë, por edhe kur bërthama hyn në detektor. Sepse reduktimi i funksionit valor të sistemit “mace-detektor-bërthamë” nuk shoqërohet me vëzhguesin njerëzor të kutisë, por shoqërohet me detektor-vëzhgues të bërthamës.

Shpjegimi me fjalë të thjeshta

Sipas mekanikës kuantike, nëse nuk bëhet vëzhgim i bërthamës së një atomi, atëherë gjendja e tij përshkruhet nga një përzierje e dy gjendjeve - një bërthamë e kalbur dhe një bërthamë e pa kalbur, pra, një mace e ulur në një kuti dhe duke personifikuar bërthamën e një atom është i gjallë dhe i vdekur në të njëjtën kohë. Nëse kutia hapet, atëherë eksperimentuesi mund të shohë vetëm një gjendje specifike - "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" ose "bërthama nuk është kalbur, macja është e gjallë".

Thelbi në gjuhën njerëzore: Eksperimenti i Schrödinger-it tregoi se, nga pikëpamja e mekanikës kuantike, macja është e gjallë dhe e vdekur, gjë që nuk mund të jetë. Prandaj, mekanika kuantike ka të meta të rëndësishme.

Pyetja është: kur një sistem pushon së ekzistuari si një përzierje e dy gjendjeve dhe kur zgjedh një të veçantë? Qëllimi i eksperimentit është të tregojë se mekanika kuantike është e paplotë pa disa rregulla që tregojnë se në cilat kushte funksioni i valës shembet dhe macja ose bëhet e vdekur ose mbetet e gjallë, por nuk është më një përzierje e të dyjave. Meqenëse është e qartë se një mace duhet të jetë ose e gjallë ose e vdekur (nuk ka një gjendje ndërmjetëse midis jetës dhe vdekjes), kjo do të jetë e ngjashme për bërthamën atomike. Duhet të jetë ose i kalbur ose i paprishur (Wikipedia).

Video nga The Big Bang Theory

Një tjetër interpretim më i fundit i eksperimentit të mendimit të Shrodingerit është një histori që personazhi i Big Bang Theory Sheldon Cooper i tha fqinjit të tij më pak të arsimuar Penny. Thelbi i tregimit të Sheldon është se koncepti i maces së Shrodingerit mund të zbatohet në marrëdhëniet njerëzore. Për të kuptuar se çfarë po ndodh midis një burri dhe një gruaje, çfarë lloj marrëdhënieje ka midis tyre: e mirë apo e keqe, thjesht duhet të hapni kutinë. Deri atëherë, marrëdhënia është e mirë dhe e keqe.

Më poshtë është një videoklip i këtij shkëmbimi të Teorisë së Big Bang midis Sheldon dhe Penia.

A mbeti gjallë macja si rezultat i eksperimentit?

Për ata që nuk e lexuan me vëmendje artikullin, por janë ende të shqetësuar për macen, një lajm i mirë: mos u shqetësoni, sipas të dhënave tona, si rezultat i një eksperimenti mendimi nga një fizikan i çmendur austriak.

Asnjë mace nuk u lëndua