itthon Internet

Schrödinger macskaparadoxona leegyszerűsítve. "Schrödinger macskája" - egy szórakoztató gondolatkísérlet

A cikk leírja, mi a Schrödinger-elmélet. Bemutatják ennek a nagyszerű tudósnak a modern tudományhoz való hozzájárulását, valamint leírják az általa egy macskával kapcsolatos gondolatkísérletet. Röviden felvázoljuk az ilyen jellegű ismeretek alkalmazási területét.

Erwin Schrödinger

A hírhedt macskát, amely se nem él, se nem halt, ma már mindenhol használják. Filmek készülnek róla, fizikával, állatokkal foglalkozó közösségeket neveznek el róla, van még ilyen ruhamárka is. De leggyakrabban az emberek a paradoxonra gondolnak a szerencsétlen macskára. De alkotójáról, Erwin Schrödingerről általában megfeledkeznek. Bécsben született, amely akkor Ausztria-Magyarország része volt. Magasan képzett és gazdag család fia volt. Apja, Rudolf linóleumot gyártott, és pénzt is fektetett a tudományba. Édesanyja egy vegyész lánya volt, és Erwin gyakran járt hallgatni nagyapja előadásait az akadémiára.

Mivel a tudós egyik nagymamája angol volt, gyermekkora óta érdekelte idegen nyelvekés folyékonyan beszélt angolul. Nem meglepő, hogy az iskolában Schrödinger minden évben a legjobb volt az osztályban, az egyetemen pedig nehéz kérdéseket tett fel. A huszadik század elejének tudományában már feltárultak ellentmondások az érthetőbb klasszikus fizika és a részecskék viselkedése között a mikro- és nanovilágban. Feloldani a felmerülő ellentmondásokat, és minden erejét belevetette

Hozzájárulás a tudományhoz

Először is érdemes azt mondani, hogy ez a fizikus a tudomány számos területén foglalkozott. Amikor azonban azt mondjuk, hogy "Schrödinger elmélete", nem az általa alkotott, matematikailag koherens színleírásra gondolunk, hanem a kvantummechanikához való hozzájárulására. Akkoriban a technológia, a kísérlet és az elmélet kéz a kézben jártak. A fényképezés fejlődött, felvették az első spektrumokat, és felfedezték a radioaktivitás jelenségét. A tudósok, akik megkapták az eredményeket, szorosan együttműködtek a teoretikusokkal: egyetértettek, kiegészítették egymást és vitatkoztak. Új iskolák és tudományágak jöttek létre. A világ teljesen más színekkel kezdett játszani, és az emberiség új rejtélyeket kapott. A matematikai apparátus összetettsége ellenére, hogy leírjuk, mi a Schrödinger-elmélet, egyszerű nyelv tud.

A kvantumvilág egyszerű!

Ma már köztudott, hogy a vizsgált objektumok léptéke közvetlenül befolyásolja az eredményeket. A szemmel látható tárgyak engedelmeskednek a klasszikus fizika koncepcióinak. Schrödinger elmélete százszor száz nanométeres és kisebb testekre alkalmazható. És leggyakrabban beszélgetünkáltalában az egyes atomokról és kisebb részecskékről. Tehát a mikrorendszerek minden eleme egyszerre rendelkezik részecske és hullám tulajdonságaival (részecske-hullám dualizmus). Az anyagi világból az elektronok, protonok, neutronok stb. jellemzője a tömeg és a hozzá kapcsolódó tehetetlenség, sebesség és gyorsulás. Az elméleti hullámból - olyan paraméterek, mint a frekvencia és a rezonancia. Annak érdekében, hogy megértsék, hogyan lehetséges ez egyidejűleg, és miért elválaszthatatlanok egymástól, a tudósoknak át kellett gondolniuk az anyagok szerkezetének általános elképzelését.

Schrödinger elmélete arra utal, hogy matematikailag ez a két tulajdonság egy hullámfüggvénynek nevezett konstrukción keresztül kapcsolódik egymáshoz. Ennek a fogalomnak a matematikai leírásának megtalálása Schrödingernek Nobel-díjat kapott. A szerző által neki tulajdonított fizikai jelentés azonban nem esett egybe Bohr, Sommerfeld, Heisenberg és Einstein elképzeléseivel, akik megalapították az úgynevezett koppenhágai értelmezést. Innen jött a macskaparadoxon.

hullámfüggvény

Ha az elemi részecskék mikrovilágáról van szó, a makroskálákban rejlő fogalmak elvesztik értelmüket: tömeg, térfogat, sebesség, méret. A bizonytalan valószínűségek pedig magukévá válnak. Az ilyen méretű tárgyakat egy személy nem tudja rögzíteni - csak közvetett tanulási módok állnak az emberek rendelkezésére. Például fénycsíkok egy érzékeny képernyőn vagy filmen, a kattintások száma, a permetezett film vastagsága. Minden más a számítások területe.

Schrödinger elmélete a tudós által levezetett egyenleteken alapul. És ezek szerves összetevője a hullámfüggvény. Egyértelműen leírja a vizsgált részecske típusát és kvantumtulajdonságait. Úgy gondolják, hogy például egy elektron állapotát mutatja. Ő azonban – szerzője elképzeléseivel ellentétben – fizikai érzék nem rendelkezik. Ez csak egy praktikus matematikai eszköz. Mivel cikkünk a Schrödinger elméletet mutatja be egyszerű szavakkal, mondjuk, hogy a hullámfüggvény négyzete leírja annak valószínűségét, hogy a rendszert egy előre meghatározott állapotban találjuk meg.

Cat, mint egy makró objektum példája

Ezzel az értelmezéssel, amelyet Koppenhágának hívnak, maga a szerző sem értett egyet élete végéig. Undorodott a valószínűség fogalmának homályosságától, és magának a függvénynek a láthatóságához ragaszkodott, nem pedig a négyzetéhez.

Az ilyen elképzelések következetlenségének példájaként azt állította, hogy ebben az esetben a mikrovilág befolyásolja a makroobjektumokat. Az elmélet a következőket mondja: ha egy élő szervezetet (például macskát) és egy mérgező gázt tartalmazó kapszulát egy lezárt dobozba helyezünk, amely kinyílik, ha egy bizonyos radioaktív elem bomlik, és zárva marad, ha a bomlás nem következik be, akkor a dobozt kinyitva paradoxont kapunk. A kvantumfogalmak szerint egy radioaktív elem atomja bizonyos valószínűséggel egy bizonyos idő alatt elbomlik. Így a kísérleti felfedezés előtt az atom ép és nem is. És ahogy Schrödinger elmélete mondja, ugyanolyan valószínűséggel a macska halott és egyébként él. Ami, látod, abszurd, mert a doboz kinyitása után az állatnak csak egy állapotát találjuk. És egy zárt tartályban, a halálos kapszula mellett, a macska vagy halott, vagy él, mivel ezek a mutatók diszkrétek, és nem jelentenek köztes lehetőségeket.

Ennek a jelenségnek van konkrét, de még nem teljesen bizonyított magyarázata: egy hipotetikus macska konkrét állapotának meghatározásához szükséges időkorlátos feltételek hiányában ez a kísérlet kétségtelenül paradox. A kvantummechanikai szabályok azonban nem használhatók makroobjektumokra. Még nem sikerült pontos határvonalat húzni a mikrokozmosz és a hétköznapok között. Ennek ellenére egy macska méretű állat kétségtelenül makroobjektum.

A kvantummechanika alkalmazásai

Ami minden, akár elméleti jelenséget illet, felmerül a kérdés, hogy miben lehet hasznos Schrödinger macskája. Elmélet nagy durranás például pontosan azokon a folyamatokon alapul, amelyek ezt a gondolatkísérletet érintik. Mindent, ami az ultranagy sebességgel, az anyag ultrakicsi szerkezetével, az univerzum mint olyan vizsgálatával kapcsolatos, többek között a kvantummechanika magyaráz.

Ha érdekel egy kvantumfizika témájú cikk, akkor nagy a valószínűsége annak, hogy szereted a Big Bang Theory sorozatot. Tehát Sheldon Cooper egy új értelmezéssel állt elő Schrödinger gondolatkísérlete(Ezzel a töredékkel videót a cikk végén találhat). De ahhoz, hogy megértsük Sheldon párbeszédét szomszédjával, Pennyvel, először forduljunk a klasszikus értelmezéshez. Szóval, Schrödinger macskája egyszerű szavakkal.

Ebben a cikkben a következőket fogjuk megvizsgálni:

Rövid történelmi háttér
A Schrödinger-macskával végzett kísérlet leírása
Schrödinger macskája paradoxonának megoldása

Rögtön jó hír. A kísérlet során Schrödinger macskája nem sérült meg. Mert Erwin Schrödinger fizikus, a kvantummechanika egyik megalkotója csak egy gondolatkísérletet végzett.

Mielőtt belemerülnénk a kísérlet leírásába, tegyünk egy kis kitérőt a történelembe.

A múlt század elején a tudósoknak sikerült betekinteniük a mikrokozmoszba. Az „atom-elektron” modell és a „Nap-Föld” modell külső hasonlósága ellenére kiderült, hogy a klasszikus fizika általunk ismert newtoni törvényei nem működnek a mikrokozmoszban. Ezért egy új tudomány jelent meg - a kvantumfizika és összetevője - a kvantummechanika. A mikrovilág összes mikroszkopikus objektumát kvantumnak nevezték.

Figyelem! A kvantummechanika egyik posztulátuma a „szuperpozíció”. Hasznos lesz számunkra a Schrödinger-kísérlet lényegének megértéséhez.

A "szuperpozíció" egy kvantum (lehet elektron, foton, atommag) azon képessége, hogy nem egy, hanem egyszerre több állapotban van, vagy a tér több pontján helyezkedik el egyszerre. , ha senki sem figyel

Nehéz ezt megértenünk, mert világunkban egy tárgynak csak egy állapota lehet, például lenni, vagy él, vagy halott. És csak egyben lehet bizonyos helyűrben. A „szuperpozícióról” és a kvantumfizikai kísérletek lenyűgöző eredményeiről olvashat ebben a cikkben.

Íme egy egyszerű illusztráció a mikro- és makroobjektumok viselkedésében mutatkozó különbségekről. Helyezzen egy labdát a 2 doboz egyikébe. Mivel a labda a makróvilágunk tárgya, bátran mondod: "A labda csak az egyik dobozban fekszik, míg a második üres." Ha golyó helyett elektront veszel, akkor igaz lesz az az állítás, hogy az egyszerre 2 dobozban van. Így működnek a mikrovilág törvényei. Példa: az elektron a valóságban nem az atommag körül forog, hanem a gömb minden pontján az atommag körül egyszerre helyezkedik el. A fizikában és a kémiában ezt a jelenséget "elektronfelhőnek" nevezik.

Összegzés. Felismertük, hogy egy nagyon kicsi és egy nagy tárgy viselkedése különböző törvényeknek engedelmeskedik. A kvantumfizika törvényei, illetve a klasszikus fizika törvényei.

De nincs olyan tudomány, amely leírná a makrokozmoszból a mikrokozmoszba való átmenetet. Erwin Schrödinger tehát csak azért írta le gondolatkísérletét, hogy bemutassa a fizika általános elméletének hiányosságát. Azt akarta, hogy a Schrödinger-féle paradoxon megmutassa, létezik tudomány a nagy objektumok leírására (klasszikus fizika) és egy tudomány a mikroobjektumok leírására (kvantumfizika). De nincs elég tudomány a kvantumrendszerekből a makrorendszerekbe való átmenet leírásához.

A Schrödinger-macskával végzett kísérlet leírása

Erwin Schrödinger 1935-ben írta le a macska gondolatkísérletet. A kísérlet leírásának eredeti változata a Wikipédián található ( Schrödinger macskája Wikipédia).

Íme a Schrödinger-macska kísérlet leírásának egy változata egyszerű szavakkal:

Egy macskát egy zárt acéldobozba helyeztek.
A "Schrödinger-dobozban" egy radioaktív maggal és egy tartályban elhelyezett mérgező gázzal ellátott készülék található.
A sejtmag 1 órán belül széteshet, vagy sem. A bomlás valószínűsége 50%.
Ha az atommag elbomlik, akkor a Geiger-számláló rögzíti. A relé működni fog, és a kalapács eltöri a gáztartályt. Schrödinger macskája meghalt.
Ha nem, akkor Schrödinger macskája él.

A kvantummechanika „szuperpozíció” törvénye szerint egy olyan időpontban, amikor nem figyeljük a rendszert, az atommag (és ennek következtében a macska) egyszerre 2 állapotban van. A mag bomlott/nem bomlott állapotban van. És a macska egyszerre él/halott állapotban van.

De biztosan tudjuk, hogy ha a "Schrödinger dobozát" kinyitják, akkor a macska csak az egyik állapotba kerülhet:

ha a mag nem bomlott fel, a macskánk él
ha a mag szétesett, a macska meghalt

A kísérlet paradoxona az alapján kvantumfizika: a doboz kinyitása előtt a macska egyszerre él és hal, de világunk fizika törvényei szerint ez lehetetlen. macska lehet egy adott állapotban – élőnek vagy halottnak lenni. Nincs egyszerre "macska élve/halva" kevert állapota.

Mielőtt rájönne a nyomra, nézze meg ezt a csodálatos videó-illusztrációt a Schrödinger-féle macskakísérlet paradoxonáról (kevesebb, mint 2 perc):

Schrödinger macskája – Koppenhága értelmezés paradoxonának megoldása

Most a nyom. Ügyeljen a kvantummechanika különleges rejtélyére - megfigyelői paradoxon. A mikrovilág tárgya (esetünkben a mag) egyszerre több állapotban van csak addig, amíg nem figyeljük a rendszert.

Például, híres kísérlet 2 réssel és egy megfigyelővel. Amikor egy elektronsugarat egy átlátszatlan lemezre irányítottak, ahol 2 függőleges rés található, majd a lemez mögötti képernyőn az elektronok „hullámmintát” rajzoltak - függőlegesen váltakozó sötét és világos csíkokat. Ám amikor a kísérletezők meg akarták nézni, hogyan repülnek át az elektronok a réseken, és egy „megfigyelőt” telepítettek a képernyő oldaláról, az elektronok nem egy „hullámmintát”, hanem 2 függőleges csíkot rajzoltak a képernyőre. Azok. nem hullámként, hanem részecskéként viselkedett.

Úgy tűnik, hogy a kvantumrészecskék maguk döntik el, hogy milyen állapotba kerülnek abban a pillanatban, amikor „mérik”.

Ez alapján a "Schrödinger macskája" jelenségének modern koppenhágai magyarázata (értelmezése) így hangzik:

Míg senki nem figyeli a "macska-mag" rendszert, a mag egyidejűleg bomlott/nem bomlott állapotban van. De tévedés azt állítani, hogy a macska egyszerre él/hal. Miért? Igen, mert a kvantumjelenségeket nem figyelik meg a makrorendszerekben. Helyesebb nem a „macskamag” rendszerről beszélni, hanem a „magdetektor (Geiger-számláló)” rendszerről.

Az atommag a megfigyelés (vagy mérés) pillanatában választ egy állapotot (bomlott/nem bomlott). De ez a választás nem abban a pillanatban történik, amikor a kísérletező kinyitja a dobozt (a doboz kinyitása a makrokozmoszban történik, nagyon távol a mag világától). Az atommag abban a pillanatban választja ki állapotát, amikor eléri a detektort. A lényeg az, hogy a rendszer nincs kellőképpen leírva a kísérletben.

Így a Schrödinger macska paradoxonának koppenhágai értelmezése cáfolja, hogy a doboz kinyitása előtt a Schrödinger macskája szuperpozíciós állapotban volt - egyszerre volt élő/döglött macska állapotában. Egy macska a makrokozmoszban csak egy állapotban lehet és van.

Összegzés. Schrödinger nem írta le teljesen a kísérletet. Nem helyes (pontosabban lehetetlen összekapcsolni) a makroszkopikus és kvantumrendszereket. A kvantumtörvények nem működnek makrorendszereinkben. Ebben a kísérletben nem a „macska-mag”, hanem a „macska-detektor-mag” lép kölcsönhatásba. A macska a makrokozmoszból, a „detektor-mag” rendszer pedig a mikrokozmoszból származik. Az atommag pedig csak a kvantumvilágában lehet egyszerre 2 állapotban. Ez a mérés vagy az atommag és a detektor közötti kölcsönhatás pillanata előtt következik be. Egy macska a makrokozmoszában csak egy állapotban lehet és van. Ezért, csak első pillantásra tűnik úgy, hogy a macska "élő vagy holt" állapota a doboz kinyitásának pillanatában határozható meg. Valójában a sorsa a detektor és a mag közötti kölcsönhatás pillanatában dől el.

Végső összefoglaló. A "detektor-mag-macska" rendszer állapota NEM a személlyel - a doboz mögötti megfigyelővel - függ össze, hanem a detektorral - a mag mögötti megfigyelővel.

Fú. Majdnem agymosott! De milyen kellemes megérteni a paradoxon kulcsát! Mint egy tanárról szóló régi diákviccben: „Miközben meséltem, magam is megértettem!”.

Sheldon interpretációja Schrödinger macskaparadoxonáról

Most hátradőlhet, és meghallgathatja Sheldon legújabb interpretációját Schrödinger gondolatkísérletéről. Értelmezésének lényege, hogy az emberek közötti kapcsolatokban is alkalmazható. Ahhoz, hogy megértsük, jó vagy rossz a kapcsolat egy férfi és egy nő között, ki kell nyitnia a dobozt (randevúzni). Előtte pedig egyszerre jók és rosszak is.

Nos, hogy tetszik ez az "aranyos kísérlet"? A mi korunkban Schrödingert megbüntették volna az állatvédők a macskával végzett ilyen brutális gondolatkísérletek miatt. Vagy talán nem is macska volt, hanem Schrödinger macskája?! Szegény lány, szenvedett ettől a Schrodingertől (((

Találkozunk a következő bejegyzésekben!

kívánok mindenkinek szép napotés további szép estét!

P.S. Ossza meg gondolatait a megjegyzésekben. És tegyen fel kérdéseket.

P.S. Iratkozzon fel a blogra - a feliratkozási űrlap a cikk alatt található.

Ahogy Heisenberg elmagyarázta nekünk, a bizonytalansági elv miatt a kvantummikrovilágban a tárgyak leírása más jellegű, mint a newtoni makrokozmoszban szokásos objektumok leírása. A térbeli koordináták és sebesség helyett, amellyel például egy labda mechanikai mozgását írtuk le a biliárdasztalon, a kvantummechanikában a tárgyakat úgynevezett hullámfüggvénnyel írtuk le. A "hullám" csúcsa annak a maximális valószínűségnek felel meg, hogy a mérés pillanatában egy részecske megtalálható a térben. Egy ilyen hullám mozgását a Schrödinger-egyenlet írja le, amely megmondja, hogyan változik egy kvantumrendszer állapota az idő múlásával.

Most a macskáról. Mindenki tudja, hogy a macskák szeretnek dobozokba bújni (). Erwin Schrödinger is tisztában volt vele. Sőt, pusztán északi vadsággal, ezt a tulajdonságát egy híres gondolatkísérletben használta. A lényege az volt, hogy egy macskát egy pokolgéppel egy dobozba zártak. A gép egy relén keresztül csatlakozik egy kvantumrendszerhez, például egy radioaktívan bomló anyaghoz. A bomlási valószínűség ismert, és 50%. A pokolgép akkor működik, amikor a rendszer kvantumállapota megváltozik (bomlás következik be), és a macska teljesen meghal. Ha egy órára magára hagyjuk a "Macskadoboz-pokolgép-kvantumok" rendszert, és emlékezünk arra, hogy a kvantumrendszer állapotát a valószínűséggel írják le, akkor világossá válik, hogy megtudjuk, él-e a macska, ill. nem bent Ebben a pillanatban az idő, az biztos, hogy nem fog működni, ahogy az sem, hogy előre megjósoljuk egy érme fejére vagy farkára esését. A paradoxon nagyon egyszerű: a kvantumrendszert leíró hullámfüggvény a macska két állapotát keveri össze - egyszerre élő és halott, mint ahogy egy kötött elektron azonos valószínűséggel bárhol elhelyezkedhet az atommagtól egyenlő távolságra lévő térben. Ha nem nyitjuk ki a dobozt, nem tudjuk pontosan, hogy van a macska. Az atommagra vonatkozó megfigyelések (mérések leolvasása) nélkül csak két állapot szuperpozíciójával (keverésével) írhatjuk le az atommag állapotát: egy bomlott és egy el nem bomlott atommagot. A nukleáris függő macska egyszerre él és hal. A kérdés a következő: mikor szűnik meg egy rendszer két állapot keverékeként, és választ egy konkrétat?

A kísérlet koppenhágai értelmezése azt mondja, hogy a rendszer megszűnik állapotok keveréke lenni, és abban a pillanatban választ egyet ezek közül, amikor egy megfigyelés történik, ami egyben mérés is (kinyílik a doboz). Vagyis maga a mérés ténye megváltoztatja a fizikai valóságot, ami a hullámfüggvény összeomlásához vezet (a macska vagy meghal, vagy életben marad, de megszűnik a kettő keveréke lenni)! Gondoljunk csak bele, a kísérlet és az azt kísérő mérések megváltoztatják a minket körülvevő valóságot. Személy szerint ez a tény sokkal erősebbé teszi az agyam, mint az alkohol. A hírhedt Steve Hawking is keményen veszi ezt a paradoxont, megismétli, hogy amikor Schrödinger macskájáról hall, a keze a Browning felé nyúl. A kiváló elméleti fizikus reakciójának élességét az adja, hogy véleménye szerint a megfigyelő szerepe a hullámfüggvény összeomlásában (két valószínűségi állapot valamelyikébe ejtésében) erősen eltúlzott.

Természetesen, amikor Erwin professzor 1935-ben megfogant macskacsalása, ez okos módszer volt a kvantummechanika tökéletlenségének bemutatására. Valóban, egy macska nem lehet egyszerre élő és halott. Ennek eredményeként a kísérlet egyik értelmezése a makrovilág törvényei (például a termodinamika második főtétele - a macska vagy él, vagy hal) és a mikrovilág (a macska élő és halott egyszerre).

A fentieket a gyakorlatban alkalmazzák: a kvantumszámítástechnikában és a kvantumkriptográfiában. Az optikai kábel fényjelet küld, amely két állapot szuperpozíciójában van. Ha a támadók valahol középen csatlakoznak a kábelhez, és ott egy jel lecsapást végeznek, hogy lehallgatják a továbbított információt, akkor ez összeomlik a hullámfüggvény (koppenhágai értelmezés szempontjából megfigyelés történik) és a fény az egyik állapotba kerül. A kábel fogadó végén a fény statisztikai vizsgálata után kideríthető, hogy a fény állapotok szuperpozíciójában van-e, vagy azt már megfigyelték és egy másik pontra továbbították. Ez lehetővé teszi olyan kommunikációs eszközök létrehozását, amelyek kizárják az észrevehetetlen jellehallgatást és a lehallgatást.

Schrödinger gondolatkísérletének egy másik legújabb értelmezése a Big Bang Theory Sheldon Cooper története, aki Penny kevésbé iskolázott szomszédjával beszélt. Sheldon történetének lényege, hogy a Schrödinger macskája fogalma az emberek közötti kapcsolatokra is alkalmazható. Ahhoz, hogy megértsük, mi történik egy férfi és egy nő között, milyen kapcsolat van közöttük: jó vagy rossz, csak ki kell nyitni a dobozt. Addig a kapcsolatok jók és rosszak is.

1935-ben az újonnan feltörekvő kvantummechanika lelkes ellenfele, Eric Schrödinger publikált egy cikket, amely a fizika fejlődésének egy új ágának kudarcát kívánta elítélni és bebizonyítani.

A cikk lényege az gondolatkísérlet elvégzése:

Az élő macskát teljesen lezárt dobozba helyezzük.
A macska mellé egy Geiger-számlálót helyeznek el, amely egy radioaktív atomot tartalmaz.
Egy savval töltött lombikot közvetlenül a Geiger-számlálóhoz rögzítenek.
Egy radioaktív atom esetleges bomlása beindítja a Geiger-számlálót, ami viszont széttöri a lombikot, és a belőle kiömlő sav megöli a macskát.
Élni fog a macska vagy meghal, ha ilyen kényelmetlen szomszédokkal van?
A kísérletre egy óra áll rendelkezésre.

Válasz neki ez a kérdésés a szuperpozíción alapuló kvantumelmélet következetlenségét hivatott bebizonyítani: a paradoxon törvénye - világunk összes mikrorészecskéje mindig két állapotban van egyszerre, amíg el nem kezdi megfigyelni őket.

Vagyis zárt térben (kvantumelmélet) a macskánk, mint kiszámíthatatlan szomszédja - egy atom, szinkronban van jelen két államban:

Élő és halott macska egyszerre.
Bomlott, és egyben nem bomlott atom.

Ami a klasszikus fizika szerint teljes abszurdum. Lehetetlen, hogy ilyen, egymást kizáró dolgok egyidejűleg létezzenek.

És ez helyes, de csak a makrokozmosz szempontjából. Míg a mikrokozmoszban teljesen más törvények működnek, ezért Schrödinger tévedett, amikor a makrokozmosz törvényeit alkalmazta a mikrokozmoszon belüli kapcsolatokra. Ha nem vesszük észre, hogy a mikrovilág folyamatos bizonytalanságának céltudatos megfigyelése megszünteti az utóbbit.

Más szóval, ha kinyitunk egy zárt rendszert, amelyben egy macska is egy radioaktív atommal együtt van elhelyezve, akkor a tesztalany lehetséges állapotai közül csak egyet fogunk látni.

Ezt az Arkansas Egyetem amerikai fizikusa, Art Hobson bizonyította be. Elmélete szerint, ha kombinálunk egy mikrorendszert (radioaktív atomot) egy makrorendszerrel (Geiger-számláló), az utóbbi mindenképpen átitatódik az előbbi kvantumösszefonódási állapotával, és szuperpozícióba kerül. És mivel ezt a jelenséget nem tudjuk közvetlenül megfigyelni, elfogadhatatlan lesz számunkra (amit Schrödinger érvelt).

Tehát rájöttünk, hogy az atom és a sugárzásszámláló ugyanabban a szuperpozícióban van. Akkor kit vagy mit lehet macskának nevezni ennél a rendszernél? Ha logikusan gondolkodik, a macska ebben az esetben a radioaktív mag állapotának jelzőjévé válik (egyszerűen - indikátor):

A macska él, a mag nem bomlott fel.
A macska meghalt, a mag szétesett.

Figyelembe kell azonban vennünk azt a tényt, hogy a macska is egyetlen rendszer része, hiszen ő is a dobozban van. Ezért a kvantumelmélet szerint a macska úgynevezett nem lokális kapcsolatban van az atommal, azaz. zavaros, és így a mikrovilág szuperpozíciójában.

Ebből az következik, hogy a rendszer egyik objektumának hirtelen megváltozásával ez egy másik objektummal is megtörténik, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak egymástól. Mindkét objektum állapotának pillanatnyi változása azt bizonyítja, hogy egyetlen rendszerrel van dolgunk, amelyet egyszerűen a tér két részre oszt.

Tehát bátran kijelenthetjük, hogy Schrödinger macskája pillanatnyilag vagy él, ha az atom nem bomlott, vagy halott, ha az atom elbomlott.

És mégis, Schrödinger gondolatkísérletének köszönhető, hogy létrejött egy matematikai eszköz, amely leírja a mikrovilág szuperpozícióját. Ezt a tudást széles körben alkalmazzák a kriptográfiában és a számítástechnikában.

Végezetül szeretném megjegyezni a "Schrödinger macskája" titokzatos paradoxona iránti kimeríthetetlen szeretetét mindenféle író és filmművész részéről. Ez csak néhány példa:

A "Schrödinger macskája" nevű mágikus eszköz Lukjanenko "Az utolsó őrség" című regényében.
Douglas Adams Dirk Gently nyomozóügynöksége című detektívregényében élénk vita folyik Schrödinger macskája problémájáról.
R. E. Heinlein "A falakon áthaladó macska" című regényében főszereplő, egy macska, szinte folyamatosan két állapotban van egyszerre.
Lewis Carroll híres Cheshire macskája az Alice kalandjai Csodaországban című filmben szeret egyszerre több helyen is megjelenni.
A Fahrenheit 451 című regényében Ray Bradbury felveti Schrödinger macskájának kérdését élő-halott mechanikus kutya formájában.
A mágus gyógyító című művében Christopher Stashef nagyon sajátos módon írja le Schrödinger macskájáról szóló látomását.

És még sok más elbűvölő, teljesen lehetetlen ötlet egy ilyen titokzatos gondolatkísérletről.

2015. június 24

Szégyenszemre szeretném bevallani, hogy hallottam ezt a kifejezést, de egyáltalán nem tudtam, mit jelent, és legalábbis milyen témában használták. Hadd mondjam el, mit olvastam az interneten erről a macskáról...

« Shroedinger macskája"- így hívják a híres osztrák elméleti fizikus, Erwin Schrödinger híres gondolatkísérletét, aki szintén díjazott Nóbel díj. E fiktív kísérlet segítségével a tudós a kvantummechanika hiányosságát kívánta bemutatni a szubatomi rendszerekről a makroszkopikus rendszerekre való átmenet során.

Erwin Schrödinger eredeti cikke 1935-ben jelent meg. Íme az idézet:

Olyan eseteket is konstruálhatsz, amelyekben elég a burleszk. Zárjanak be egy macskát egy acélkamrába, a következő ördögi géppel együtt (amelynek függetlennek kell lennie a macska beavatkozásától): a Geiger-számláló belsejében egy parányi radioaktív anyag található, olyan kicsi, hogy csak egy atom bomlik le. egy óra, de ugyanakkor a valószínűség nem eshet szét; ha ez megtörténik, a leolvasócső lemerül, és egy relé aktiválódik, leengedve a kalapácsot, ami eltöri a hidrogén-cianid kúpját.

Ha ezt az egész rendszert magára hagyjuk egy órára, akkor azt mondhatjuk, hogy a macska élni fog ennyi idő után, amíg az atom nem bomlik le. Egy atom első bomlása megmérgezte volna a macskát. A rendszer egészének pszi-funkciója ezt úgy fogja kifejezni, hogy önmagában összekeveri, vagy egyenlő arányban keni be az élő és döglött macskát (bocsáss meg a kifejezésért). Ilyen esetekben jellemző, hogy az eredetileg az atomi világra korlátozódó bizonytalanság makroszkopikus bizonytalansággá alakul, amely közvetlen megfigyeléssel kiküszöbölhető. Ez megakadályozza, hogy naivan elfogadjuk a „homályos modellt”, mint a valóságot. Ez önmagában nem jelent semmi tisztázatlant vagy ellentmondást. Különbség van a homályos vagy életlen fénykép és a felhős vagy ködös felvétel között.

Más szavakkal:

Van egy doboz és egy macska. A doboz egy radioaktív atommagot és egy mérgező gázt tartalmazó tartályt tartalmaz. A kísérleti paramétereket úgy választjuk meg, hogy a magbomlás valószínűsége 1 óra alatt 50%. Ha a mag szétesik, a gáztartály kinyílik, és a macska meghal. Ha a mag szétesése nem következik be, a macska életben marad és jól van.
Bezárjuk a macskát egy dobozba, várunk egy órát, és megkérdezzük magunktól: él vagy halt a macska?
A kvantummechanika mintegy azt mondja nekünk, hogy az atommag (és így a macska) egyidejűleg minden lehetséges állapotban van (lásd kvantum-szuperpozíció). Mielőtt kinyitottuk volna a dobozt, a "macskamag" rendszer 50%-os valószínűséggel "a mag elpusztult, a macska meghalt" állapotban van, és "a mag nem bomlott el, a macska él" állapotban van. 50%-os valószínűséggel. Kiderül, hogy a dobozban ülő macska egyszerre él és hal.
A modern koppenhágai értelmezés szerint a macska még mindig él / halott köztes állapotok nélkül. És az atommag bomlási állapotának kiválasztása nem a doboz kinyitásának pillanatában történik, hanem akkor is, amikor a mag belép a detektorba. Mert a "macska-detektor-mag" rendszer hullámfüggvényének redukciója nem a doboz emberi megfigyelőjéhez, hanem a mag detektor-megfigyelőjéhez kapcsolódik.

A kvantummechanika szerint, ha egy atom magját nem figyeljük meg, akkor annak állapotát két állapot keveréke írja le - egy bomlott mag és egy el nem bomlott mag, tehát egy macska, aki egy dobozban ül és megszemélyesíti az atom magját. egyszerre él és hal. Ha a dobozt kinyitják, akkor a kísérletező csak egy meghatározott állapotot láthat - "a mag szétesett, a macska meghalt" vagy "a mag nem bomlott fel, a macska él".

Esszencia emberi nyelven: Schrödinger kísérlete kimutatta, hogy a kvantummechanika szempontjából a macska egyszerre él és hal, ami nem lehet. Következésképpen a kvantummechanikának jelentős hibái vannak.

A kérdés a következő: mikor szűnik meg egy rendszer két állapot keverékeként, és választ egy konkrétat? A kísérlet célja annak bemutatása, hogy a kvantummechanika nem teljes bizonyos szabályok nélkül, amelyek meghatározzák, hogy a hullámfüggvény milyen körülmények között omlik össze, és a macska vagy meghal, vagy életben marad, de megszűnik a kettő keveréke lenni. Mivel egyértelmű, hogy a macskának szükségszerűen élőnek vagy halottnak kell lennie (nincs köztes állapot élet és halál között), ez az atommag esetében is így lesz. Feltétlenül fel kell szakítani, vagy nem szakadt fel (Wikipédia).

Az alábbiakban egy videoklip a Big Bang Theory párbeszédéből Sheldon és Peny között.

Schrödinger illusztrációja a legjobb példa a kvantumfizika fő paradoxonának leírására: törvényei szerint a részecskék, például az elektronok, fotonok, sőt az atomok is két állapotban léteznek egyszerre ("élő" és "halott", ha emlékszel). a hosszútűrő macska). Ezeket az állapotokat szuperpozícióknak nevezzük.

Art Hobson (Art Hobson) amerikai fizikus, az Arkansas Egyetemről (Arkansas State University) kínált megoldást erre a paradoxonra.

„A kvantumfizika mérései bizonyos makroszkopikus eszközök, például a Geiger-számláló működésén alapulnak, amelyek meghatározzák a mikroszkopikus rendszerek - atomok, fotonok és elektronok - kvantumállapotát. A kvantumelmélet azt jelenti, hogy ha egy mikroszkopikus rendszert (részecskét) csatlakoztatunk valamilyen makroszkopikus eszközhöz, amely különbséget tesz a rendszer két különböző állapota között, akkor az eszköz (például a Geiger-számláló) kvantum-összefonódás állapotába kerül, és egyidejűleg két szuperpozícióban. Ezt a jelenséget azonban nem lehet közvetlenül megfigyelni, ami elfogadhatatlanná teszi” – mondja a fizikus.

Hobson szerint Schrödinger paradoxonában a macska egy makroszkopikus eszköz, egy Geiger-számláló szerepét tölti be, amely egy radioaktív maghoz kapcsolódik, hogy meghatározza ennek a magnak a bomlási vagy „nem bomlási” állapotát. Ebben az esetben az élő macska a „nem bomlás”, a halott macska pedig a bomlás jelzője. De a kvantumelmélet szerint a macskának, akárcsak a magnak, az élet és a halál két szuperpozíciójában kell lennie.

Ehelyett a fizikus szerint a macska kvantumállapotát kell összefonni az atom állapotával, ami azt jelenti, hogy "nem lokális kapcsolatban" vannak egymással. Vagyis ha az egyik összegabalyodott objektum állapota hirtelen az ellenkezőjére változik, akkor a párjának állapota is ugyanúgy változik, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak egymástól. Ugyanakkor Hobson ennek a kvantumelméletnek a kísérleti megerősítésére hivatkozik.

„A kvantumösszefonódás elméletében az a legérdekesebb, hogy mindkét részecske állapotának változása azonnal megtörténik: egyetlen fénynek vagy elektromágneses jelnek sem lenne ideje információt átvinni egyik rendszerből a másikba. Tehát azt mondhatjuk, hogy ez egy objektum, amelyet a tér két részre oszt, függetlenül attól, hogy milyen nagy a távolság közöttük” – magyarázza Hobson.

Schrödinger macskája már nem él és halott egyszerre. Halott, ha a bomlás megtörténik, és él, ha a bomlás soha nem történik meg.

Hozzátesszük, hogy ehhez a paradoxonhoz hasonló megoldásokat javasolt még három tudóscsoport az elmúlt harminc évben, de ezeket nem vették komolyan, és a széles tudományos közösség észrevétlen maradt. Hobson megjegyzi, hogy a kvantummechanika paradoxonainak – legalábbis elméleti – megoldása feltétlenül szükséges annak mély megértéséhez.

Schrödinger

És a közelmúltban az ELMÉLETEK MAGYARÁZTAK EL, HOGY GYÖLJI MEG SCHROEDINGER MACSKÁJÁT A GRAVITÁCIÓ, de ez már bonyolultabb...

A fizikusok általában azt a jelenséget magyarázzák, hogy a szuperpozíció lehetséges a részecskék világában, de lehetetlen macskákkal vagy más makroobjektumokkal, interferenciával környezet. Amikor egy kvantumobjektum áthalad egy mezőn, vagy véletlenszerű részecskékkel lép kölcsönhatásba, azonnal csak egy állapotot vesz fel – mintha megmérnék. Így omlik össze a szuperpozíció, ahogy a tudósok hitték.

De még ha valamilyen módon el is lehetne szigetelni a szuperpozícióban lévő makroobjektumot más részecskékkel és mezőkkel való kölcsönhatásoktól, akkor is előbb-utóbb egyetlen állapotba kerülne. Legalábbis ez igaz a Föld felszínén zajló folyamatokra.

„Valahol a csillagközi térben talán egy macskának lenne esélye a kvantumkoherencia fenntartására, de a Földön vagy bármely bolygó közelében ez rendkívül valószínűtlen. Ennek pedig a gravitáció az oka” – magyarázza Igor Pikovski, az új tanulmány vezető szerzője, a Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics munkatársa.

Pikovsky és munkatársai a Bécsi Egyetemről azzal érvelnek, hogy a gravitáció romboló hatással van a makroobjektumok kvantum-szuperpozícióira, ezért nem figyelünk meg ilyen jelenségeket a makrokozmoszban. Az új hipotézis alapkoncepcióját egyébként az Interstellar című játékfilm vázolja röviden.

Einstein általános relativitáselmélete kijelenti, hogy egy rendkívül nagy tömegű objektum meghajtja a téridőt a közelében. Kisebb szinten tekintve a helyzetet, azt mondhatjuk, hogy a Föld felszíne közelében elhelyezett molekulánál az idő valamivel lassabban telik, mint a bolygónk pályáján lévő molekulánál.

A gravitáció téridőre gyakorolt hatása miatt egy molekula, amely e hatás alá esik, helyzetében eltérést tapasztal. És ennek viszont ki kell hatnia a belső energiájára is - a molekulában lévő részecskék rezgéseire, amelyek idővel változnak. Ha egy molekulát két hely kvantum-szuperpozíciójának állapotába vezetnek, akkor a helyzet és a belső energia közötti kapcsolat hamarosan arra kényszerítené a molekulát, hogy a térben lévő két pozíció közül csak az egyiket válassza.

„A legtöbb esetben a dekoherencia jelensége társul külső hatás, de ebben az esetben a részecskék belső rezgése kölcsönhatásba lép magának a molekulának a mozgásával” – magyarázza Pikovsky.

Ezt a hatást még nem figyelték meg, mivel a dekoherencia egyéb forrásai, mint például a mágneses mezők, a hősugárzás és a rezgések, általában sokkal erősebbek, és jóval a gravitáció előtt okozzák a kvantumrendszerek pusztulását. A kísérletezők azonban megpróbálják ellenőrizni a felállított hipotézist.

Hasonló elrendezés használható a gravitáció kvantumrendszerek elpusztítására való képességének tesztelésére is. Ehhez össze kell hasonlítani a függőleges és a vízszintes interferométert: az elsőben a szuperpozíció az idő dilatációja miatt hamar megszűnik az út különböző „magasságain”, míg a másodikban a kvantum szuperpozíció előfordulhat. kitartani.

források

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

Itt van egy kicsit tudományközelibb: például és itt. Ha még nem tudja, olvassa el, és mi az. És megtudjuk, mit Az eredeti cikk a honlapon található InfoGlaz.rf Link a cikkhez, amelyből ez a másolat készült -