Mange mennesker har hørt dette uttrykket, men kanskje ikke alle forstår til og med dens forenklede betydning. La oss prøve å finne ut av det uten kompliserte teorier og formler.
"Schrödingers katt" er navnet på det berømte tankeeksperimentet til den berømte østerrikske teoretiske fysikeren Erwin Schrödinger, som også er nobelprisvinneren. Med denne fiktive erfaringen ønsket forskeren å vise ufullstendigheten i kvantemekanikk i overgangen fra subatomiske systemer til makroskopiske systemer.
Erwin Schrödingers opprinnelige artikkel ble publisert i 1935. Her er et tilbud:
Du kan også konstruere saker der burlesk er nok. La noen katter bli låst i et stålkammer sammen med følgende djevelske maskin (som skal være uavhengig av kattens inngripen): inne i Geiger-disken er det en liten mengde radioaktivt stoff, så lite at bare ett atom kan forfalle på en time, men med det samme sannsynligheten kan ikke gå i oppløsning. hvis dette skjer, blir leserøret utladet og reléet utløst, og slipper hammeren, som bryter kjeglen med hydrosyansyre.
Hvis vi overlater hele dette systemet til seg selv i en time, kan vi si at katten vil være i live etter denne tiden, så lenge atomet ikke råtner. Det aller første forfallet av et atom ville ha forgiftet katten. PSI-funksjonen til systemet som helhet vil uttrykke dette ved å blande eller smøre en levende og en død katt (beklager uttrykket) i like store deler. Typisk i slike tilfeller er at usikkerheten, opprinnelig begrenset til atomverdenen, omdannes til makroskopisk usikkerhet, som kan elimineres ved direkte observasjon. Dette hindrer oss i å naivt akseptere "uskarphetsmodellen" som reflekterende virkelighet. I seg selv betyr ikke dette noe uklart eller selvmotsigende. Det er forskjell mellom et uskarpt eller fokusert bilde og et bilde av skyer eller tåke.
Med andre ord:
- Det er en kasse og en katt. Boksen inneholder en mekanisme som inneholder en radioaktiv atomkjerne og en beholder med giftig gass. Parameterne for eksperimentet ble valgt slik at sannsynligheten for kjernefysisk forfall på 1 time er 50%. Hvis kjernen går i oppløsning, åpnes en beholder med gass og katten dør. Hvis kjernen ikke forfaller, forblir katten i live og godt.
- Vi lukker katten i en kasse, venter en time og spør oss: er katten i live eller død?
- Kvantemekanikk forteller som sagt oss at atomkjernen (og derfor katten) er i alle mulige tilstander samtidig (se kvantesuperposisjon). Før vi åpnet boksen, er "kattekjerne" -systemet i tilstanden "kjernen har forfalt, katten er død" med en sannsynlighet på 50% og i staten "har kjernen ikke forfalt, katten er i live" med en sannsynlighet på 50%. Det viser seg at katten som sitter i boksen er både levende og død på samme tid.
- I følge den moderne København-tolkningen er katten levende / død uten noen mellomstater. Og valget av tilstanden med kjernefysisk forfall skjer ikke i øyeblikket når boksen åpnes, men også når kjernen kommer inn i detektoren. Fordi reduksjonen av bølgefunksjonen til "katt-detektor-kjernen" -systemet ikke er assosiert med den menneskelige observatøren av boksen, men er assosiert med detektor-observatøren av kjernen.
Salgsfremmende video:
I følge kvantemekanikken, hvis ingen observasjoner blir gjort over kjernen til et atom, beskrives tilstanden ved blanding av to tilstander - en disintegrert kjerne og en uoppløst kjerne, derfor er en katt som sitter i en kasse og personifiserer kjernen til et atom, både levende og død på samme tid. Hvis boksen åpnes, kan eksperimentøren bare se en spesifikk tilstand - "kjernen har forfalt, katten er død" eller "kjernen har ikke forfalt, katten er i live."
Essensen i menneskets språk: Schrödingers eksperiment viste at en katt fra kvantemekanikkens synspunkt både er levende og død, noe som ikke kan være det. Kvantemekanikk har derfor betydelige mangler.
Spørsmålet er: når slutter systemet å eksistere som en blanding av to tilstander og velge en spesifikk en? Målet med eksperimentet er å vise at kvantemekanikk er ufullstendig uten noen regler som indikerer under hvilke forhold kollapsen av bølgefunksjonen oppstår, og katten blir enten død eller forblir i live, men slutter å være en blanding av begge deler. Siden det er klart at en katt må være enten levende eller død (det er ingen tilstand mellomliggende mellom liv og død), vil dette være det samme for atomkjernen. Det må enten disintegreres eller ikke-desintegreres (Wikipedia).
En annen nyere tolkning av Schrödingers tankeeksperiment er historien om Sheldon Cooper, karakteren på TV-serien Big Bang Theory, som han resiterte for Pennys mindre utdannede nabo. Essensen av Sheldons historie er at konseptet Schrödingers katt kan brukes i forhold mellom mennesker. For å forstå hva som skjer mellom en mann og en kvinne, hva slags forhold mellom dem: bra eller dårlig, trenger du bare å åpne kassen. Før det er forhold både gode og dårlige.
Nedenfor er en video av denne Big Bang Theory-dialogen mellom Sheldon og Singing.
Schrödingers illustrasjon er det beste eksemplet for å beskrive kvantefysikkens viktigste paradoks: i henhold til dens lover, finnes partikler som elektroner, fotoner og til og med atomer i to tilstander på samme tid ("levende" og "død", hvis du husker den langmodige katten). Disse tilstandene kalles superposisjoner.
Den amerikanske fysikeren Art Hobson fra University of Arkansas (Arkansas State University) tilbød sin egen løsning på dette paradokset.
”Målinger i kvantefysikk er basert på driften av visse makroskopiske enheter, for eksempel Geiger-telleren, som bestemmer kvantetilstanden til mikroskopiske systemer - atomer, fotoner og elektroner. Kvanteteori innebærer at hvis du kobler et mikroskopisk system (partikkel) til en viss makroskopisk enhet som skiller to forskjellige tilstander i systemet, så vil enheten (for eksempel Geiger-teller) gå i en tilstand av kvanteforvikling og vil også være i to superposisjoner samtidig. Imidlertid er det umulig å observere dette fenomenet direkte, noe som gjør det uakseptabelt, sier fysikeren.
Hobson sier at katten i Schrödingers paradoks spiller rollen som et makroskopisk instrument, en Geiger-teller koblet til en radioaktiv kjerne, for å bestemme forfallets tilstand eller "ikke-forfall" av den kjernen. I dette tilfellet vil en levende katt være en indikator på "ikke forfall", og en død katt er en indikator på forfall. Men i følge kvanteteori, må katten, i likhet med kjernen, være i to superposisjoner om liv og død.
I stedet, i følge fysikeren, må kvantetilstanden til katten være sammenfiltret med atomens tilstand, noe som betyr at de er i "ikke-lokal forbindelse" med hverandre. Det vil si at hvis tilstanden til en av de sammenfiltrede objektene plutselig endrer seg til det motsatte, vil tilstanden til paret deres endre seg på nøyaktig samme måte, uansett hvor langt fra hverandre de er. På den måten viser Hobson til eksperimentell bekreftelse av denne kvante teorien.
Det mest interessante i teorien om kvanteforviklinger er at endringen i tilstanden til begge partikler skjer øyeblikkelig: ikke noe lys eller elektromagnetisk signal ville ha tid til å overføre informasjon fra et system til et annet. Dermed kan vi si at det er ett objekt, delt i to deler etter rom, uansett hvor stor avstanden mellom dem,”forklarer Hobson.
Schrödingers katt er ikke lenger i live og død på samme tid. Han er død hvis forfall forekommer, og i live hvis forfall aldri inntreffer.
Vi legger til at lignende alternativer for å løse dette paradokset ble foreslått av ytterligere tre grupper forskere de siste tretti årene, men de ble ikke tatt på alvor og forble ubemerket i vide vitenskapelige kretser. Hobson bemerker at å løse paradoksene til kvantemekanikk, til og med teoretiske, er helt nødvendig for dens dype forståelse.
Du kan lese mer om fysikerens arbeid i artikkelen hans, som ble publisert i tidsskriftet Physical Review A.
Schrödinger.
Men mer nylig forklarte TEORETIKK HVORDAN GRAVITY KILLS SCHRODINGER's CAT, men dette er allerede vanskeligere …
Som regel forklarer fysikere fenomenet at superposisjon er mulig i partikleres verden, men ikke mulig med katter eller andre makroobjekter, interferens fra miljøet. Når et kvanteobjekt passerer gjennom et felt eller samhandler med tilfeldige partikler, antar det umiddelbart bare en tilstand - som om den ble målt. Slik blir superposisjonen ødelagt, som forskere trodde.
Men selv om det på en eller annen måte ble mulig å isolere et makroobjekt i en superposisjonstilstand fra interaksjoner med andre partikler og felt, ville før eller siden fortsatt innta en enkelt tilstand. I det minste er dette sant for prosessene som skjer på jordoverflaten.
Et eller annet sted i det interstellare rommet, kanskje en katt ville ha en sjanse til å opprettholde kvantesammenheng, men på jorden eller i nærheten av en hvilken som helst planet er dette ekstremt usannsynlig. Og grunnen til dette er tyngdekraften, forklarer hovedforfatteren av den nye studien, Igor Pikovski fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Pikovsky og kollegene ved Universitetet i Wien argumenterer for at tyngdekraften har en ødeleggende effekt på kvanteoverposisjoner av makroobjekter, og derfor observerer vi ikke slike fenomener i makrokosmos. Grunnkonseptet for den nye hypotesen er forresten oppsummert i spillefilmen Interstellar.
Einsteins generelle relativitetsteori sier at en ekstremt massiv gjenstand vil bøye rom i nærheten. Tatt i betraktning situasjonen på et finere nivå, kan vi si at for et molekyl som er plassert nær jordoverflaten, vil tiden gå noe saktere enn for den i bane på planeten vår.
På grunn av tyngdekraftens innflytelse på rom-tid vil et molekyl som har kommet under denne påvirkningen oppleve en avbøyning i sin stilling. Og dette skal igjen påvirke dens indre energi - vibrasjoner av partikler i et molekyl, som endrer seg over tid. Hvis et molekyl ble introdusert i en tilstand av kvantesuperposisjon av to lokasjoner, ville forholdet mellom posisjon og indre energi snart tvinge molekylet til å "velge" bare en av de to posisjonene i rommet.
"I de fleste tilfeller er fenomenet av koherens assosiert med ytre påvirkning, men i dette tilfellet har den indre vibrasjonen av partikler interaksjon med bevegelsen til selve molekylet," forklarer Pikovsky.
Denne effekten er ennå ikke observert, siden andre kilder til dekoherens, for eksempel magnetiske felt, varmestråling og vibrasjoner, vanligvis er mye sterkere, og forårsaker ødeleggelse av kvantesystemer lenge før tyngdekraften gjør det. Men eksperimenter prøver å teste hypotesen som er oppgitt.
Markus Arndt, en eksperimentell fysiker ved Universitetet i Wien, gjennomfører eksperimenter for å observere kvanteoverlagring i makroskopiske objekter. Den sender små molekyler inn i interferometeret, og gir partikkelen effektivt "valg" hvilken vei de skal ta. Fra klassisk mekanikkens synspunkt kan et molekyl bare gå en vei, men et kvantemolekyl kan gå gjennom to baner samtidig, forstyrre seg selv og skape et karakteristisk bølget mønster.
Et lignende oppsett kan også brukes til å teste tyngdekraftens evne til å ødelegge kvantesystemer. For å gjøre dette, vil det være nødvendig å sammenligne de vertikale og horisontale interferometre: i den første skal superposisjonen snart forsvinne på grunn av tidsutvidelse i forskjellige "høyder" på banen, mens i den andre kan kvantesuperposisjonen vedvare.
