Dom Internet

Paradoks Schrödingerove mačke jednostavnim riječima. "Schrödingerova mačka" - zabavan misaoni eksperiment

Članak opisuje što je Schrödingerova teorija. Prikazan je doprinos ovog velikog znanstvenika modernoj znanosti, 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 koristi posvuda. O njemu se snimaju filmovi, po njemu se zovu zajednice o fizici i životinjama, postoji čak i takav brend odjeće. Ali najčešće ljudi misle na paradoks s nesretnom mačkom. Ali o njegovom tvorcu, Erwinu Schrödingeru, u pravilu zaboravljaju. Rođen je u Beču, koji je tada bio u sastavu Austro-Ugarske. Bio je sin visokoobrazovane i bogate obitelji. Njegov otac Rudolf proizvodio je linoleum i ulagao novac u znanost. Majka mu je bila kći kemičara, a Erwin je često išao slušati djedova predavanja na akademiji.

Budući da je jedna od baka znanstvenika bila Engleskinja, od djetinjstva ga je zanimalo strani jezici i tečno je govorio engleski. Nije iznenađujuće da je u školi Schrödinger svake godine bio najbolji u razredu, a na sveučilištu je postavljao teška pitanja. U znanosti s početka dvadesetog stoljeća već su se otkrile nedosljednosti između razumljivije klasične fizike i ponašanja čestica u mikro- i nanosvijetu. Da bi riješio nastajuće proturječnosti i bacio je svu svoju snagu

Doprinos znanosti

Za početak, vrijedno je reći da se ovaj fizičar bavio mnogim područjima znanosti. Međutim, kada kažemo "Schrödingerovu teoriju", 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. Znanstvenici koji su primili rezultate blisko su surađivali s teoretičarima: slagali su se, nadopunjavali i raspravljali. Stvorene su nove škole i grane znanosti. Svijet se počeo igrati potpuno drugačijim bojama, a čovječanstvo je dobilo nove misterije. Unatoč složenosti matematičkog aparata, opisati što je Schrödingerova teorija, prostim jezikom limenka.

Kvantni svijet je lak!

Sada je dobro poznato da skala proučavanih objekata izravno utječe na rezultate. Predmeti vidljivi oku pokoravaju se konceptima klasične fizike. Schrödingerova teorija primjenjiva je na tijela veličine sto puta sto nanometara i manja. I to najčešće pričamo općenito o pojedinim atomima i manjim česticama. Dakle, svaki element mikrosustava istovremeno ima svojstva i čestice i vala (dualizam čestica-val). Iz materijalnog svijeta, elektrone, protone, neutrone, itd. karakterizira masa i inercija, brzina i ubrzanje povezane s njom. Od teoretskog vala – parametri poput frekvencije i rezonancije. Kako bi shvatili kako je to u isto vrijeme moguće i zašto su međusobno neodvojivi, znanstvenici su trebali preispitati cjelokupnu ideju strukture tvari općenito.

Schrödingerova teorija implicira da su ta dva svojstva matematički povezana kroz konstrukt koji se naziva valna funkcija. Pronalaženje matematičkog opisa ovog koncepta donijelo je Schrödingeru Nobelovu nagradu. Međutim, fizičko značenje koje mu je autor pripisivao nije se poklapalo s idejama Bohra, Sommerfelda, Heisenberga i Einsteina, koji su utemeljili tzv. Copenhagen Interpretation. Otuda je došao paradoks mačaka.

valna funkcija

Kada je u pitanju mikrosvijet elementarnih čestica, pojmovi svojstveni makroskalama gube značenje: masa, volumen, brzina, veličina. I nestalne vjerojatnosti dolaze na svoje. Objekte takvih dimenzija čovjek ne može fiksirati - ljudima su dostupni samo neizravni načini proučavanja. Na primjer, svjetlosne pruge na osjetljivom ekranu ili na filmu, broj klikova, debljina prskanog filma. Sve ostalo je područje izračuna.

Schrödingerova teorija temelji se na jednadžbama koje je ovaj znanstvenik izveo. A njihova sastavna komponenta je valna funkcija. Nedvosmisleno opisuje vrstu i kvantna svojstva čestice koja se proučava. Vjeruje se da pokazuje stanje, na primjer, elektrona. Međutim, ona sama, suprotno zamislima svog autora, fizički osjećaj nema. To je samo zgodan matematički alat. Budući da naš članak predstavlja Schrödingerovu teoriju jednostavnim riječima, kažu da kvadrat valne funkcije opisuje vjerojatnost nalaženja sustava u unaprijed određenom stanju.

Mačka kao primjer makro objekta

S ovakvim tumačenjem, koje se zove Kopenhagen, sam autor se nije slagao do kraja života. Bio je zgrožen nedorečenošću koncepta vjerojatnosti, a inzistirao je na vidljivosti same funkcije, a ne njezinog kvadrata.

Kao primjer nedosljednosti takvih ideja, ustvrdio je 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 dobivamo paradoks. Prema kvantnim konceptima, atom radioaktivnog elementa će se s određenom vjerojatnošću raspasti tijekom određenog vremenskog razdoblja. Dakle, prije eksperimentalnog otkrića, atom je i netaknut i netaknut. I, kako kaže Schrödingerova teorija, po istom stupnju vjerojatnosti, mačka je i mrtva i inače živa. Što je, vidite, apsurdno, jer, otvorivši kutiju, pronaći ćemo samo jedno stanje životinje. A u zatvorenom spremniku, pored smrtonosne kapsule, mačka je ili mrtva ili živa, budući da su ti 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 hipotetske mačke, ovaj je eksperiment nedvojbeno paradoksalan. Međutim, kvantnomehanička pravila ne mogu se koristiti za makroobjekte. Još uvijek nije bilo moguće povući preciznu granicu između mikrokozmosa i običnog. Ipak, životinja veličine mačke je, bez sumnje, makro objekt.

Primjena kvantne mehanike

Što se tiče svakog, pa i teorijskog, fenomena, postavlja se pitanje kako Schrödingerova mačka može biti korisna. Teorija veliki prasak, na primjer, temelji 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 vas zanima članak na temu kvantne fizike, onda postoji velika vjerojatnost da vam se sviđa serijal Teorija velikog praska. Dakle, Sheldon Cooper smislio je svježu interpretaciju Schrödingerov misaoni eksperiment(Video s ovim fragmentom možete pronaći na kraju članka). No, da bismo razumjeli Sheldonov dijalog sa susjedom Penny, prvo se okrenimo klasičnoj interpretaciji. Dakle, Schrödingerova mačka jednostavnim riječima.

U ovom članku ćemo pogledati:

Kratka povijesna pozadina
Opis pokusa sa Schrödingerovom mačkom
Rješavanje paradoksa Schrödingerove mačke

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

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

Početkom prošlog stoljeća znanstvenici su uspjeli pogledati u mikrokozmos. Unatoč vanjskoj sličnosti modela "atom-elektron" s modelom "Sunce-Zemlja", pokazalo se da nam poznati Newtonovi zakoni klasične fizike ne djeluju u mikrokozmosu. Stoga se pojavila nova znanost - kvantna fizika i njezina komponenta - kvantna mehanika. Svi mikroskopski objekti mikrosvijeta zvali su se 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, jezgra atoma) nije u jednom, već u više stanja u isto vrijeme ili se nalazi u nekoliko točaka u prostoru u isto vrijeme , ako nitko ne gleda

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

Ovdje je jednostavna ilustracija razlike u ponašanju mikro i makro objekata. Stavite loptu u jednu od 2 kutije. Jer lopta je objekt našeg makro svijeta, s povjerenjem ćete reći: "Lopta leži samo u jednoj kutiji, dok je druga prazna." Ako umjesto lopte uzmete elektron, tada će biti istinita tvrdnja da se istovremeno nalazi u 2 kutije. Tako funkcioniraju zakoni mikrosvijeta. Primjer: elektron u stvarnosti ne rotira oko jezgre atoma, već se istovremeno nalazi na svim točkama sfere oko jezgre. U fizici i kemiji ovaj se fenomen naziva "elektronski oblak".

Sažetak. Shvatili smo da se ponašanje vrlo malog i velikog objekta pokorava različitim zakonima. Zakoni kvantne fizike i zakoni klasične fizike.

Ali ne postoji znanost koja bi opisala prijelaz iz makrokozmosa u mikrokozmos. Dakle, Erwin Schrödinger je opisao svoj misaoni eksperiment samo da bi pokazao nepotpunost opće teorije fizike. Želio je da Schrödingerov paradoks pokaže da postoji znanost za opisivanje velikih objekata (klasična fizika) i znanost za opisivanje mikro-objekata (kvantna fizika). Ali nema dovoljno znanosti da se opiše prijelaz s kvantnih sustava na makrosustave.

Opis pokusa sa Schrödingerovom mačkom

Erwin Schrödinger je 1935. opisao eksperiment s mačkama. Izvorna 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 "Schrödingerovoj kutiji" nalazi se uređaj s radioaktivnom jezgrom i otrovnim plinom smještenim u posudu.
Jezgra se može raspasti unutar 1 sata ili ne. Vjerojatnost propadanja je 50%.
Ako se jezgra raspadne, tada će to Geigerov brojač zabilježiti. Relej će raditi i čekić će razbiti plinski spremnik. Schrödingerova mačka je mrtva.
Ako ne, onda će Schrödingerova mačka biti živa.

Prema zakonu "superpozicije" kvantne mehanike, u trenutku kada ne promatramo sustav, jezgra atoma (i, posljedično, mačka) je u 2 stanja u isto vrijeme. Jezgra je u raspadnutom/neraspadnutom stanju. A mačka je u stanju da je živa/mrtva u isto vrijeme.

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

ako se jezgra nije raspala, naša mačka je živa
ako se jezgra raspala, 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. mačka može biti u jednom određenom stanju - biti živ ili mrtav. Ne postoji mješovito stanje "mačka živa/mrtva" u isto vrijeme.

Prije nego dobijete trag, pogledajte ovu divnu video ilustraciju paradoksa eksperimenta s Schrödingerovom mačkom (manje od 2 minute):

Rješavanje paradoksa Schrödingerove mačke - Kopenhaška interpretacija

Sada trag. Obratite pažnju na posebnu misteriju kvantne mehanike - paradoks promatrača. Objekt mikrosvijeta (u našem slučaju jezgra) je u više stanja u isto vrijeme samo dok ne nadziremo sustav.

Na primjer, poznati eksperiment s 2 proreza i promatračem. Kada je snop elektrona bio usmjeren na neprozirnu ploču s 2 okomita proreza, tada su na ekranu iza ploče, elektroni nacrtali "valni uzorak" - vertikalne izmjenjujuće tamne i svijetle pruge. Ali kada su eksperimentatori htjeli "vidjeti" kako elektroni lete kroz proreze i postavili "promatrača" sa strane ekrana, elektroni su na ekranu nacrtali ne "valni uzorak", već 2 okomite pruge. Oni. ponašao se ne kao valovi, nego kao čestice.

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

Na temelju toga, moderno kopenhagensko objašnjenje (tumačenje) fenomena "Schrödingerove mačke" zvuči ovako:

Dok nitko ne gleda sustav "mačja jezgra", jezgra je u isto vrijeme u stanju raspadanja/neraspadanja. Ali pogrešno je reći da je mačka živa/mrtva u isto vrijeme. Zašto? Da, jer se kvantni fenomeni ne opažaju u makrosustavima. Ispravnije je govoriti ne o sustavu "mačja jezgra", već o sustavu "detektor jezgre (Geigerov brojač)".

Jezgra bira jedno od stanja (raspadnuto/neraspadnuto) u trenutku promatranja (ili mjerenja). Ali taj se izbor ne događa u trenutku kada eksperimentator otvara kutiju (otvaranje kutije događa se u makrokozmosu, vrlo daleko od svijeta jezgre). Jezgra bira svoje stanje u trenutku kada udari u detektor. Poanta je da sustav 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 makrokozmosu može i jest samo u jednom stanju.

Sažetak. Schrödinger nije u potpunosti opisao eksperiment. Nisu točni (točnije, nemoguće ih je povezati) makroskopski i kvantni sustavi. Kvantni zakoni ne djeluju u našim makrosustavima. U ovom eksperimentu nije "mačja jezgra" ta koja je u interakciji, već "mačka-detektor-core". Mačka je iz makrokozmosa, a sustav "detektor-jezgra" je iz mikrokozmosa. I samo u svom kvantnom svijetu, jezgra može biti u 2 stanja u isto vrijeme. To se događa prije trenutka mjerenja ili interakcije jezgre s detektorom. Mačka u svom makrokozmosu može biti i jest samo u jednom stanju. Zato, samo se na prvi pogled čini da je stanje mačke "živa ili mrtva" određena u trenutku otvaranja kutije. Zapravo, njegova je sudbina određena u trenutku interakcije između detektora i jezgre.

Završni sažetak. Stanje sustava "detektor-nukleus-mačka" NIJE povezano s osobom - promatračem iza kutije, već s detektorom - promatračem iza jezgre.

fuj. Gotovo ispran mozak! Ali kako je ugodno razumjeti ključ paradoksa! Kao u starom studentskom vicu 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. Bit njegove interpretacije je da se može primijeniti u odnosima među ljudima. Da biste razumjeli je li 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, nego Schrödingerova mačka?! Jadna djevojka, patila od ovog Schrodingera (((

Vidimo se u sljedećim objavama!

želim svima ugodan dan i ugodnu večer!

p.s. Podijelite svoja razmišljanja u komentarima. I postavljati pitanja.

p.s. Pretplatite se na blog - obrazac za pretplatu nalazi se ispod članka.

Kako nam je objasnio Heisenberg, zbog principa neizvjesnosti opis objekata u kvantnom mikrosvijetu je drugačije prirode od uobičajenog opisa objekata u Newtonovom makrokozmosu. Umjesto prostornih koordinata i brzine, kojima smo opisali mehaničko kretanje, primjerice, loptice na bilijarskom stolu, u kvantnoj mehanici objekti se opisuju takozvanom valnom funkcijom. Vrh "vala" odgovara maksimalnoj vjerojatnosti pronalaska čestice u prostoru u trenutku mjerenja. Gibanje takvog vala opisano je Schrödingerovom jednadžbom, koja nam govori kako se stanje kvantnog sustava mijenja s vremenom.

Sada o mački. Svi znaju da se mačke vole skrivati u kutijama (). Erwin Schrödinger je također bio svjestan. Štoviše, s čisto nordijskim divljaštvom, upotrijebio je tu značajku u poznatom misaonom eksperimentu. Njegova je bit bila da je mačka bila zaključana u kutiji s paklenim strojem. Stroj je preko releja povezan s kvantnim sustavom, na primjer, radioaktivno raspadnom tvari. Vjerojatnost raspada je poznata i iznosi 50%. Pakleni stroj radi kada se kvantno stanje sustava promijeni (dođe do raspadanja) i mačka potpuno ugine. Ako sustav "Mačka-kutija-pakleni stroj-kvanta" ostavimo samo jedan sat i sjetimo se da je stanje kvantnog sustava opisano u terminima vjerojatnosti, tada postaje jasno da saznati je li mačka živa ili ne u ovaj trenutak vrijeme, sigurno, neće uspjeti, kao što neće uspjeti točno predvidjeti pad novčića na glavu ili rep. Paradoks je vrlo jednostavan: valna funkcija koja opisuje kvantni sustav miješa dva stanja mačke – ona je živa i mrtva u isto vrijeme, baš kao što se vezani elektron s jednakom vjerojatnošću može nalaziti bilo gdje u prostoru jednako udaljenom od atomske jezgre. Ako ne otvorimo kutiju, ne znamo točno kakva je mačka. Bez promatranja (čitaj mjerenja) atomske jezgre, možemo opisati njeno stanje samo superpozicijom (miješanjem) dvaju stanja: raspadnute i neraspadnute jezgre. Mačka ovisna o nuklearnoj elektrani živa je i mrtva u isto vrijeme. Pitanje je sljedeće: kada sustav prestaje postojati kao mješavina dvaju stanja i bira jedno konkretno?

Kopenhaška interpretacija eksperimenta govori nam da sustav prestaje biti mješavina stanja i bira jedno od njih u trenutku kada se odvija promatranje, koje je ujedno i mjerenje (okvir se otvara). 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. Osobno, ta činjenica čini moj mozak puno jačim od alkohola. Zloglasni Steve Hawking također teško prihvaća ovaj paradoks, ponavljajući da kada čuje za Schrödingerovu mačku, njegova ruka poseže za Browningom. Oštrina reakcije izvanrednog teoretskog fizičara posljedica je činjenice da je, po njegovom mišljenju, uloga promatrača u kolapsu valne funkcije (spadanju u jedno od dva vjerojatnosna) stanja uvelike pretjerana.

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

Navedeno se primjenjuje u praksi: u kvantnom računarstvu i u kvantnoj kriptografiji. Optički kabel šalje svjetlosni signal koji je u superpoziciji dvaju stanja. Ako se napadači spoje na kabel negdje u sredini i tamo naprave signalni prisluškivač kako bi prisluškivali odaslane informacije, tada će se urušiti valna funkcija (sa stajališta tumačenja Kopenhagena, napravit će se zapažanje) i svjetlo će otići u jedno od stanja. Provođenjem statističkih ispitivanja svjetlosti na prijemnom kraju kabela, moći će se ustanoviti nalazi li se svjetlost u superpoziciji stanja ili je već promatrana i prenesena u drugu točku. To omogućuje stvaranje sredstava komunikacije koja isključuju neprimjetno presretanje i prisluškivanje signala.

Još jedna najnovija interpretacija Schrödingerovog misaonog eksperimenta je priča o Sheldonu Cooperu iz Teorije velikog praska, koji je razgovarao s Pennyjinom manje obrazovanom susjedom. Poanta Sheldonove priče je da se koncept Schrödingerove mačke može primijeniti na odnose među ljudima. Da biste razumjeli što se događa između muškarca i žene, kakav je odnos između njih: dobar ili loš, samo trebate otvoriti kutiju. Do tada su veze i dobre i loše.

Godine 1935. gorljivi protivnik novonastale kvantne mehanike, Eric Schrödinger, objavio je članak koji je namjeravao osuditi i dokazati neuspjeh nove grane razvoja fizike.

Bit članka je provodeći misaoni eksperiment:

Živa mačka se stavlja u potpuno zatvorenu kutiju.
Geigerov brojač koji sadrži jedan radioaktivni atom postavljen je pored mačke.
Tikvica napunjena kiselinom pričvršćena je izravno na Geigerov brojač.
Eventualni raspad radioaktivnog atoma pokrenut će Geigerov brojač, koji će zauzvrat razbiti tikvicu, a kiselina koja se prolije iz nje ubit će mačku.
Hoće li mačka živjeti ili umrijeti ako je s tako neugodnim susjedima?
Za eksperiment je dodijeljen jedan sat.

Odgovorite na ovo pitanje i bio je pozvan da dokaže nedosljednost kvantne teorije, koja se temelji 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, sinkrono je prisutna u dvije države:

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

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

I to je točno, ali samo s gledišta makrokozmosa. Dok u mikrokozmosu djeluju potpuno drugačiji zakoni, i stoga je Schrödinger pogriješio kada je primjenjivao zakone makrokozmosa na odnose unutar mikrokozmosa. Ne shvaćajući da svrhovito promatranje stalnih neizvjesnosti mikrosvijeta eliminira potonje.

Drugim riječima, otvorimo li zatvoreni sustav u koji je mačka smještena zajedno s radioaktivnim atomom, vidjet ćemo samo jedno od mogućih stanja ispitanika.

To je dokazao američki fizičar sa Sveučilišta Arkansas Art Hobson. Prema njegovoj teoriji, spojite li mikrosustav (radioaktivni atom) s makrosustavom (Geigerov brojač), potonji će definitivno biti prožet stanjem kvantne isprepletenosti prvog i prijeći u superpoziciju. A budući da ovu pojavu ne možemo izravno promatrati, ona će za nas postati neprihvatljiva (što je Schrödinger tvrdio).

Dakle, otkrili smo da su atom i brojač zračenja u istoj superpoziciji. Tko se onda ili što, za ovaj sustav, može nazvati mačkom? Ako razmišljate logično, mačka u ovom slučaju postaje pokazatelj stanja radioaktivne jezgre (jednostavno - indikator):

Mačka je živa, jezgra se nije raspala.
Mačka je mrtva, jezgra se raspala.

Međutim, moramo uzeti u obzir činjenicu da je mačka također dio jedinstvenog sustava, budući da je također unutar kutije. Prema tome, prema kvantnoj teoriji, mačka je u takozvanoj ne-lokalnoj vezi s atomom, t.j. zbunjeni, a time i u superpoziciji mikrosvijeta.

Iz ovoga proizlazi da će se, naglom promjenom jednog od objekata sustava, to dogoditi i s drugim objektom, ma koliko oni bili udaljeni. Trenutačna promjena stanja oba objekta dokazuje da imamo posla s jednim sustavom, jednostavno podijeljenim prostorom na dva dijela.

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

Pa ipak, zahvaljujući Schrödingerovu misaonom eksperimentu konstruiran je matematički uređaj koji opisuje superpoziciju mikrosvijeta. Ovo znanje se naširoko koristi u kriptografiji i računalnoj tehnologiji.

Na kraju, želio bih napomenuti nepresušnu ljubav prema tajanstvenom paradoksu "Schrödingerove mačke" svih vrsta pisaca i kinematografa. To je samo nekoliko primjera:

Čarobna naprava nazvana "Schrödingerova mačka" u Lukjanenovom romanu "Posljednja straža".
U detektivskom romanu Dirk Gently's Detective Agency Douglasa Adamsa živahno se raspravlja o problemu Schrödingerove mačke.
U romanu R. E. Heinleina "Mačka koja prolazi kroz zidove", glavni lik, mačka, gotovo je stalno u dva stanja u isto vrijeme.
Poznata Cheshire mačka Lewisa Carrolla u Alice's Adventures in Wonderland voli se pojaviti 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. lipnja 2015

Na svoju sramotu, želim priznati da sam čuo ovaj izraz, ali uopće nisam znao što znači i barem na koju se temu koristi. Dopustite mi da vam kažem što sam pročitao na internetu o ovoj mački...

« Shroedingerova mačka"- to je naziv poznatog misaonog eksperimenta poznatog austrijskog teorijskog fizičara Erwina Schrödingera, koji je također laureat Nobelova nagrada. Uz pomoć ovog fiktivnog eksperimenta, znanstvenik je želio pokazati nepotpunost kvantne mehanike u prijelazu sa subatomskih sustava na makroskopske sustave.

Originalni članak Erwina Schrödingera objavljen je 1935. godine. Evo citata:

Također možete konstruirati slučajeve u kojima je dovoljna burleska. Neka mačka bude zaključana u čeličnoj komori, zajedno sa sljedećim đavolskim strojem (koji bi trebao biti neovisan o intervenciji mačke): unutar Geigerovog brojača nalazi se sićušna količina radioaktivnog materijala, toliko mala da se samo jedan atom može raspasti u sat, ali s istom vjerojatnost se možda neće raspasti; ako se to dogodi, cijev za očitavanje se isprazni i relej se aktivira, spuštajući čekić, koji razbija konus cijanovodične kiseline.

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

Drugim riječima:

Tu je kutija i mačka. Kutija sadrži mehanizam koji sadrži radioaktivnu atomsku jezgru i spremnik s otrovnim plinom. Eksperimentalni parametri su odabrani tako da je vjerojatnost nuklearnog raspada u 1 satu 50%. Ako se jezgra raspadne, spremnik za plin se otvara i mačka umire. Ako ne dođe do raspada jezgre, mačka ostaje živa i zdrava.
Mačku zatvorimo u kutiju, čekamo sat vremena i pitamo se: je li mačka živa ili mrtva?
Kvantna mehanika nam, takoreći, govori da je atomska jezgra (a time i mačka) u svim mogućim stanjima u isto vrijeme (vidi kvantnu superpoziciju). Prije nego što smo otvorili kutiju, sustav "mačja jezgra" je u stanju "jezgra je raspala, mačka je mrtva" s vjerojatnošću od 50% iu stanju "jezgra se nije raspala, mačka je živa" s vjerojatnošću od 50%. Ispostavilo se da je mačka koja sjedi u kutiji i živa i mrtva u isto vrijeme.
Prema suvremenom tumačenju Kopenhagena, mačka je još uvijek živa/mrtva bez ikakvih međustanja. A izbor stanja raspada jezgre se ne događa u trenutku otvaranja kutije, već čak i kada jezgra uđe u detektor. Jer redukcija valne funkcije sustava "mačka-detektor-nukleus" nije povezana s ljudskim promatračem kutije, već je povezana s detektorom-promatračem jezgre.

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

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

Pitanje je sljedeće: kada sustav prestaje postojati kao mješavina dvaju stanja i bira jedno konkretno? Svrha eksperimenta je pokazati da je kvantna mehanika nepotpuna bez nekih pravila koja određuju pod kojim uvjetima valna funkcija kolabira, a mačka ili postaje mrtva ili ostaje živa, ali prestaje biti mješavina oboje. Budući da je jasno da mačka mora biti ili živa ili mrtva (ne postoji međustanje između života i smrti), to će biti isto i za atomsku jezgru. Mora nužno biti ili razbijena ili ne razbijena (Wikipedia).

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

Schrödingerova ilustracija najbolji je primjer za opisivanje glavnog paradoksa kvantne fizike: prema njezinim zakonima, čestice poput elektrona, fotona, pa čak i atoma postoje u dva stanja u isto vrijeme ("živi" i "mrtvi", ako se sjećate dugotrpljiva mačka). Ta se stanja nazivaju superpozicijama.

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

“Mjerenja u kvantnoj fizici temelje se na radu određenih makroskopskih uređaja, poput Geigerovog brojača, koji određuju kvantno stanje mikroskopskih sustava – atoma, fotona i elektrona. Kvantna teorija implicira da ako povežete mikroskopski sustav (česticu) s nekim makroskopskim uređajem koji razlikuje dva različita stanja sustava, tada će uređaj (Geigerov brojač, na primjer) prijeći u stanje kvantne isprepletenosti i također će biti istovremeno u dvije superpozicije. Međutim, nemoguće je ovaj fenomen izravno promatrati, što ga čini neprihvatljivim”, kaže fizičar.

Hobson kaže da u Schrödingerovu paradoksu mačka igra ulogu makroskopskog uređaja, Geigerovog brojača, spojenog na radioaktivnu jezgru kako bi se odredilo stanje raspada ili „neraspadanja“ ove jezgre. U ovom slučaju, živa mačka će biti pokazatelj "ne-propadanja", a mrtva mačka - pokazatelj propadanja. No, prema kvantnoj teoriji, mačka, kao i jezgra, mora biti u dvije superpozicije života i smrti.

Umjesto toga, prema fizičaru, kvantno stanje mačke mora biti zapetljano 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 na isti način promijeniti i stanje njegovog para, bez obzira koliko su udaljeni. Istodobno, Hobson se poziva na eksperimentalnu potvrdu ove kvantne teorije.

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

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

Dodajmo da su slična rješenja ovog paradoksa u proteklih tridesetak godina predlagale još tri skupine znanstvenika, ali nisu shvaćana ozbiljno i ostala su nezapažena u široj znanstvenoj zajednici. Hobson primjećuje da je rješenje paradoksa kvantne mehanike, barem teorijsko, apsolutno neophodno za njezino duboko razumijevanje.

Schrödinger

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

Fizičari u pravilu objašnjavaju fenomen da je superpozicija moguća u svijetu čestica, ali nemoguća kod mačaka ili drugih makro objekata, interferencija od okoliš. Kada kvantni objekt prođe kroz polje ili stupi u interakciju sa slučajnim česticama, on odmah preuzima samo jedno stanje – kao da se mjeri. Tako se superpozicija ruši, kako su znanstvenici vjerovali.

Ali čak i kada bi na neki način postalo moguće izolirati makroobjekt, koji je u stanju superpozicije, od interakcija s drugim česticama i poljima, onda bi on prije 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 održati kvantnu koherentnost, ali na Zemlji ili blizu bilo kojeg planeta to je krajnje malo vjerojatno. A razlog tome je gravitacija”, objašnjava Igor Pikovski, glavni autor nove studije, iz Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku.

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

Einsteinova opća teorija relativnosti kaže da će iznimno masivni objekt iskriviti prostor-vrijeme u njegovoj blizini. S obzirom na situaciju na manjoj razini, možemo reći da će za molekulu smještenu blizu površine Zemlje vrijeme teći nešto sporije nego za onu koja je u orbiti našeg planeta.

Zbog utjecaja gravitacije na prostor-vrijeme, molekula koja potpada pod taj utjecaj doživjet će devijaciju u svom položaju. A to bi zauzvrat također trebalo utjecati na njegovu unutarnju energiju - vibracije čestica u molekuli, koje se mijenjaju tijekom vremena. Ako se molekula uvede u stanje kvantne superpozicije dviju lokacija, tada bi odnos između položaja i unutarnje energije ubrzo prisilio molekulu da "izabere" samo jedan od dva položaja u prostoru.

“U većini slučajeva, fenomen dekoherencije je povezan s vanjski utjecaj, ali u ovom slučaju unutarnja oscilacija čestica je u interakciji s kretanjem same molekule”, objašnjava Pikovsky.

Ovaj učinak još nije uočen, budući da su drugi izvori dekoherencije, kao što su magnetska polja, toplinsko zračenje i vibracije, obično mnogo jači i uzrokuju uništenje kvantnih sustava mnogo prije gravitacije. Ali eksperimentatori nastoje provjeriti navedenu hipotezu.

Slična se postavka također može koristiti za testiranje sposobnosti gravitacije da uništi kvantne sustave. Za to će biti potrebno usporediti vertikalni i horizontalni interferometar: u prvom će superpozicija ubrzo nestati zbog dilatacije vremena na različitim "visinama" puta, dok u drugom kvantna superpozicija može postojati .

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 gotovo znanstveno: na primjer, i ovdje. Ako već ne znate, pročitajte o tome i što je to. I saznajemo što Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -