Dom Internet

Schrödingerov paradoks mačke jednostavnim riječima. "Schrödingerova mačka" - zabavan misaoni eksperiment

Članak opisuje što je Schrödingerova teorija. Prikazan je doprinos ovog velikog naučnika modernoj nauci, kao i opisan misaoni eksperiment koji je izmislio o mački. Ukratko je prikazano područje primjene ove vrste znanja.

Erwin Schrödinger

Zloglasna mačka, koja nije ni živa ni mrtva, sada se svuda koristi. O njemu se snimaju filmovi, po njemu se zovu zajednice o fizici i životinjama, čak postoji i takva marka odjeće. Ali najčešće ljudi misle na paradoks sa nesretnom mačkom. Ali o njegovom tvorcu, Erwinu Schrödingeru, po pravilu zaboravljaju. Rođen je u Beču, koji je tada bio u sastavu Austro-Ugarske. Bio je sin visokoobrazovane i bogate porodice. Njegov otac, Rudolf, proizvodio je linoleum i ulagao novac u nauku. Njegova majka je bila ćerka hemičara, a Ervin je često išao da sluša predavanja svog dede na akademiji.

Budući da je jedna od baka naučnika bila Engleskinja, od djetinjstva ga je zanimalo strani jezici i tečno je govorio engleski. Nije iznenađujuće što je u školi Šredinger svake godine bio najbolji u razredu, a na fakultetu je postavljao teška pitanja. U nauci s početka dvadesetog stoljeća već su otkrivene nedosljednosti između razumljivije klasične fizike i ponašanja čestica u mikro- i nanosvijetu. Na rješavanje novonastalih proturječnosti bacio je svu svoju snagu

Doprinos nauci

Za početak, vrijedi reći da se ovaj fizičar bavio mnogim područjima nauke. Međutim, kada kažemo "Schrödingerova teorija", ne mislimo na matematički koherentan opis boje koji je on stvorio, već na njegov doprinos kvantnoj mehanici. U to vrijeme tehnologija, eksperiment i teorija išli su ruku pod ruku. Razvila se fotografija, snimljeni su prvi spektri i otkriven je fenomen radioaktivnosti. Naučnici koji su primili rezultate blisko su sarađivali sa teoretičarima: slagali su se, dopunjavali jedni druge i raspravljali. Stvorene su nove škole i grane nauke. Svijet se počeo igrati potpuno drugačijim bojama, a čovječanstvo je dobilo nove misterije. Uprkos složenosti matematičkog aparata, da se opiše šta je Schrödingerova teorija, običan jezik mogu.

Kvantni svijet je lak!

Sada je dobro poznato da veličina proučavanih objekata direktno utiče na rezultate. Objekti vidljivi oku pokoravaju se konceptima klasične fizike. Schrödingerova teorija je primjenjiva na tijela veličine sto puta sto nanometara i manja. I to najčešće mi pričamo općenito o pojedinačnim atomima i manjim česticama. Dakle, svaki element mikrosistema istovremeno ima svojstva i čestice i talasa (čestica-talasni dualizam). Iz materijalnog svijeta, elektrone, protone, neutrone, itd. karakterizira masa i inercija, brzina i ubrzanje povezani s njom. Od teoretskog talasa - parametri kao što su frekvencija i rezonancija. Da bi shvatili kako je to istovremeno moguće i zašto su oni međusobno neodvojivi, naučnici su trebali preispitati cjelokupnu ideju strukture tvari općenito.

Schrödingerova teorija implicira da su ova dva svojstva matematički povezana kroz konstrukciju koja se zove valna funkcija. Pronalaženje matematičkog opisa ovog koncepta donijelo je Schrödingeru Nobelovu nagradu. Međutim, fizičko značenje koje mu je autor pridavao nije se poklapalo s idejama Bohra, Sommerfelda, Heisenberga i Einsteina, koji su utemeljili takozvanu Kopenhagensku interpretaciju. Otuda je došao paradoks mačaka.

valna funkcija

Kada je u pitanju mikrosvijet elementarnih čestica, pojmovi koji su inherentni makroskalama gube značenje: masa, zapremina, brzina, veličina. I nestalne vjerovatnoće dolaze same po sebi. Objekte takvih dimenzija čovjek ne može fiksirati - ljudima su dostupni samo indirektni načini proučavanja. Na primjer, svjetlosne pruge na osjetljivom ekranu ili na filmu, broj klikova, debljina prskanog filma. Sve ostalo je oblast proračuna.

Schrödingerova teorija zasniva se na jednačinama koje je ovaj naučnik izveo. A njihova sastavna komponenta je valna funkcija. Ona nedvosmisleno opisuje tip i kvantne osobine čestice koja se proučava. Vjeruje se da pokazuje stanje, na primjer, elektrona. Međutim, ona sama, suprotno idejama svog autora, fizičkog čula nema. To je samo zgodan matematički alat. Pošto naš članak predstavlja Schrödingerovu teoriju jednostavnim rečima, kažu da kvadrat valne funkcije opisuje vjerovatnoću nalaženja sistema u unaprijed određenom stanju.

Mačka kao primjer makro objekta

Sa ovakvim tumačenjem, koje se zove Kopenhagen, sam autor se nije slagao do kraja života. Bio je zgrožen nedorečenošću koncepta vjerovatnoće i insistirao je na vidljivosti same funkcije, a ne njenog kvadrata.

Kao primjer nedosljednosti takvih ideja, on je tvrdio da bi u ovom slučaju mikrosvijet utjecao na makroobjekte. Teorija kaže sljedeće: ako se živi organizam (npr. mačka) i kapsula s otrovnim plinom stave u zatvorenu kutiju, koja se otvara ako se određeni radioaktivni element raspadne, a ostaje zatvorena ako ne dođe do raspadanja, tada prije otvarajući kutiju dobijamo paradoks. Prema kvantnim konceptima, atom radioaktivnog elementa će se raspasti sa određenom vjerovatnoćom tokom određenog vremenskog perioda. Dakle, prije eksperimentalnog otkrića, atom je i netaknut i netaknut. I, kako kaže Schrödingerova teorija, po istom stepenu vjerovatnoće, mačka je i mrtva i inače živa. Što je, vidite, apsurdno, jer, otvorivši kutiju, naći ćemo samo jedno stanje životinje. A u zatvorenom kontejneru, pored smrtonosne kapsule, mačka je ili mrtva ili živa, jer su ovi pokazatelji diskretni i ne podrazumijevaju međuopcije.

Postoji konkretno, ali još ne u potpunosti dokazano objašnjenje za ovaj fenomen: u nedostatku vremenskih uvjeta za određivanje specifičnog stanja hipotetičke mačke, ovaj eksperiment je nesumnjivo paradoksalan. Međutim, kvantnomehanička pravila se ne mogu koristiti za makroobjekte. Još uvijek nije bilo moguće povući preciznu liniju između mikrokosmosa i običnog. Ipak, životinja veličine mačke je, bez sumnje, makro objekat.

Primjena kvantne mehanike

Što se tiče bilo kojeg, čak i teorijskog, fenomena, postavlja se pitanje kako Schrödingerova mačka može biti korisna. Teorija veliki prasak, na primjer, zasniva se upravo na procesima koji se tiču ovog misaonog eksperimenta. Sve što se odnosi na ultra-velike brzine, ultra-malu strukturu materije, proučavanje svemira kao takvog, objašnjava se, između ostalog, kvantnom mehanikom.

Ako ste zainteresovani za članak na temu kvantne fizike, onda postoji velika verovatnoća da volite seriju Teorija velikog praska. Dakle, Sheldon Cooper je smislio novu interpretaciju Schrödingerov misaoni eksperiment(Video s ovim fragmentom možete pronaći na kraju članka). Ali da bismo razumjeli Sheldonov dijalog sa njegovom susjedom Penny, prvo se okrenimo klasičnoj interpretaciji. Dakle, Schrödingerova mačka jednostavnim riječima.

U ovom članku ćemo pogledati:

Kratka istorijska pozadina
Opis eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom
Rješavanje paradoksa Schrödingerove mačke

Dobre vijesti odmah. Tokom eksperimenta Schrödingerova mačka nije ozlijeđena. Zato što je fizičar Erwin Schrödinger, jedan od tvoraca kvantne mehanike, izveo samo misaoni eksperiment.

Prije nego što uđemo u opis eksperimenta, napravimo mini digresiju u povijest.

Početkom prošlog veka naučnici su uspeli da pogledaju u mikrokosmos. Unatoč vanjskoj sličnosti modela "atom-elektron" sa modelom "Sunce-Zemlja", pokazalo se da Njutnovski zakoni klasične fizike koji su nam poznati ne funkcionišu u mikrokosmosu. Stoga se pojavila nova nauka - kvantna fizika i njena komponenta - kvantna mehanika. Svi mikroskopski objekti mikrosvijeta nazivani su kvanti.

Pažnja! Jedan od postulata kvantne mehanike je "superpozicija". Bit će nam od koristi za razumijevanje suštine Schrödingerovog eksperimenta.

"Superpozicija" je sposobnost kvanta (može biti elektron, foton, jezgro atoma) nije u jednom, već u više stanja u isto vrijeme ili se nalazi na više tačaka u prostoru u isto vrijeme , ako niko ne gleda

Teško nam je to razumjeti, jer u našem svijetu objekt može imati samo jedno stanje, na primjer, biti, ili živ, ili mrtav. I može biti samo u jednom određenom mestu u svemiru. Možete čitati o "superpoziciji" i zapanjujućim rezultatima eksperimenata kvantne fizike u ovom članku.

Evo jednostavne ilustracije razlike u ponašanju mikro i makro objekata. Stavite loptu u jednu od 2 kutije. Jer lopta je objekt našeg makro svijeta, sa sigurnošću ćete reći: "Lopta leži samo u jednoj kutiji, dok je druga prazna." Ako umjesto lopte uzmete elektron, tada će biti tačna tvrdnja da se on istovremeno nalazi u 2 kutije. Ovako funkcionišu zakoni mikrosvijeta. primjer: elektron u stvarnosti ne rotira oko jezgra atoma, već se istovremeno nalazi na svim tačkama sfere oko jezgra. U fizici i hemiji ovaj fenomen se naziva "elektronski oblak".

Sažetak. Shvatili smo da ponašanje vrlo malog objekta i velikog objekta podliježe različitim zakonima. Zakoni kvantne fizike i zakoni klasične fizike, respektivno.

Ali ne postoji nauka koja bi opisala prelazak iz makrokosmosa u mikrokosmos. Dakle, Erwin Schrödinger je opisao svoj misaoni eksperiment samo da bi pokazao nepotpunost opšte teorije fizike. Želio je da Schrödingerov paradoks pokaže da postoji nauka za opisivanje velikih objekata (klasična fizika) i nauka za opisivanje mikro-objekata (kvantna fizika). Ali nema dovoljno nauke da opiše prelazak sa kvantnih sistema na makrosisteme.

Opis eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom

Erwin Schrödinger je 1935. opisao eksperiment s mačkama. Originalna verzija opisa eksperimenta predstavljena je na Wikipediji ( Schrödingerova mačka Wikipedia).

Evo verzije opisa eksperimenta Schrödingerove mačke jednostavnim riječima:

Mačka je stavljena u zatvorenu čeličnu kutiju.
U "Šredingerovoj kutiji" nalazi se uređaj sa radioaktivnim jezgrom i otrovnim gasom smeštenim u kontejner.
Jezgro se može raspasti u roku od 1 sata ili ne. Vjerovatnoća propadanja je 50%.
Ako se jezgro raspadne, tada će ga Geigerov brojač zabilježiti. Relej će raditi i čekić će razbiti plinsku posudu. Schrödingerova mačka je mrtva.
Ako ne, onda će Schrödingerova mačka biti živa.

Prema zakonu "superpozicije" kvantne mehanike, u trenutku kada ne posmatramo sistem, jezgro atoma (a samim tim i mačka) je u 2 stanja istovremeno. Jezgro je u raspadnom/neraspadnom stanju. A mačka je u stanju da je živa/mrtva u isto vrijeme.

Ali sigurno znamo da ako se otvori "Šredingerova kutija", onda mačka može biti samo u jednom od stanja:

ako se jezgro nije raspalo, naša mačka je živa
ako se jezgro raspada, mačka je mrtva

Paradoks eksperimenta je u tome prema kvantna fizika: prije otvaranja kutije, mačka je živa i mrtva u isto vrijeme, ali prema zakonima fizike našeg svijeta to je nemoguće. Cat može biti u jednom specifičnom stanju - biti živ ili mrtav. Ne postoji mješovito stanje "mačka živa/mrtva" u isto vrijeme.

Prije nego što shvatite, pogledajte ovu divnu video ilustraciju paradoksa eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom (manje od 2 minute):

Rješavanje paradoksa Schrödingerove mačke - Kopenhaška interpretacija

Sad trag. Obratite pažnju na posebnu misteriju kvantne mehanike - paradoks posmatrača. Objekt mikrosvijeta (u našem slučaju jezgro) nalazi se u više stanja istovremeno samo dok ne nadgledamo sistem.

na primjer, čuveni eksperiment sa 2 proreza i posmatračem. Kada je snop elektrona bio usmjeren na neprozirnu ploču s 2 vertikalna proreza, a zatim na ekranu iza ploče, elektroni su nacrtali "valni uzorak" - vertikalne naizmjenične tamne i svijetle pruge. Ali kada su eksperimentatori htjeli da "vide" kako elektroni lete kroz proreze i postavili "posmatrača" sa strane ekrana, elektroni su na ekranu nacrtali ne "talasni uzorak", već 2 vertikalne pruge. One. ponašao se ne kao talasi, već kao čestice.

Čini se da kvantne čestice same odlučuju u kakvo će stanje zauzeti u trenutku kada se "izmjere".

Na osnovu toga, savremeno kopenhaško objašnjenje (tumačenje) fenomena "Šredingerove mačke" zvuči ovako:

Dok niko ne gleda sistem "mačje jezgro", jezgro je u isto vreme u stanju raspadanja/neraspadanja. Ali pogrešno je reći da je mačka živa/mrtva u isto vrijeme. Zašto? Da, zato što se kvantni fenomeni ne opažaju u makrosistemima. Ispravnije je govoriti ne o sistemu „mačje jezgro“, već o sistemu „detektor jezgra (Geigerov brojač)“.

Jezgro bira jedno od stanja (raspadnuto/neraspadnuto) u trenutku posmatranja (ili merenja). Ali ovaj izbor se ne dešava u trenutku kada eksperimentator otvara kutiju (otvaranje kutije se dešava u makrokosmosu, veoma daleko od sveta jezgra). Jezgro bira svoje stanje u trenutku kada udari u detektor. Poenta je da sistem nije dovoljno opisan u eksperimentu.

Dakle, kopenhaška interpretacija paradoksa Schrödingerove mačke poriče da je prije otvaranja kutije, Schrödingerova mačka bila u stanju superpozicije – istovremeno je bila u stanju žive/mrtve mačke. Mačka u makrokosmosu može i nalazi se samo u jednom stanju.

Sažetak. Schrödinger nije u potpunosti opisao eksperiment. Nisu ispravni (tačnije, nemoguće je povezati) makroskopski i kvantni sistemi. Kvantni zakoni ne funkcionišu u našim makrosistemima. U ovom eksperimentu nije “mačja jezgra” ta koja je u interakciji, već “mačka-detektor-core”. Mačka je iz makrokosmosa, a sistem "detektor-jezgro" je iz mikrokosmosa. I samo u svom kvantnom svijetu, jezgro može biti u 2 stanja u isto vrijeme. To se događa prije trenutka mjerenja ili interakcije jezgra sa detektorom. Mačka u svom makrokosmosu može biti i jeste samo u jednom stanju. dakle, samo se na prvi pogled čini da je stanje mačke "živa ili mrtva" određena u trenutku otvaranja kutije. Zapravo, njegova sudbina je određena u trenutku interakcije između detektora i jezgra.

Završni sažetak. Stanje sistema "detektor-nukleus-mačka" NIJE povezano sa osobom - posmatračem iza kutije, već sa detektorom - posmatračem iza jezgra.

Phew. Zamalo ispran mozak! Ali kako je prijatno shvatiti ključ paradoksa! Kao u starom studentskom šalu o učitelju: „Dok sam pričao, i sam sam shvatio!“.

Sheldonova interpretacija Schrödingerovog paradoksa mačke

Sada možete sjediti i slušati Sheldonovu najnoviju interpretaciju Schrödingerovog misaonog eksperimenta. Suština njegovog tumačenja je da se može primijeniti u odnosima među ljudima. Da biste shvatili da li je odnos između muškarca i žene dobar ili loš, morate otvoriti kutiju (ići na spoj). A prije toga su i dobri i loši u isto vrijeme.

Pa, kako vam se sviđa ovaj "slatki eksperiment"? U naše vrijeme, Schrödinger bi bio kažnjen od strane aktivista za prava životinja za tako brutalne misaone eksperimente s mačkom. Ili možda nije bila mačka, već Schrödingerova mačka?! Jadna djevojka, patila od ovog Schrodingera (((

Vidimo se u narednim objavama!

Želim svima ugodan dan i lepo veče!

P.S. Podijelite svoja razmišljanja u komentarima. I postavljajte pitanja.

P.S. Pretplatite se na blog - obrazac za pretplatu se nalazi ispod članka.

Kako nam je objasnio Heisenberg, zbog principa neizvjesnosti, opis objekata u kvantnom mikrosvijetu je drugačije prirode od uobičajenog opisa objekata u njutnovskom makrokosmosu. Umjesto prostornih koordinata i brzine, koje smo koristili da opišemo mehaničko kretanje, na primjer, lopte na bilijarskom stolu, u kvantnoj mehanici objekti se opisuju takozvanom valnom funkcijom. Vrh "talasa" odgovara maksimalnoj vjerovatnoći pronalaska čestice u prostoru u trenutku mjerenja. Kretanje takvog vala opisano je Schrödingerovom jednačinom, koja nam govori kako se stanje kvantnog sistema mijenja s vremenom.

Sada o mački. Svi znaju da se mačke vole sakriti u kutijama (). Erwin Schrödinger je također bio svjestan. Štaviše, s čisto nordijskim divljaštvom, koristio je ovu osobinu u poznatom misaonom eksperimentu. Njegova suština je bila da je mačka bila zaključana u kutiji sa paklenom mašinom. Mašina je preko releja povezana sa kvantnim sistemom, na primer, radioaktivno raspadnom supstancom. Verovatnoća raspada je poznata i iznosi 50%. Paklena mašina radi kada se kvantno stanje sistema promeni (dođe do raspadanja) i mačka potpuno umre. Ako sistem "Mačka-kutija-paklena mašina-kvanta" ostavimo sam sebi na jedan sat i zapamtimo da je stanje kvantnog sistema opisano u terminima vjerovatnoće, onda postaje jasno da saznati da li je mačka živa ili ne, u ovog trenutka vrijeme, sigurno, neće uspjeti, kao što neće uspjeti unaprijed predvidjeti pad novčića na glavu ili rep. Paradoks je vrlo jednostavan: talasna funkcija koja opisuje kvantni sistem meša dva stanja mačke - ona je živa i mrtva u isto vreme, baš kao što se vezani elektron sa jednakom verovatnoćom može nalaziti bilo gde u prostoru jednako udaljenom od atomskog jezgra. Ako ne otvorimo kutiju, ne znamo tačno kakva je mačka. Bez zapažanja (čitaj mjerenja) atomskog jezgra, njegovo stanje možemo opisati samo superpozicijom (miješanjem) dva stanja: raspadnutog i neraspadnutog jezgra. Mačka zavisna od nuklearnog oružja je živa i mrtva u isto vrijeme. Pitanje je sledeće: kada sistem prestaje da postoji kao mešavina dva stanja i bira jedno konkretno?

Kopenhaška interpretacija eksperimenta nam govori da sistem prestaje da bude mešavina stanja i bira jedno od njih u trenutku kada dođe do posmatranja, što je ujedno i merenje (otvara se kutija). Odnosno, sama činjenica mjerenja mijenja fizičku stvarnost, što dovodi do kolapsa valne funkcije (mačka ili postaje mrtva ili ostaje živa, ali prestaje biti mješavina oboje)! Razmislite o tome, eksperiment i mjerenja koja ga prate mijenjaju stvarnost oko nas. Lično, ova činjenica čini moj mozak mnogo jačim od alkohola. Ozloglašeni Steve Hawking također teško prihvata ovaj paradoks, ponavljajući da kada čuje za Schrödingerovu mačku, njegova ruka poseže za Browningom. Oštrina reakcije izvanrednog teoretskog fizičara je zbog činjenice da je, po njegovom mišljenju, uloga posmatrača u kolapsu valne funkcije (spadanju u jedno od dva vjerovatnoća) stanja uvelike preuveličana.

Naravno, kada je profesor Erwin osmislio svoju mačju prevaru davne 1935. godine, to je bio pametan način da se pokaže nesavršenost kvantne mehanike. Zaista, mačka ne može biti živa i mrtva u isto vrijeme. Kao rezultat toga, jedna od interpretacija eksperimenta bila je očigledna kontradikcija između zakona makro-svijeta (na primjer, drugi zakon termodinamike - mačka je ili živa ili mrtva) i mikro-svijeta (mačka je živ i mrtav u isto vreme).

Navedeno se primjenjuje u praksi: u kvantnom računarstvu i u kvantnoj kriptografiji. Kabl od optičkih vlakana šalje svjetlosni signal koji je u superpoziciji dva stanja. Ako se napadači spoje na kabel negdje na sredini i tamo naprave signalni prisluškivač kako bi prisluškivali prenesenu informaciju, tada će se urušiti valna funkcija (sa stanovišta tumačenja Kopenhagena, napravit će se zapažanje) i svjetlo će ići u jedno od stanja. Provođenjem statističkih ispitivanja svjetlosti na prijemnom kraju kabla, moći će se utvrditi da li je svjetlost u superpoziciji stanja ili je već uočena i prenesena u drugu tačku. To omogućava stvaranje sredstava komunikacije koja isključuju neprimjetno presretanje i prisluškivanje signala.

Još jedno najnovije tumačenje Schrödingerovog misaonog eksperimenta je priča o Sheldonu Cooperu iz Teorije velikog praska, koji je razgovarao s Pennynom manje obrazovanom susjedom. Poenta Sheldonove priče je da se koncept Schrödingerove mačke može primijeniti na odnose među ljudima. Da biste razumeli šta se dešava između muškarca i žene, kakav je odnos između njih: dobar ili loš, samo treba da otvorite kutiju. Do tada, veze su i dobre i loše.

Godine 1935. vatreni protivnik novonastale kvantne mehanike, Eric Schrödinger, objavio je članak koji je imao za cilj da osudi i dokaže neuspjeh nove grane u razvoju fizike.

Suština članka je izvođenje misaonog eksperimenta:

Živa mačka se stavlja u potpuno zatvorenu kutiju.
Geigerov brojač koji sadrži jedan radioaktivni atom postavljen je pored mačke.
Tikvica napunjena kiselinom pričvršćena je direktno na Geigerov brojač.
Eventualni raspad radioaktivnog atoma će pokrenuti Geigerov brojač, koji će zauzvrat razbiti bocu, a kiselina koja iz nje prolije ubiće mačku.
Hoće li mačka preživjeti ili umrijeti ako je sa tako neugodnim komšijama?
Za eksperiment je predviđen jedan sat.

Odgovori na ovo pitanje i pozvan je da dokaže nedosljednost kvantne teorije, koja se zasniva na superpoziciji: zakon paradoksa - sve mikročestice našeg svijeta uvijek su u dva stanja u isto vrijeme, sve dok ih ne počnu promatrati.

Odnosno, nalazeći se u zatvorenom prostoru (kvantna teorija), naša mačka, kao i njen nepredvidivi susjed - atom, sinhrono je prisutna u dve države:

Živa i mrtva mačka u isto vrijeme.
Raspadnuti, a u isto vrijeme neraspadnuti atom.

Što je, prema klasičnoj fizici, potpuni apsurd. Nemoguće je da takve stvari koje se međusobno isključuju istovremeno postoje.

I to je tačno, ali samo sa stanovišta makrokosmosa. Dok u mikrokosmosu funkcionišu potpuno drugačiji zakoni, i stoga je Schrödinger pogriješio kada je primjenjivao zakone makrokosmosa na odnose unutar mikrokosmosa. Ne shvatajući da svrsishodno posmatranje stalnih neizvesnosti mikrosveta eliminiše ovo drugo.

Drugim riječima, ako otvorimo zatvoreni sistem u kojem je mačka smještena zajedno s radioaktivnim atomom, vidjet ćemo samo jedno od mogućih stanja ispitanika.

To je dokazao američki fizičar sa Univerziteta u Arkanzasu Art Hobson. Prema njegovoj teoriji, ako povežete mikrosistem (radioaktivni atom) sa makrosistemom (Geigerov brojač), potonji će definitivno biti prožet stanjem kvantne isprepletenosti prvog i preći u superpoziciju. A pošto ne možemo direktno da posmatramo ovaj fenomen, on će za nas postati neprihvatljiv (što je Šredinger tvrdio).

Dakle, otkrili smo da su atom i brojač zračenja u istoj superpoziciji. Ko se onda ili šta, za ovaj sistem, može nazvati mačkom? Ako razmišljate logično, mačka u ovom slučaju postaje indikator stanja radioaktivnog jezgra (jednostavno - indikator):

Mačka je živa, srž se nije raspala.
Mačka je mrtva, jezgro se raspalo.

Međutim, moramo uzeti u obzir činjenicu da je i mačka dio jedinstvenog sistema, jer se i ona nalazi unutar boksa. Dakle, prema kvantnoj teoriji, mačka je u takozvanoj nelokalnoj vezi sa atomom, tj. zbunjen, a time i u superpoziciji mikrosvijeta.

Iz toga slijedi da će se, naglom promjenom jednog od objekata sistema, to desiti i sa drugim objektom, bez obzira koliko su udaljeni jedan od drugog. Trenutna promjena stanja oba objekta dokazuje da imamo posla sa jednim sistemom, jednostavno podijeljenim prostorom na dva dijela.

Dakle, možemo sa sigurnošću reći da je Schrödingerova mačka trenutno ili živa ako se atom nije raspao, ili mrtva ako se atom raspao.

Pa ipak, zahvaljujući Schrödingerovom misaonom eksperimentu konstruiran je matematički uređaj koji opisuje superpoziciju mikrosvijeta. Ovo znanje je našlo široku primenu u kriptografiji i kompjuterskoj tehnologiji.

Na kraju, želim da napomenem neiscrpnu ljubav prema misterioznom paradoksu "Šredingerove mačke" svih vrsta pisaca i filma. To je samo nekoliko primjera:

Čarobna naprava pod nazivom "Šredingerova mačka" u Lukjanenovom romanu "Posljednja straža".
U detektivskom romanu Dirk Gently's Detective Agency Daglasa Adamsa živo se raspravlja o problemu Schrödingerove mačke.
U romanu R. E. Heinleina "Mačka koja prolazi kroz zidove", protagonista, mačka, gotovo je stalno u dva stanja u isto vrijeme.
Čuveni Cheshire mačka Lewisa Carrolla u Alice's Adventures in Wonderland voli da se pojavljuje na nekoliko mjesta odjednom.
U romanu Fahrenheit 451, Ray Bradbury postavlja pitanje Schrödingerove mačke, u obliku živo-mrtvog mehaničkog psa.
U The Mage Healer, Christopher Stashef opisuje svoju viziju Schrödingerove mačke na vrlo neobičan način.

I mnoge druge očaravajuće, potpuno nemoguće ideje o tako tajanstvenom misaonom eksperimentu.

24. juna 2015

Na moju sramotu, želim da priznam da sam čuo ovaj izraz, ali da uopšte nisam znao šta znači i barem na koju temu se koristi. Dozvolite mi da vam kažem šta sam pročitao na internetu o ovoj mački...

« Shroedingerova mačka"- to je naziv čuvenog misaonog eksperimenta poznatog austrijskog teorijskog fizičara Erwina Schrödingera, koji je također laureat nobelova nagrada. Uz pomoć ovog fiktivnog eksperimenta, naučnik je želeo da pokaže nepotpunost kvantne mehanike u prelasku sa subatomskih sistema na makroskopske sisteme.

Originalni članak Erwina Schrödingera objavljen je 1935. Evo citata:

Također možete konstruirati slučajeve u kojima je dovoljna burleska. Neka mačka bude zaključana u čeličnoj komori, zajedno sa sljedećom đavolskom mašinom (koja bi trebala biti neovisna o intervenciji mačke): unutar Geigerovog brojača nalazi se sićušna količina radioaktivnog materijala, toliko mala da se samo jedan atom može raspasti u sat, ali sa istom vjerovatnoćom se možda neće raspasti; ako se to dogodi, cijev za očitavanje se prazni i relej se aktivira, spuštajući čekić, koji razbija konus cijanovodonične kiseline.

Ako cijeli ovaj sistem ostavimo sam sebi na sat vremena, onda možemo reći da će mačka biti živa i nakon tog vremena, sve dok se atom ne raspadne. Prvi raspad atoma bi otrovao mačku. Psi-funkcija sistema u cjelini će to izraziti miješanjem u sebi ili mazanjem žive i mrtve mačke (izvinite na izrazu) u jednakim omjerima. Tipično u takvim slučajevima je da se neizvjesnost, prvobitno ograničena na atomski svijet, pretvara u makroskopsku nesigurnost koja se može eliminirati direktnim promatranjem. To nas sprečava da naivno prihvatimo "model zamućenja" kao odraz stvarnosti. Samo po sebi, ovo ne znači ništa nejasno ili kontradiktorno. Postoji razlika između nejasne fotografije ili fotografije van fokusa i snimke oblaka ili magle.

Drugim riječima:

Tu je kutija i mačka. Kutija sadrži mehanizam koji sadrži radioaktivno atomsko jezgro i posudu s otrovnim plinom. Eksperimentalni parametri su odabrani tako da je vjerovatnoća nuklearnog raspada za 1 sat 50%. Ako se jezgro raspadne, spremnik za plin se otvara i mačka umire. Ako ne dođe do raspadanja nukleusa, mačka ostaje živa i zdrava.
Mačku zatvaramo u kutiju, čekamo sat vremena i pitamo se: je li mačka živa ili mrtva?
Kvantna mehanika nam, takoreći, govori da je atomsko jezgro (a time i mačka) u svim mogućim stanjima u isto vrijeme (vidi kvantnu superpoziciju). Pre nego što smo otvorili kutiju, sistem "mačka-jezgro" je u stanju "jezgro je raspadnulo, mačka je mrtva" sa verovatnoćom od 50% iu stanju "nukleus nije raspao, mačka je živa" sa vjerovatnoćom od 50%. Ispostavilo se da je mačka koja sjedi u kutiji i živa i mrtva u isto vrijeme.
Prema modernom tumačenju Kopenhagena, mačka je i dalje živa/mrtva bez ikakvih međustanja. A izbor stanja raspada jezgra se ne dešava u trenutku otvaranja kutije, već čak i kada jezgro uđe u detektor. Jer redukcija talasne funkcije sistema "mačka-detektor-nukleus" nije povezana sa ljudskim posmatračem kutije, već je povezana sa detektorom-posmatračem jezgra.

Prema kvantnoj mehanici, ako se jezgro atoma ne promatra, tada se njegovo stanje opisuje mješavinom dvaju stanja - raspadnutog jezgra i neraspadnutog jezgra, dakle, mačka koja sjedi u kutiji i personificira jezgro atoma je i živ i mrtav u isto vrijeme. Ako se kutija otvori, tada eksperimentator može vidjeti samo jedno specifično stanje - "nukleus se raspao, mačka je mrtva" ili "nukleus se nije raspao, mačka je živa".

Suština na ljudskom jeziku: Schrödingerov eksperiment je pokazao da je, sa stanovišta kvantne mehanike, mačka i živa i mrtva u isto vrijeme, što ne može biti. Shodno tome, kvantna mehanika ima značajne nedostatke.

Pitanje je sledeće: kada sistem prestaje da postoji kao mešavina dva stanja i bira jedno konkretno? Svrha eksperimenta je pokazati da je kvantna mehanika nepotpuna bez nekih pravila koja određuju pod kojim uvjetima se valna funkcija urušava, a mačka ili postaje mrtva ili ostaje živa, ali prestaje biti mješavina oboje. Pošto je jasno da mačka mora biti ili živa ili mrtva (ne postoji međustanje između života i smrti), to će biti isto i za atomsko jezgro. Mora nužno biti ili razbijen ili ne razbijen (Vikipedija).

Ispod je video klip ovog dijaloga o Teoriji velikog praska između Sheldona i Peny.

Schrödingerova ilustracija je najbolji primjer za opisivanje glavnog paradoksa kvantne fizike: prema njenim zakonima, čestice kao što su elektroni, fotoni, pa čak i atomi postoje u dva stanja u isto vrijeme („živi” i „mrtvi”, ako se sjećate dugotrpeljiva mačka). Ova stanja se nazivaju superpozicije.

Američki fizičar Art Hobson (Art Hobson) sa Univerziteta u Arkanzasu (Arkansas State University) ponudio je svoje rješenje ovog paradoksa.

“Mjerenja u kvantnoj fizici zasnivaju se na radu određenih makroskopskih uređaja, poput Geigerovog brojača, koji određuju kvantno stanje mikroskopskih sistema – atoma, fotona i elektrona. Kvantna teorija implicira da ako povežete mikroskopski sistem (česticu) sa nekim makroskopskim uređajem koji razlikuje dva različita stanja sistema, tada će uređaj (Geigerov brojač, na primjer) preći u stanje kvantne isprepletenosti i također će biti istovremeno u dve superpozicije. Međutim, nemoguće je direktno posmatrati ovu pojavu, što je čini neprihvatljivom”, kaže fizičar.

Hobson kaže da u Schrödingerovom paradoksu mačka igra ulogu makroskopskog uređaja, Geigerovog brojača, spojenog na radioaktivno jezgro kako bi se odredilo stanje raspada ili "neraspadanja" ovog jezgra. U ovom slučaju, živa mačka će biti pokazatelj "ne-propadanja", a mrtva mačka - indikator propadanja. Ali prema kvantnoj teoriji, mačka, kao i jezgro, mora biti u dvije superpozicije života i smrti.

Umjesto toga, prema fizičaru, kvantno stanje mačke mora biti isprepleteno sa stanjem atoma, što znači da su u "ne-lokalnoj vezi" jedno s drugim. Odnosno, ako se stanje jednog od zapetljanih objekata iznenada promijeni u suprotno, tada će se i stanje njegovog para promijeniti na isti način, bez obzira koliko su udaljeni. Istovremeno, Hobson se poziva na eksperimentalnu potvrdu ove kvantne teorije.

“Najzanimljivija stvar u teoriji kvantne isprepletenosti je da se promjena stanja obje čestice događa trenutno: nijedan svjetlosni ili elektromagnetski signal ne bi imao vremena za prijenos informacija iz jednog sistema u drugi. Dakle, možete reći da je to jedan objekt podijeljen prostorom na dva dijela, bez obzira na to koliko je razmak između njih veliki”, objašnjava Hobson.

Schrödingerova mačka više nije živa i mrtva u isto vrijeme. On je mrtav ako se raspad dogodi, i živ ako se raspad nikada ne dogodi.

Dodajmo da su slična rješenja ovog paradoksa predložile još tri grupe naučnika u proteklih trideset godina, ali nisu shvaćena ozbiljno i ostala su nezapažena u široj naučnoj zajednici. Hobson napominje da je rješenje paradoksa kvantne mehanike, barem teorijsko, apsolutno neophodno za njeno duboko razumijevanje.

Schrödinger

A tek nedavno, TEORETIKA JE OBJASNILI KAKO GRAVITACIJA UBIJA SCHROEDINGEROVU MAČKU, ali ovo je već komplikovanije...

Po pravilu, fizičari objašnjavaju fenomen da je superpozicija moguća u svijetu čestica, ali nemoguća kod mačaka ili drugih makro objekata, interferencija od okruženje. Kada kvantni objekat prođe kroz polje ili stupi u interakciju sa slučajnim česticama, on odmah preuzima samo jedno stanje - kao da je izmjeren. Tako se superpozicija ruši, kako su naučnici vjerovali.

Ali čak i kada bi na neki način postalo moguće izolovati makroobjekat, koji je u stanju superpozicije, od interakcija sa drugim česticama i poljima, onda bi on ipak pre ili kasnije zauzeo jedno stanje. Barem, to vrijedi za procese koji se odvijaju na površini Zemlje.

“Negdje u međuzvjezdanom prostoru, možda bi mačka imala priliku da održi kvantnu koherentnost, ali na Zemlji ili blizu bilo koje planete to je krajnje malo vjerovatno. A razlog tome je gravitacija”, objašnjava glavni autor nove studije Igor Pikovski (Igor Pikovski) iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziku.

Pikovsky i njegove kolege sa Univerziteta u Beču tvrde da gravitacija ima destruktivan učinak na kvantne superpozicije makroobjekata, te stoga ne opažamo takve pojave u makrokosmosu. Osnovni koncept nove hipoteze, inače, ukratko je izložen u igranom filmu Interstellar.

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti kaže da će izuzetno masivni objekat iskriviti prostor-vreme u njegovoj blizini. S obzirom na situaciju na manjem nivou, možemo reći da će za molekul koji se nalazi blizu površine Zemlje vrijeme teći nešto sporije nego za molekul koji se nalazi u orbiti naše planete.

Zbog uticaja gravitacije na prostor-vreme, molekul koji potpadne pod ovaj uticaj će doživeti devijaciju u svom položaju. A to bi zauzvrat trebalo da utiče i na njegovu unutrašnju energiju - vibracije čestica u molekulu, koje se menjaju tokom vremena. Ako se molekul uvede u stanje kvantne superpozicije dviju lokacija, tada bi odnos između položaja i unutrašnje energije ubrzo prisilio molekul da "izabere" samo jednu od dvije pozicije u prostoru.

“U većini slučajeva, fenomen dekoherencije je povezan sa spoljni uticaj, ali u ovom slučaju unutrašnja oscilacija čestica je u interakciji s kretanjem samog molekula”, objašnjava Pikovsky.

Ovaj efekat još nije uočen, jer su drugi izvori dekoherencije, kao što su magnetna polja, toplotno zračenje i vibracije, obično mnogo jači i uzrokuju uništenje kvantnih sistema mnogo pre gravitacije. Ali eksperimentatori nastoje provjeriti navedenu hipotezu.

Slična postavka bi se takođe mogla koristiti za testiranje sposobnosti gravitacije da uništi kvantne sisteme. Za to će biti potrebno uporediti vertikalne i horizontalne interferometre: u prvom će superpozicija ubrzo nestati zbog dilatacije vremena na različitim "visinama" putanje, dok u drugom kvantna superpozicija može opstati. .

izvori

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

Evo malo više znanstvenog: na primjer, i ovdje. Ako već ne znate, pročitajte o tome i šta je to. I saznajemo šta Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -