مفارقة قط شرودنغر بعبارات بسيطة. "قطة شرودنغر" - تجربة فكرية مسلية

تصف المقالة ماهية نظرية شرودنغر. مساهمة هذا العالم العظيم في العلم الحديثوكذلك تجربة فكرية اخترعها عن قطة. تم تحديد مجال تطبيق هذا النوع من المعرفة بإيجاز.

إروين شرودنغر

يتم الآن استخدام القط سيئ السمعة ، وهو ليس حيًا ولا ميتًا ، في كل مكان. تُصنع الأفلام عنه ، وتمت تسمية مجتمعات حول الفيزياء والحيوانات باسمه ، حتى أن هناك ماركة ملابس من هذا القبيل. لكن في أغلب الأحيان يقصد الناس التناقض مع القطة المؤسفة. لكن بالنسبة لمبدعها ، إروين شرودنغر ، كقاعدة عامة ، فإنهم ينسون. ولد في فيينا ، التي كانت آنذاك جزءًا من النمسا-المجر. كان نجلًا لعائلة غنية ومتعلمة. أنتج والده رودولف مشمعًا واستثمر في العلوم ، من بين أمور أخرى. كانت والدته ابنة عالم كيميائي ، وغالبًا ما كان إروين يذهب للاستماع إلى محاضرات جده في الأكاديمية.

نظرًا لأن إحدى جدات العالم كانت امرأة إنجليزية ، فقد كان مهتمًا بها منذ الطفولة لغات اجنبيةوكان يجيد اللغة الإنجليزية. ليس من المستغرب أن يكون شرودنجر هو الأفضل في المدرسة كل عام ، وفي الجامعة كان يطرح أسئلة صعبة. في علم بداية القرن العشرين ، تم بالفعل الكشف عن التناقضات بين الفيزياء الكلاسيكية الأكثر قابلية للفهم وسلوك الجسيمات في العالم الدقيق والنانوي. لحل التناقضات الناشئة وألقى بكل قوته

المساهمة في العلم

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن هذا الفيزيائي كان منخرطًا في العديد من مجالات العلوم. ومع ذلك ، عندما نقول "نظرية شرودنغر" ، فإننا لا نعني الوصف المترابط رياضيًا للون الذي أنشأه ، بل نعني مساهمته في ميكانيكا الكم. في تلك الأيام ، سارت التكنولوجيا والتجربة والنظرية جنبًا إلى جنب. تطور التصوير الفوتوغرافي ، وتم تسجيل الأطياف الأولى ، واكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي. العلماء الذين تلقوا النتائج تفاعلوا عن كثب مع المنظرين: لقد اتفقوا ، وكملوا بعضهم البعض ، وجادلوا. تم إنشاء مدارس وفروع جديدة للعلوم. بدأ العالم يلعب بألوان مختلفة تمامًا ، وتلقت البشرية ألغازًا جديدة. على الرغم من تعقيد الجهاز الرياضي ، لوصف نظرية شرودنغر ، لغة بسيطةيستطيع.

عالم الكم سهل!

من المعروف الآن أن مقياس الأشياء المدروسة يؤثر بشكل مباشر على النتائج. الأشياء المرئية للعين تخضع لمفاهيم الفيزياء الكلاسيكية. تنطبق نظرية شرودنغر على أجسام بحجم مائة في مائة نانومتر وأقل. وغالبًا نحن نتكلمبشكل عام حول الذرات الفردية والجسيمات الأصغر. لذلك ، فإن كل عنصر من عناصر الأنظمة الدقيقة له في وقت واحد خصائص كل من الجسيم والموجة (ثنائية موجة الجسيمات). من العالم المادي ، تتميز الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وما إلى ذلك بالكتلة والقصور والسرعة والتسارع المرتبط بها. من الموجة النظرية - معلمات مثل التردد والرنين. من أجل فهم كيف يكون هذا ممكنًا في نفس الوقت ، ولماذا لا ينفصلان عن بعضهما البعض ، احتاج العلماء إلى إعادة النظر في الفكرة الكاملة لبنية المواد بشكل عام.

تشير نظرية شرودنغر إلى أن هاتين الخاصيتين مرتبطتين رياضيًا من خلال بنية تسمى وظيفة الموجة. أدى العثور على وصف رياضي لهذا المفهوم إلى حصول شرودنغر على جائزة نوبل. ومع ذلك ، فإن المعنى المادي الذي نسبه إليها المؤلف لم يتطابق مع أفكار بور وسومرفيلد وهايزنبرغ وآينشتاين ، الذين أسسوا ما يسمى بتفسير كوبنهاغن. هذا هو المكان الذي جاءت منه مفارقة القط.

وظيفة الموجة

عندما يتعلق الأمر بالعالم الصغير للجسيمات الأولية ، فإن المفاهيم المتأصلة في المقاييس الكبيرة تفقد معناها: الكتلة والحجم والسرعة والحجم. والاحتمالات غير المستقرة تأتي من تلقاء نفسها. لا يمكن لأي شخص أن يثبت كائنات ذات أبعاد كهذه - فقط طرق الدراسة غير المباشرة متاحة للناس. على سبيل المثال ، خطوط الضوء على شاشة حساسة أو على فيلم ، وعدد النقرات ، وسماكة الفيلم المرشوشة. كل شيء آخر هو مجال الحسابات.

تستند نظرية شرودنغر على المعادلات التي استنتجها هذا العالم. ومكونها المتكامل هو الدالة الموجية. يصف بشكل لا لبس فيه نوع وخصائص الكم للجسيم قيد الدراسة. يُعتقد أنه يُظهر حالة الإلكترون ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، هي نفسها ، على عكس أفكار مؤلفها ، الحس الماديلا يمتلك. إنها مجرد أداة رياضية سهلة الاستخدام. منذ مقالتنا تقدم نظرية شرودنغر بكلمات بسيطة، لنفترض أن مربع الدالة الموجية يصف احتمال العثور على النظام في حالة محددة مسبقًا.

Cat كمثال على كائن ماكرو

بهذا التفسير الذي يسمى كوبنهاغن ، لم يوافق المؤلف نفسه حتى نهاية حياته. كان يشعر بالاشمئزاز من غموض مفهوم الاحتمال ، وأصر على رؤية الوظيفة نفسها ، وليس مربعها.

وكمثال على عدم تناسق مثل هذه الأفكار ، جادل في أنه في هذه الحالة سيؤثر العالم الصغير على الكائنات الكبيرة. تقول النظرية ما يلي: إذا تم وضع كائن حي (على سبيل المثال ، قطة) وكبسولة بها غاز سام في صندوق مغلق ، يفتح في حالة تحلل عنصر إشعاعي معين ، ويظل مغلقًا إذا لم يحدث التسوس ، ثم قبل ذلك. فتح الصندوق نحصل على مفارقة. وفقًا لمفاهيم الكم ، فإن ذرة عنصر مشع سوف تتحلل باحتمالية معينة خلال فترة زمنية معينة. وهكذا ، قبل الاكتشاف التجريبي ، كانت الذرة سليمة وغير سليمة. وكما تقول نظرية شرودنغر ، بنفس الدرجة من الاحتمال ، فإن القطة ميتة وغير حية. وهذا ، كما ترى ، سخيف ، لأننا بعد أن فتحنا الصندوق ، سنجد حالة واحدة فقط للحيوان. وفي حاوية مغلقة ، بجوار الكبسولة القاتلة ، يكون القط إما ميتًا أو حيًا ، لأن هذه المؤشرات منفصلة ولا تتضمن خيارات وسيطة.

هناك تفسير ملموس ولكن لم يتم إثباته بالكامل بعد لهذه الظاهرة: في غياب الشروط المحددة للوقت لتحديد الحالة المحددة لقطط افتراضية ، فإن هذه التجربة هي بلا شك متناقضة. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام قواعد ميكانيكا الكم للأشياء الكبيرة. لم يكن من الممكن حتى الآن رسم خط دقيق بين العالم المصغر والعادي. ومع ذلك ، فإن حيوانًا بحجم قطة هو بلا شك كائن ماكرو.

تطبيقات ميكانيكا الكم

بالنسبة لأي ظاهرة ، حتى نظرية ، يطرح السؤال حول كيف يمكن أن تكون قطة شرودنغر مفيدة. نظرية .الانفجار العظيم، على سبيل المثال ، يعتمد بالضبط على العمليات التي تتعلق بهذه التجربة الفكرية. كل ما يتعلق بسرعات فائقة ، وبنية المادة فائقة الصغر ، ودراسة الكون على هذا النحو ، يمكن تفسيره ، من بين أمور أخرى ، بميكانيكا الكم.

إذا كنت مهتمًا بمقال حول موضوع فيزياء الكم ، فهناك احتمال كبير أنك تحب سلسلة Big Bang Theory. لذلك ، جاء شيلدون كوبر بتفسير جديد تجربة فكرية شرودنجر(يمكنك العثور على مقطع فيديو بهذا الجزء في نهاية المقال). ولكن من أجل فهم حوار شيلدون مع جاره بيني ، دعنا ننتقل أولاً إلى التفسير الكلاسيكي. لذا ، قط شرودنغر بكلمات بسيطة.

في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على:

• خلفية تاريخية موجزة
• وصف التجربة مع قطة شرودنغر
• حل مفارقة قطة شرودنجر

أخبار سارة على الفور. أثناء التجربة لم يصب قط شرودنغر بأذى. لأن الفيزيائي إروين شرودنجر ، أحد مبتكري ميكانيكا الكم ، أجرى فقط تجربة فكرية.

قبل الخوض في وصف التجربة ، دعونا نجري استطراداً مصغراً في التاريخ.

في بداية القرن الماضي ، تمكن العلماء من النظر في الصورة المصغرة. على الرغم من التشابه الخارجي لنموذج "الذرة والإلكترون" مع نموذج "الشمس-الأرض" ، فقد تبين أن القوانين النيوتونية للفيزياء الكلاسيكية المألوفة لنا لا تعمل في العالم المصغر. لذلك ظهر علم جديد - فيزياء الكم ومكوناتها - ميكانيكا الكم. جميع الكائنات المجهرية في العالم الدقيق كانت تسمى كوانتا.

انتباه! أحد افتراضات ميكانيكا الكم هو "التراكب". سيكون مفيدًا لنا لفهم جوهر تجربة شرودنغر.

"التراكب" هو قدرة الكم (يمكن أن يكون إلكترونًا ، أو فوتونًا ، أو نواة ذرة) ليس في حالة واحدة ، ولكن في عدة حالات في نفس الوقت أو يقع في عدة نقاط في الفضاء في نفس الوقت و إذا لم يكن هناك من يراقب

من الصعب علينا أن نفهم هذا ، لأنه في عالمنا يمكن أن يكون للموضوع حالة واحدة فقط ، على سبيل المثال ، أن يكون ، أو على قيد الحياة ، أو ميت. ويمكن أن يكون في واحد فقط مكان محددفي الفضاء. يمكنك أن تقرأ عن "التراكب" والنتائج المذهلة لتجارب فيزياء الكم في هذه المقالة.

فيما يلي توضيح بسيط للاختلاف في سلوك الكائنات الدقيقة والكبيرة.ضع كرة في أحد الصندوقين. لان الكرة هي كائن من عالمنا الكبير ، ستقول بثقة: "الكرة تقع في صندوق واحد فقط ، بينما الثانية فارغة." إذا أخذت إلكترونًا بدلاً من الكرة ، فسيكون البيان صحيحًا أنه موجود في صندوقين في نفس الوقت. هذه هي الطريقة التي تعمل بها قوانين العالم الصغير. مثال:في الواقع ، لا يدور الإلكترون حول نواة الذرة ، ولكنه يقع في جميع نقاط الكرة حول النواة في نفس الوقت. في الفيزياء والكيمياء ، تسمى هذه الظاهرة "سحابة الإلكترون".

ملخص.لقد أدركنا أن سلوك كائن صغير جدًا وكبير جسم يخضع لهما قوانين مختلفة. قوانين فيزياء الكم وقوانين الفيزياء الكلاسيكية على التوالي.

لكن لا يوجد علم يصف الانتقال من العالم الكبير إلى العالم المصغر. لذلك ، وصف إروين شرودنجر تجربته الفكرية فقط لإثبات عدم اكتمال النظرية العامة للفيزياء. لقد أراد من مفارقة شرودنجر أن تُظهر أن هناك علمًا لوصف الأجسام الكبيرة (الفيزياء الكلاسيكية) وعلمًا لوصف الأجسام الدقيقة (فيزياء الكم). ولكن لا يوجد علم كاف لوصف الانتقال من الأنظمة الكمومية إلى الأنظمة الكبيرة.

وصف التجربة مع قطة شرودنغر

وصف إروين شرودنغر تجربة فكرية القط في عام 1935. النسخة الأصلية لوصف التجربة معروضة في ويكيبيديا ( قط شرودنغر ويكيبيديا).

فيما يلي نسخة من وصف تجربة Schrödinger Cat بكلمات بسيطة:

• تم وضع قطة في صندوق فولاذي مغلق.
• يوجد في "صندوق شرودنغر" جهاز ذو قلب مشع وغاز سام يوضع في حاوية.
• قد تتفكك النواة في غضون ساعة واحدة أو لا. احتمال الاضمحلال هو 50٪.
• إذا اضمحلت النواة ، فسيقوم عداد جيجر بتسجيلها. سيعمل المرحل وستكسر المطرقة حاوية الغاز. مات قطة شرودنغر.
• إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستكون قطة شرودنجر على قيد الحياة.

وفقًا لقانون "التراكب" لميكانيكا الكم ، في الوقت الذي لا نلاحظ فيه النظام ، تكون نواة الذرة (وبالتالي القط) في حالتين في نفس الوقت. النواة في حالة متحللة / غير متحللة. والقط في حالة كونه على قيد الحياة / ميت في نفس الوقت.

لكننا نعلم على وجه اليقين أنه إذا تم فتح "صندوق شرودنجر" ، فيمكن أن تكون القطة في حالة واحدة فقط:

• إذا لم يتفكك القلب ، فإن قطتنا على قيد الحياة
• إذا تفكك القلب ، مات القطة

التناقض في التجربة هو ذلك بالنسبة الى فيزياء الكم: قبل فتح الصندوق ، تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت، ولكن وفقًا لقوانين الفيزياء في عالمنا ، هذا مستحيل. قطة يمكن أن يكون في حالة واحدة محددة - أن يكون حيا أو ميتا. لا توجد حالة مختلطة "قطة على قيد الحياة / ميتة" في نفس الوقت.

قبل أن تحصل على الدليل ، شاهد هذا الفيديو التوضيحي الرائع لمفارقة تجربة قط شرودنغر (أقل من دقيقتين):

حل مفارقة قطة شرودنجر - تفسير كوبنهاجن

الآن الحل. انتبه إلى اللغز الخاص لميكانيكا الكم - مفارقة المراقب. إن موضوع العالم الصغير (في حالتنا ، الجوهر) موجود في عدة حالات في نفس الوقت فقط طالما أننا لا نراقب النظام.

فمثلا, تجربة مشهورة ذات شقين ومراقب.عندما تم توجيه حزمة إلكترونية إلى لوحة معتمة ذات شقين عموديين ، ثم على الشاشة خلف اللوحة ، ترسم الإلكترونات "نمط موجة" - خطوط رأسية مظلمة وخفيفة بالتناوب. ولكن عندما أراد المجربون "رؤية" كيف تطير الإلكترونات عبر الشقوق وتركيب "مراقب" من جانب الشاشة ، لم ترسم الإلكترونات على الشاشة "نمط موجة" ، بل خطين عموديين. أولئك. لم يتصرف مثل الأمواج ، ولكن مثل الجسيمات.

يبدو أن الجسيمات الكمومية نفسها تقرر الحالة التي ستتخذها في اللحظة التي يتم فيها "قياسها".

بناءً على ذلك ، يبدو تفسير (تفسير) كوبنهاجن الحديث لظاهرة "قطة شرودنغر" كما يلي:

بينما لا أحد يراقب نظام "cat-core" ، يكون اللب في حالة متحللة / غير متحللة في نفس الوقت. لكن من الخطأ القول أن القطة على قيد الحياة / ميتة في نفس الوقت. لماذا ا؟ نعم ، لأن الظواهر الكمومية لا تُلاحظ في الأنظمة الكبيرة. من الأصح التحدث ليس عن نظام "cat-core" ، ولكن عن نظام "nucleus-detector (عداد جيجر)".

تختار النواة إحدى الحالات (المتحللة / غير المتحللة) في لحظة الملاحظة (أو القياس). لكن هذا الاختيار لا يتم في الوقت الذي يفتح فيه المجرب الصندوق (يتم فتح الصندوق في العالم الكبير ، بعيدًا جدًا عن عالم النواة). تختار النواة حالتها لحظة اصطدامها بالكاشف.النقطة المهمة هي أن النظام لم يتم وصفه بشكل كافٍ في التجربة.

وهكذا ، فإن تفسير كوبنهاجن لمفارقة شرودنجر القط ينفي أنه قبل فتح الصندوق ، كانت قطة شرودنغر في حالة تراكب - كانت في حالة قطة حية / ميتة في نفس الوقت. يمكن للقط في الكون الكبير أن يكون في حالة واحدة فقط.

ملخص.لم يصف شرودنغر التجربة بالكامل. إنه ليس صحيحًا (بتعبير أدق ، من المستحيل توصيل) الأنظمة العيانية والكمية. لا تعمل قوانين الكم في أنظمتنا الكبيرة. في هذه التجربة ، لا يتفاعل "cat-core" ، بل "cat-detector-core".القط من العالم الكبير ، ونظام "الكاشف الأساسي" من العالم المصغر. وفقط في عالمها الكمومي ، يمكن أن تكون النواة في حالتين في نفس الوقت. يحدث هذا قبل لحظة القياس أو تفاعل النواة مع الكاشف. يمكن أن تكون القطة في عالمها الكبير موجودة في حالة واحدة فقط. لهذا، يبدو للوهلة الأولى فقط أن حالة القطة "حية أو ميتة" تتحدد لحظة فتح الصندوق. في الواقع ، يتم تحديد مصيرها في لحظة التفاعل بين الكاشف والنواة.

الملخص النهائي.حالة نظام "detector-nucleus-cat" ليست متصلة بالشخص - المراقب خلف الصندوق ، ولكن بالكاشف - المراقب خلف النواة.

تفو. غسل دماغ تقريبا! ولكن كم هو ممتع أن نفهم مفتاح التناقض! كما في نكتة طالب عجوز عن معلم: "بينما كنت أقول ، فهمت الأمر بنفسي!".

تفسير شيلدون لمفارقة شرودنجر القط

الآن يمكنك الجلوس والاستماع إلى أحدث تفسير لشيلدون لتجربة شرودنجر الفكرية. جوهر تفسيره هو أنه يمكن تطبيقه في العلاقات بين الناس. لفهم ما إذا كانت العلاقة بين الرجل والمرأة جيدة أم سيئة ، تحتاج إلى فتح الصندوق (الذهاب في موعد). وقبل ذلك ، كلاهما جيد وسيء في نفس الوقت.

حسنًا ، كيف تحب هذه "التجربة اللطيفة"؟ في عصرنا هذا ، كان من الممكن أن يعاقب نشطاء حقوق الحيوان شرودنغر لمثل هذه التجارب الفكرية الوحشية مع قطة. أو ربما لم تكن قطة ، بل قطة شرودنجر ؟! فتاة فقيرة ، عانت من هذا شرودنجر (((

نراكم في الوظائف القادمة!

أتمنى للجميع اتمنى لك يوم جيدوأتمنى لك أمسية سعيدة!

ملاحظة. مشاركة أفكارك في التعليقات. وطرح الأسئلة.

ملاحظة. اشترك في المدونة - يوجد نموذج الاشتراك أسفل المقالة.

كما أوضح لنا هايزنبرغ ، نظرًا لمبدأ عدم اليقين ، فإن وصف الأشياء في العالم الدقيق الكمومي له طبيعة مختلفة عن الوصف المعتاد للأشياء في الكون النيوتوني الكبير. بدلاً من الإحداثيات والسرعة المكانية التي اعتدنا وصفها حركة ميكانيكية، مثل الكرة على طاولة البلياردو ، في ميكانيكا الكم ، يتم وصف الأشياء من خلال ما يسمى بالدالة الموجية. تتوافق قمة "الموجة" مع أقصى احتمال لإيجاد جسيم في الفضاء في لحظة القياس. توصف معادلة شرودنغر حركة مثل هذه الموجة ، والتي تخبرنا كيف تتغير حالة النظام الكمومي بمرور الوقت.

الآن عن القطة. يعلم الجميع أن القطط تحب الاختباء في الصناديق (). كان إروين شرودنغر على علم أيضًا. علاوة على ذلك ، مع الوحشية الاسكندنافية البحتة ، استخدم هذه الميزة في تجربة فكرية مشهورة. كان جوهرها أن قطة كانت محبوسة في صندوق بآلة شيطانية. يتم توصيل الآلة من خلال مرحل إلى نظام كمي ، على سبيل المثال ، بمادة متحللة إشعاعيًا. احتمال الاضمحلال معروف وهو 50٪. تعمل الآلة الجهنمية عندما تتغير الحالة الكمومية للنظام (يحدث الاضمحلال) وتموت القطة تمامًا. إذا تركنا نظام "Cat-box-infernal machine-quanta" لنفسه لمدة ساعة وتذكرنا أن حالة النظام الكمومي موصوفة من حيث الاحتمالية ، يصبح من الواضح أنه لمعرفة ما إذا كان القط على قيد الحياة أم ليس في هذه اللحظةالوقت ، بالتأكيد ، لن ينجح ، تمامًا كما لن ينجح بالضبط في التنبؤ بسقوط عملة معدنية على الوجه أو الذيل مسبقًا. المفارقة بسيطة للغاية: تمزج وظيفة الموجة التي تصف نظامًا كميًا حالتين من القط - فهو حي وميت في نفس الوقت ، تمامًا كما يمكن أن يوجد إلكترون مرتبط باحتمالية متساوية في أي مكان في الفضاء على مسافة متساوية من النواة الذرية. إذا لم نفتح الصندوق ، فإننا لا نعرف بالضبط كيف تكون القطة. بدون إجراء ملاحظات (قراءة القياسات) على النواة الذرية ، لا يمكننا وصف حالتها إلا من خلال تراكب (خلط) حالتين: نواة متحللة وغير متحللة. القطة المدمنة للأسلحة النووية هي على قيد الحياة وميتة في نفس الوقت. السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟

يخبرنا تفسير كوبنهاجن للتجربة أن النظام لم يعد مزيجًا من الحالات ويختار إحداها في الوقت الذي تحدث فيه الملاحظة ، وهو أيضًا قياس (يفتح المربع). أي أن حقيقة القياس تغير الواقع المادي ، مما يؤدي إلى انهيار وظيفة الموجة (إما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين)! فكر في الأمر ، التجربة والقياسات المصاحبة لها تغير الواقع من حولنا. أنا شخصياً ، هذه الحقيقة تجعل عقلي أقوى بكثير من الكحول. يأخذ ستيف هوكينج سيئ السمعة هذه المفارقة بقوة ، ويكرر أنه عندما يسمع عن قطة شرودنغر ، تمد يده إلى براوننج. ترجع حدة رد فعل الفيزيائي النظري البارز إلى حقيقة أنه ، في رأيه ، فإن دور المراقب في انهيار وظيفة الموجة (سقوطها في إحدى حالتين احتماليتين) مبالغ فيه إلى حد كبير.

بالطبع ، عندما تصور البروفيسور إروين فكرة احتيال القط عام 1935 ، كانت طريقة ذكية لإظهار عيوب ميكانيكا الكم. في الواقع ، لا يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت. نتيجة لذلك ، كان أحد تفسيرات التجربة هو التناقض الواضح بين قوانين العالم الكلي (على سبيل المثال ، القانون الثاني للديناميكا الحرارية - القطة إما حية أو ميتة) والعالم الصغير (القطة هي حيا وموتا في نفس الوقت).

يتم تطبيق ما سبق في الممارسة العملية: في الحوسبة الكمومية والتشفير الكمومي. يرسل كابل الألياف الضوئية إشارة ضوئية في حالة تراكب من حالتين. إذا قام المهاجمون بالاتصال بالكابل في مكان ما في الوسط وقاموا بنقر إشارة هناك للتنصت على المعلومات المرسلة ، فسيؤدي ذلك إلى انهيار وظيفة الموجة (من وجهة نظر تفسير كوبنهاجن ، سيتم إجراء ملاحظة) و سوف يذهب الضوء إلى إحدى الولايات. بعد إجراء اختبارات إحصائية للضوء عند الطرف المستقبل للكابل ، سيكون من الممكن معرفة ما إذا كان الضوء في حالة تراكب أو ما إذا كان قد تمت ملاحظته بالفعل ونقله إلى نقطة أخرى. وهذا يجعل من الممكن إنشاء وسائل اتصال تستبعد اعتراض الإشارات غير المحسوسة والتنصت.

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

في عام 1935 ، نشر إريك شرودنجر ، أحد المعارضين المتحمسين لميكانيكا الكم الناشئة حديثًا ، مقالًا يهدف إلى إدانة وإثبات فشل فرع جديد من تطور الفيزياء.

جوهر المقال إجراء تجربة فكرية:

1. يتم وضع قطة حية في صندوق مغلق تمامًا.
2. يتم وضع عداد جيجر الذي يحتوي على ذرة مشعة واحدة بجانب القط.
3. قارورة مملوءة بالحمض متصلة مباشرة بعداد جيجر.
4. سيؤدي التحلل النهائي للذرة المشعة إلى إطلاق عداد جيجر ، والذي بدوره سيكسر القارورة وسيقتل الحمض الذي ينسكب منه القط.
5. هل سيعيش القط أو يموت إذا كان مع جيران غير مرتاحين؟
6. يتم تخصيص ساعة واحدة للتجربة.

إجابة على هذا السؤالوتم استدعاؤهم لإثبات تناقض نظرية الكم ، التي تقوم على التراكب: قانون التناقض - كل الجسيمات الدقيقة في عالمنا موجودة دائمًا في حالتين في نفس الوقت ، حتى تبدأ في ملاحظتها.

بمعنى أنه في مكان مغلق (نظرية الكم) ، فإن قطتنا ، مثل جارتها التي لا يمكن التنبؤ بها - ذرة ، موجودة بشكل متزامن في ولايتين:

1. قطة حية وميتة في نفس الوقت.
2. تتعفن ، وفي نفس الوقت لا تتحلل ذرة.

وهو ، وفقًا للفيزياء الكلاسيكية ، سخافة تامة. من المستحيل أن توجد مثل هذه الأشياء المتنافية لبعضها البعض في وقت واحد.

وهذا صحيح ، ولكن فقط من وجهة نظر الكون. في حين أن قوانين مختلفة تمامًا تعمل في العالم المصغر ، وبالتالي كان شرودنغر مخطئًا عند تطبيق قوانين العالم الكبير على العلاقات داخل العالم المصغر. عدم إدراك أن الملاحظة الهادفة للشكوك المستمرة للعالم الصغير تقضي على هذا الأخير.

بمعنى آخر ، إذا فتحنا نظامًا مغلقًا يتم فيه وضع قطة مع ذرة مشعة ، فسنرى حالة واحدة فقط من الحالات المحتملة لموضوع الاختبار.

تم إثبات ذلك من قبل عالم الفيزياء الأمريكي من جامعة أركنساس ، آرت هوبسون. وفقًا لنظريته ، إذا قمت بتوصيل نظام دقيق (ذرة مشعة) بنظام كبير (عداد جيجر) ، فإن الأخير سيكون بالتأكيد مشبعًا بحالة التشابك الكمي للأول ويدخل في التراكب. وبما أننا لا نستطيع أن نلاحظ هذه الظاهرة بشكل مباشر ، فإنها ستصبح غير مقبولة بالنسبة لنا (كما جادل شرودنغر).

لذلك ، اكتشفنا أن الذرة وعداد الإشعاع في نفس التراكب. ثم من أو ماذا ، لهذا النظام ، يمكن أن يسمى قطة؟ إذا كنت تفكر بشكل منطقي ، فإن القطة ، في هذه الحالة ، تصبح مؤشرًا على حالة النواة المشعة (ببساطة - مؤشر):

1. القط على قيد الحياة ، واللب لم يتفكك.
2. ماتت القطة ، وتفكك قلبها.

ومع ذلك ، يجب أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن القطة هي أيضًا جزء من نظام واحد ، لأنها أيضًا داخل الصندوق. لذلك ، وفقًا لنظرية الكم ، فإن القط في حالة اتصال غير محلي بالذرة ، أي خجول، وبالتالي في تراكب العالم الصغير.

ويترتب على ذلك أنه مع حدوث تغيير مفاجئ في أحد كائنات النظام ، فإنه سيحدث أيضًا مع كائن آخر ، بغض النظر عن المسافة بينهما. يثبت التغيير اللحظي في حالة كلا الجسمين أننا نتعامل مع نظام واحد ، يقسم ببساطة بواسطة الفضاء إلى جزأين.

لذلك ، يمكننا أن نقول بثقة أن قطة شرودنجر إما أن تكون على قيد الحياة مؤقتًا إذا لم تتحلل الذرة ، أو ماتت إذا كانت الذرة قد تلفت.

ومع ذلك ، بفضل تجربة شرودنجر الفكرية ، تم إنشاء جهاز رياضي يصف تراكب العالم الصغير. تم استخدام هذه المعرفة على نطاق واسع في التشفير وتكنولوجيا الكمبيوتر.

أخيرًا ، أود أن أشير إلى الحب الذي لا ينضب للمفارقة الغامضة "قطة شرودنغر" من جانب جميع أنواع الكتاب والسينما. هذا فقط بعض الأمثلة:

1. جهاز سحري يسمى "قطة شرودنغر" في رواية لوكيانينكو "آخر ساعة".
2. في الرواية البوليسية Dirk Gently's Detective Agency من تأليف دوغلاس آدامز ، هناك مناقشة حية لمشكلة قطة شرودنغر.
3. في رواية آر إي هاينلين "القط يمر عبر الجدران" ، الشخصية الرئيسية، قطة ، بشكل شبه دائم في حالتين في نفس الوقت.
4. تحب قط شيشاير الشهير لويس كارول في مغامرات أليس في بلاد العجائب الظهور في عدة أماكن في وقت واحد.
5. في رواية فهرنهايت 451 ، أثار راي برادبري مسألة قطة شرودنغر ، على شكل كلب ميكانيكي حي ميت.
6. في The Mage Healer ، يصف كريستوفر ستاشيف رؤيته لقط شرودنجر بطريقة غريبة للغاية.

والعديد من الأفكار الأخرى الساحرة والمستحيلة تمامًا حول مثل هذه التجربة الفكرية الغامضة.

24 يونيو 2015

للأسف ، أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير ، لكنني لم أكن أعرف على الإطلاق ما يعنيه وعلى الأقل ما هو الموضوع الذي تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة ...

« قطة شرودينجر"- هذا هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر ، الحائز أيضًا على جائزة جائزة نوبل. بمساعدة هذه التجربة الوهمية ، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

نُشر المقال الأصلي الذي كتبه إروين شرودنغر في عام 1935. هنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية ، جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون مستقلة عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل فيها ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمال قد لا ينهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.

إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (اغفر التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن القضاء عليه عن طريق الملاحظة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة المشوشة أو الخارجة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.

بعبارات أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث تفكك النواة ، فإن القط يبقى على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. تخبرنا ميكانيكا الكم ، كما كانت ، أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في الحالة "لقد اضمحل اللب ، ومات القط" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" باحتمال 50٪. اتضح أن القطة التي تجلس في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. ولا يحدث اختيار حالة الاضمحلال للنواة في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة في الكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة".

الجوهر في لغة الإنسان: أظهرت تجربة شرودنغر ، من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، أن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ويصبح القط إما ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون بالضرورة على قيد الحياة أو ميتة (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار العظيم بين شيلدون وبيني.

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية لفيزياء الكم: وفقًا لقوانينها ، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و "ميتة" ، إذا كنت تتذكر القط طويل المعاناة). تسمى هذه الحالات بالتراكب.

قدم الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون (Art Hobson) من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

تستند القياسات في فيزياء الكم إلى تشغيل بعض الأجهزة العيانية ، مثل عداد جيجر ، الذي يحدد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) ببعض الأجهزة العيانية التي تميز بين حالتين مختلفتين من النظام ، فإن الجهاز (عداد جيجر ، على سبيل المثال) سوف يدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في نفس الوقت في تراكبين. ومع ذلك ، من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة مباشرة ، مما يجعلها غير مقبولة "، كما يقول الفيزيائي.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر ، تلعب القطة دور أداة عيانية ، عداد جيجر ، متصل بنواة مشعة ، لتحديد حالة تسوس أو "عدم تحلل" هذه النواة. في هذه الحالة ، ستكون القطة الحية مؤشرًا على "عدم التسوس" ، والقط الميت - مؤشر على التسوس. لكن وفقًا لنظرية الكم ، فإن القط ، مثل النواة ، يجب أن يكون في تراكبين من الحياة والموت.

بدلاً من ذلك ، وفقًا للفيزيائي ، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة ، مما يعني أنهما على "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. بمعنى ، إذا تغيرت حالة أحد الأجسام المتشابكة فجأة إلى العكس ، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا بنفس الطريقة ، بغض النظر عن المسافة بينهما. في الوقت نفسه ، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لهذه النظرية الكمومية.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمومي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون هناك وقت للإشارة الضوئية أو الكهرومغناطيسية لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه كائن واحد مقسم إلى جزأين حسب المساحة ، بغض النظر عن المسافة بينهما ، "يوضح هوبسون.

لم تعد قط شرودنجر حية وميتة في نفس الوقت. إنه ميت إذا حدث الاضمحلال ، ويكون حيا إذا لم يحدث التفسخ أبدا.

نضيف أن حلولًا مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وظلت غير ملحوظة في دوائر علمية واسعة. يلاحظ هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم ، نظريًا على الأقل ، ضروري للغاية لفهمها العميق.

شرودنغر

ومؤخراً فقط ، أوضحت النظريات كيف تقتل الجاذبية قط شرودنجر ، لكن هذا بالفعل أكثر تعقيدًا ...

كقاعدة عامة ، يشرح الفيزيائيون الظاهرة القائلة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات ، ولكنه مستحيل مع القطط أو الأجسام الكبيرة الأخرى ، والتداخل من بيئة. عندما يمر كائن كمي عبر حقل أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية ، فإنه يفترض فورًا حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هكذا ينهار التراكب ، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة ما عزل الكائن الكبير ، الذي هو في حالة تراكب ، عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى ، فسيظل عاجلاً أم آجلاً يأخذ حالة واحدة. على الأقل ، هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما في الفضاء بين النجوم ، ربما يكون لدى القطة فرصة للحفاظ على التماسك الكمي ، لكن هذا غير محتمل على الأرض أو بالقرب من أي كوكب. والسبب في ذلك هو الجاذبية "، يشرح إيغور بيكوفسكي ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يجادل بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا بأن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة ، وبالتالي فإننا لا نلاحظ مثل هذه الظواهر في الكون الكبير. بالمناسبة ، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في الفيلم الطويل Interstellar.

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن الجسم الضخم للغاية سوف يلتف الزمكان بالقرب منه. بالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر ، يمكننا القول أنه بالنسبة للجزيء الذي يتم وضعه بالقرب من سطح الأرض ، فإن الوقت سيكون أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

بسبب تأثير الجاذبية على الزمكان ، فإن الجزيء الذي يقع تحت هذا التأثير سيختبر انحرافًا في موقعه. وهذا ، بدوره ، يجب أن يؤثر أيضًا على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء ، والتي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال جزيء في حالة تراكب كمي لموقعين ، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر قريبًا الجزيء على "اختيار" واحد فقط من الموضعين في الفضاء.

"في معظم الحالات ، ترتبط ظاهرة فك الترابط تأثير خارجيولكن في هذه الحالة ، يتفاعل التذبذب الداخلي للجسيمات مع حركة الجزيء نفسه ، "يشرح بيكوفسكي.

لم يتم ملاحظة هذا التأثير بعد ، لأن المصادر الأخرى لفك الترابط ، مثل المجالات المغناطيسية والإشعاع الحراري والاهتزازات ، عادة ما تكون أقوى بكثير ، وتتسبب في تدمير الأنظمة الكمومية قبل فترة طويلة من تأثير الجاذبية. لكن المجربين يميلون إلى اختبار الفرضية المذكورة.

يمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك ، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول ، سيختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الوقت على "ارتفاعات" مختلفة من المسار ، بينما في الثاني ، قد يكون التراكب الكمي ثابر.

مصادر

http://4brain.ru/blog/٪D0٪BA٪D0٪BE٪D1٪82-٪D1٪88٪D1٪80٪D0٪B5٪D0٪B4٪D0٪B8٪D0٪BD٪D0٪ B3٪ D0٪ B5٪ D1٪ 80٪ D0٪ B0-٪ D1٪ 81٪ D1٪ 83٪ D1٪ 82٪ D1٪ 8C-٪ D0٪ BF٪ D1٪ 80٪ D0٪ BE٪ D1٪ 81٪ D1٪ 82٪ D1٪ 8B٪ D0٪ BC٪ D0٪ B8-٪ D1٪ 81٪ D0٪ BB٪ D0٪ BE٪ D0٪ B2٪ D0٪ B0٪ D0٪ BC٪ D0٪ B8 /

http://www.vesti.ru/doc.html؟id=2632838

إليكم بعض الشيء شبه العلمي: على سبيل المثال ، وهنا. إذا كنت لا تعرف بالفعل ، اقرأ عنه وما هو. ونكتشف ماذا المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط للمقال الذي صنعت منه هذه النسخة -