Kuantum fiziği Schrödinger'in kedisi. Schrödinger'in kedisi: basit kelimelerle öz

Bir kedi aynı anda hem canlı hem ölü olabilir mi? Kaç tane paralel evren var? Ve hatta varlar mı? Bunlar hiç de fantezi dünyasından sorular değil, kuantum fiziği tarafından çözülen oldukça gerçek bilimsel problemler.

Öyleyse başlayalım Schrödinger'in kedisi. Bu, Erwin Schrödinger tarafından kuantum fiziğinde var olan bir paradoksa işaret etmek için önerilen bir düşünce deneyidir. Deneyin özü aşağıdaki gibidir.

Hayali bir kedi aynı anda kapalı bir kutunun yanı sıra radyoaktif çekirdekli ve zehirli gaz içeren bir kaba sahip aynı hayali mekanizmaya yerleştirilir. Deneye göre çekirdek parçalanırsa mekanizmayı harekete geçirecek: gaz kabı açılacak ve kedi ölecek. Nükleer bozunma olasılığı 1'e 2'dir.

Paradoks, kuantum mekaniğine göre, eğer çekirdek gözlemlenmiyorsa, o zaman kedi sözde süperpozisyondadır, başka bir deyişle, kedi aynı anda birbirini dışlayan durumlardadır (hem canlı hem de ölüdür). ). Bununla birlikte, gözlemci kutuyu açarsa, kedinin belirli bir durumda olduğundan emin olabilir: ya canlı ya da ölü. Schrödinger'e göre, kuantum teorisinin eksikliği, kedinin hangi koşullar altında süperpozisyonda kalmayı bıraktığını ve canlı ya da ölü olduğunu belirtmemesi gerçeğinde yatmaktadır.

Bu paradoks, zaten var olan düşünce deneyine arkadaş kategorisini ekleyen Wigner'ın deneyiyle daha da kötüleşiyor. Wigner'a göre deneyi yapan kişi kutuyu açtığında kedinin canlı mı ölü mü olduğunu anlayacaktır. Deneyci için kedi süperpozisyonda olmayı bırakır, ancak kapının dışındaki ve deneyin sonuçlarını henüz bilmeyen arkadaş için kedi hala "yaşamla ölüm arasında" bir yerdedir. Bu, sonsuz sayıda kapı ve arkadaşla devam ettirilebilir ve benzer bir mantığa göre kedi, deneyi yapan kişinin kutuyu açtığında ne gördüğünü Evrendeki tüm insanlar bilene kadar süperpozisyonda olacaktır.

Kuantum fiziği böyle bir paradoksu nasıl açıklıyor? Kuantum fiziği bir düşünce deneyi öneriyor kuantum intiharı ve iki olası seçenekler kuantum mekaniğinin farklı yorumlarına dayalı olayların gelişimi.

Bir düşünce deneyi sırasında, bir katılımcıya radyoaktif bir atomun bozunması sonucu ateşlenecek ya da ateşlenmeyecek bir silah doğrultulur. Yine 50'ye 50. Böylece deneye katılan kişi ya ölecek ya da ölmeyecek ama şimdilik Schrödinger'in kedisi gibi bir süperpozisyonda.

Bu durum kuantum mekaniği açısından farklı şekillerde yorumlanabilir. Kopenhag yorumuna göre er ya da geç silah patlayacak ve katılımcı ölecektir. Everett'in yorumuna göre, üst üste binme, katılımcının aynı anda var olduğu iki paralel evrenin varlığını sağlar: bunlardan birinde yaşıyor (silah ateşlenmedi), ikincisinde öldü (silah ateşlendi). Bununla birlikte, çoklu dünya yorumu doğruysa, o zaman evrenlerden birinde katılımcı her zaman hayatta kalır, bu da "kuantum ölümsüzlüğünün" varlığı fikrine yol açar.

Schrödinger'in kedisine ve deneyin gözlemcisine gelince, o zaman Everett'in yorumuna göre o da kendisini aynı anda iki Evrende kediyle, yani "kuantum dilinde", onunla "dolaşmış" halde bulur.

Kulağa bir bilimkurgu romanından bir hikaye gibi geliyor, ancak bu, modern fizikte yeri olan birçok bilimsel teoriden biri.

Herkes insanlığın büyük icatları hakkında kitaplar okumaz. Ama kesinlikle "Teori" dizisini izleyen herkes büyük patlama”, “Schrödinger'in Kedisi” gibi bir fenomeni duydum. Kuantum mekaniği ile ilgili olduğu için teknik eğitim almamış bir kişinin anlamını anlaması oldukça zordur. "Schrödinger'in Kedisi" kavramının ne anlama geldiğini anlamaya çalışalım. basit terimlerle.

İçerik:

Kısa tarihsel arka plan

Erwin Schrödinger – ünlü fizikçi, kuantum mekaniği teorisinin yaratıcılarından biri. alamet-i farika onun bilimsel aktivite sözde ikincildi. Bir şeyi ilk araştıran nadiren o oluyordu.

Temel olarak Schrödinger, birinin icadı veya bilimsel başarısı hakkında incelemeler yazdı, yazarı eleştirdi veya diğer insanların araştırmalarını ve keşiflerini daha da geliştirmeye çalıştı. Doğası gereği bireyci olmasına rağmen, araştırmalarında temel aldığı diğer insanların fikir ve düşüncelerine güvenmekten kendini alamadı. Buna rağmen, büyük ölçüde "Schrödinger'in Kedisi" bilmecesi sayesinde kuantum mekaniğinin gelişimine muazzam bir katkı yaptı.

Schrödinger'in bilimdeki başarıları şunları içerir:

• dalga mekaniği kavramının yaratılması (bunun için 1933'te Nobel Ödülü aldı);
• "tanımlamanın nesnelliği" terimini bilimsel dolaşıma soktu - araştırma konusunun (dış bir gözlemci) çevredeki gerçekliği tanımlamaya doğrudan katılımı olmadan bilimsel teorilerin olasılığını doğruladı;
• görelilik teorisini geliştirdi;
• termodinamik süreçleri ve Born'un doğrusal olmayan elektrodinamiğini inceledi;
• bir birleşik alan teorisi yaratmak için girişimlerde bulundu.

"Schrödinger'in kedisi" kavramı

"Shroedinger'ın kedisi" – ünlü bilmece Avusturyalı bir teorik fizikçi tarafından yürütülen ve mikro sistemlerden makro sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermenin mümkün olduğu bir düşünce deneyi olan Schrödinger teorisi. Tüm bu teori, bilim adamlarının kuantum mekaniğinin başarılarına yönelik eleştirilerine dayanmaktadır.

Deneyin tanımına geçmeden önce, deneyde kullanılan temel kavramları tanımlamak gerekir. Ünlü fenomenin ana varsayımı, sistemi kimse izlemediği sürece sistemin devrede olduğunu söylüyor. üst üste binme konumu- karşılıklı varoluşu dışlayan iki veya daha fazla durumda aynı anda. Schrödinger'in kendisi aşağıdaki süperpozisyon tanımını verdi - bu, aynı anda birkaç durumda veya uzayın birkaç noktasında olmak için kuantum yeteneğidir (bir elektron, bir foton ve bir atomun çekirdeği bir kuantum rolünde olabilir) , kimse sistemi izlemiyorken. Bir kuantum, mikro ortamın mikroskobik bir nesnesidir.

deneyin açıklaması

Schrödinger'in deneyini açıkladığı orijinal makale 1935'te yayınlandı. Deneyi tanımlamak için karşılaştırma ve hatta kimliğe bürünme yöntemi kullanıldı.

Bu makaleyi incelerken Schrödinger'in tam olarak ne düşündüğünü anlamak çok zor. Deneyin özünü basit kelimelerle açıklamaya çalışacağım.

Kediyi, radyoaktif atom çekirdeği içeren mekanizmalı bir kutuya ve içi zehirli gazla dolu bir kaba koyuyoruz. Deney, atom çekirdeğinin bozulma olasılığının kesin olarak seçilmiş parametreleriyle gerçekleştirilir - 1 saat içinde% 50. Çekirdek bozulduğunda kaptan gaz sızar ve bu da kedinin ölümüne yol açar. Bu olmazsa kediye bir şey olmaz, o canlı ve sağlıklıdır.

Bir saat geçer ve şu soruya bir cevap almak isteriz: kedi öldü mü yoksa hayatta kaldı mı? Schrödinger'in gelişmiş teorisine göre, bir atomun çekirdeği, tıpkı bir kedi gibi, aynı anda birkaç durumda bir kutunun içindedir (süperpozisyonun tanımı). Kutunun açıldığı ana kadar, atom çekirdeğinin ve kedinin bulunduğu mikrosistem, %50 olasılıkla "çekirdek çürüdü, kedi öldü" durumundadır ve aynı şekilde muhtemelen "çekirdek çürümedi, kedi yaşıyor" durumu var. Bu, kutuda oturan kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu, yani aynı anda birkaç durumda olduğu hipotezini doğrular. Kutunun içinde oturan kedinin aynı anda hem diri hem de ölü olduğu ortaya çıktı.

konuşmak sade dil, Schrödinger'in Kedisi fenomeni açıklıyor gerçeğin olasılığı kuantum mekaniği açısından kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu ki gerçekte imkansızdır. Bu temelde, kuantum mekaniği teorisinde önemli kusurlar olduğu sonucuna varabiliriz.

Bir mikrosistemde bir atomun çekirdeğini gözlemlemezseniz, o zaman iki durumun bir karışımı vardır - çürümüş ve çürümemiş bir çekirdek. Kutu açıldığında, deneyci yalnızca belirli bir durumu gözlemleyebilir. Kedi atomun çekirdeğini temsil ettiği için, aynı zamanda tek bir durumda olacaktır - ya canlı ya da ölü.

Paradoksu çözmek - Kopenhag yorumu

Kopenhaglı bilim adamları Schrödinger'in Kedisi bilmecesini çözdüler. Modern Kopenhag yorumu, kedinin hiçbir ara durum olmadan canlı/ölü olduğu şeklindedir, çünkü çekirdek, kutu açıldığında, hatta daha önce, çekirdek dedektöre gönderildiğinde bozulmaz veya bozulmaz. Bunun açıklaması şu şekildedir: "kedi-dedektör-çekirdek" mikrosisteminin dalga fonksiyonunun indirgenmesinin kutuyu gözlemleyen kişiyle bir bağlantısı yoktur, çekirdeğin dedektör-gözlemcisiyle bağlantılıdır.

Schrödinger'in Kedisi fenomeninin bu yorumu, kedinin kutuyu açmadan önce üst üste gelme durumunda - aynı zamanda canlı/ölü kedi durumunda olma olasılığını reddeder. Makro sistemdeki bir kedi her zaman yalnızca bir durumdadır.

Önemli! Schrödinger'in deneyi, bir mikro nesnenin ve bir makro nesnenin sistemlerde şuna göre davrandığını gösterdi: farklı yasalar- sırasıyla kuantum fiziğinin yasaları ve klasik anlamıyla fizik yasaları.

Ancak makro sistemden mikro sisteme geçiş sırasındaki olayları inceleyen bilim yoktur. Erwin Schrödinger, tam da genel fizik teorisinin zayıflığını ve eksikliğini kanıtlamak amacıyla böyle bir deney yapma fikrinden heyecan duydu. En derin arzusu, her bilimin kendi görevlerini yerine getirdiğini somut deneyimle göstermekti: klasik fizik makro nesneleri inceler, kuantum fiziği mikro nesneleri inceler. Sistemlerde büyük nesnelerden küçüğe geçiş sürecini açıklamak için bilimsel bilginin geliştirilmesine ihtiyaç vardır.

Sıradan bir meslekten olmayan kişinin bu paradoksun özünü hemen anlaması çok zordur. Gerçekten de, her insanın zihninde, maddi dünyanın herhangi bir nesnesinin kendi içinde olduğuna dair bir inanç vardır. şu an zaman sadece bir noktada olabilir.

Ancak Schrödinger'in teorisi yalnızca mikro nesnelere uygulanabilirken, kedi makrokozmosun bir nesnesidir.

Schrödinger'in Kedisi paradoksunun en son yorumu, onun The Big Bang Theory'deki kullanımıdır. ana karakter Sheldon Cooper, daha az eğitimli Penny'ye özünü açıkladı. Cooper bu fenomeni insan ilişkileri alanına getirdi. Karşı cins arasındaki ilişkilerin iyi mi yoksa kötü mü olduğunu anlamak için kutuyu açmanız yeterli. Ve bu noktaya kadar, herhangi bir ilişki hem iyi hem de kötüdür.

Yakın zamanda ünlü bilim portalı "PostNauka" da yayınlanan Emil Akhmedov'un yazarının ünlü paradoksun nedenleri ve ne olmadığı hakkındaki makalesi.

Olasılıksal yorumlama, kapalı kuantum sistemleri ve paradoks formülasyonu üzerine fizikçi Emil Akhmedov.

Kanımca, kuantum mekaniğinin hem psikolojik hem de felsefi ve diğer birçok açıdan en zor yanı, onun olasılıksal yorumudur. Pek çok insan olasılıksal yorumla tartıştı. Örneğin Einstein, Podolsky ve Rosen ile birlikte olasılıkçı yorumu çürüten bir paradoks ortaya attı.

Bunlara ek olarak Schrödinger, kuantum mekaniğinin olasılıksal yorumunu da tartıştı. Kuantum mekaniğinin olasılıksal yorumundaki mantıksal bir çelişki olarak Schrödinger, sözde Schrödinger'in kedisi paradoksunu ortaya attı. Farklı şekillerde formüle edilebilir, örneğin: Diyelim ki içinde bir kedinin oturduğu bir kutunuz var ve bu kutuya bir silindir öldürücü gaz bağlı. Ölümcül gazı içeri alan veya vermeyen bu silindirin anahtarına, aşağıdaki gibi çalışan bir cihaz bağlanır: bir polarizasyon camı vardır ve gerekli polarizasyonun bir fotonu geçerse, o zaman silindir açılır, gaz kediye akar; foton doğru polarizasyonda değilse, balon açılmaz, anahtar açılmaz, balon kedinin içine gaz vermez.

Bir fotonun dairesel olarak polarize olduğunu ve cihazın lineer polarizasyona tepki verdiğini varsayalım. Net olmayabilir ama çok da önemli değil. Bir olasılıkla, foton bir şekilde, bir olasılıkla - başka bir şekilde polarize edilecektir. Schrödinger dedi ki: öyle bir durum ortaya çıkıyor ki, bir noktada, biz kapağı açıp kedinin ölü mü diri mi olduğunu görene kadar (ve sistem kapanana kadar), kedi bir olasılıkla canlı olacak ve bazılarıyla da ölmüş olacak. olasılık. Belki gelişigüzel bir paradoks kuruyorum ama sonuç garip bir durum, kedi ne diri ne de ölü. Paradoks böyle formüle edilir.

Bence bu paradoksun son derece açık ve net bir açıklaması var. Belki bu benim kişisel bakış açım ama açıklamaya çalışacağım. Kuantum mekaniğinin temel özelliği şudur: Kapalı bir sistemi tanımlarsanız, o zaman kuantum mekaniği dalga mekaniğinden, dalgaların mekaniğinden başka bir şey değildir. Bu, çözümleri dalga olan diferansiyel denklemlerle tanımlandığı anlamına gelir. Dalgaların ve diferansiyel denklemlerin olduğu yerde, matrisler vb. vardır. Bunlar iki eşdeğer tanımdır: matris tanımı ve dalga tanımı. Matris tarifi Heisenberg'e, dalga tarifi Schrödinger'e ait ama aynı durumu tarif ediyorlar.

Şu önemli: sistem kapalıyken bir dalga denklemi ile açıklanıyor ve bu dalgaya ne olduğu bir dalga denklemi ile açıklanıyor. Kuantum mekaniğinin tüm olasılıksal yorumu, sistem açıldıktan sonra ortaya çıkar - dışarıdan bazı büyük klasik, yani kuantum olmayan nesne tarafından etkilenir. Çarpma anında, bu dalga denklemi ile tanımlanmayı bırakır. Dalga fonksiyonunun sözde indirgenmesi ve olasılıksal bir yorum vardır. Açılma anına kadar sistem dalga denklemine göre evrilir.

Şimdi, büyük bir klasik sistemin küçük bir kuantum sisteminden ne kadar farklı olduğuna dair birkaç açıklama yapmamız gerekiyor. Genel olarak konuşursak, büyük bir klasik sistem bile dalga denklemi kullanılarak tanımlanabilir, ancak bu açıklamayı sağlamak genellikle zordur ve gerçekte tamamen gereksizdir. Bu sistemler eylemde matematiksel olarak farklılık gösterir. Sözde nesne kuantum mekaniğinde, alan teorisinde var. Klasik bir büyük sistem için eylem çok büyük, ancak kuantum küçük bir sistem için eylem küçüktür. Dahası, bu eylemin gradyanı - bu eylemin zaman ve uzaydaki değişim oranı - büyük bir klasik sistem için çok büyük ve küçük bir kuantum sistem için küçüktür. İki sistem arasındaki temel fark budur. Klasik bir sistem için eylemin çok büyük olması nedeniyle, onu bazı dalga denklemleriyle değil, sadece Newton yasası gibi klasik yasalarla açıklamak daha uygundur. Örneğin, bu nedenle Ay, bir atomun çekirdeği etrafındaki bir elektron gibi Dünya'nın etrafında dönmez, ancak belirli, açıkça tanımlanmış bir yörünge boyunca, klasik bir yörünge, yörünge boyunca döner. Küçük bir kuantum sistemi olan elektron, atomun içinde çekirdeğin etrafında duran bir dalga gibi hareket ederken, hareketi duran bir dalga ile tanımlanır ve bu iki durum arasındaki farktır.

Kuantum mekaniğinde ölçüm, büyük bir klasik sistemle küçük bir kuantum sistemini etkilediğiniz zamandır. Bundan sonra, dalga fonksiyonunun indirgenmesi gerçekleşir. Kanımca, Schrödinger paradoksunda bir balonun veya bir kedinin varlığı, bir fotonun polarizasyonunu ölçen büyük bir klasik sistemin varlığı ile aynıdır. Buna göre ölçüm, kutunun kapağını açıp kedinin canlı mı ölü mü olduğuna baktığımız anda değil, fotonun polarize camla etkileşime girdiği anda gerçekleşir. Böylece, bu anda foton dalga fonksiyonu azalır, balon tamamen kesin bir durumdadır: ya açılır ya da açılmaz ve kedi ölür ya da ölmez. Tüm. Bir olasılıkla canlı, bir olasılıkla ölü olduğuna dair "olasılıklı kediler" yoktur. Schrödinger'in kedisi paradoksunun birçok farklı formülasyonu olduğunu söylediğimde, sadece birçok farklı formülasyon olduğunu söyledim. Farklı yollar kediyi öldüren ya da canlı bırakan cihazı bulun. Aslında, paradoksun formülasyonu değişmez.

Bu paradoksu birden çok dünya vb. açısından açıklamaya yönelik başka girişimler duydum. Bence, tüm bu açıklamalar incelemeye dayanmıyor. Bu videoda kelimelerle anlattıklarımı matematiksel forma sokabilir ve bu ifadenin doğruluğu doğrulanabilir. Küçük bir kuantum sisteminin dalga fonksiyonunun ölçülmesi ve indirgenmesinin, büyük bir klasik sistemle etkileşim anında gerçekleştiğini bir kez daha vurguluyorum. Böylesine büyük bir klasik sistem, bir kedi ile kutuyu açıp kedinin canlı olup olmadığına bakan bir kişi değil, onu öldüren bir cihaza sahip bir kedidir. Yani ölçüm, kedinin kontrol edildiği anda değil, bu sistemin bir kuantum parçacığı ile etkileşimi anında gerçekleşir. Bence bu tür paradokslar, teorilerin ve sağduyunun uygulanmasından açıklamalar buluyor.

deneyin özü

Schrödinger'in orijinal makalesi, deneyi şu şekilde anlatıyor:

Gülmenin yeterli olduğu durumlar da oluşturabilirsiniz. Belirli bir kedi, aşağıdaki cehennem makinesiyle birlikte (bir kedinin doğrudan müdahalesinden korunmalıdır) çelik bir odaya kilitlenmiştir: Bir Geiger sayacının içinde çok küçük miktarda radyoaktif madde vardır, o kadar küçüktür ki, içinde yalnızca bir atom bozunabilir. bir saat, ancak aynı olasılıkla parçalanabilir ve parçalanamaz; bu olursa, okuma tüpü boşaltılır ve hidrosiyanik asit şişesini kıran çekici indiren bir röle etkinleştirilir. Tüm bu sistemi bir saatliğine kendi haline bırakırsak, atom çürümediği sürece kedinin bu saatten sonra hayatta kalacağını söyleyebiliriz. Bir atomun ilk bozunması kediyi zehirlerdi. Sistemin bir bütün olarak psi-işlevi, bunu kendi içinde karıştırarak veya canlı ve ölü kediyi (ifadeyi bağışlayın) eşit oranlarda bulaştırarak ifade edecektir. Bu gibi durumlarda tipik olan, başlangıçta atomik dünyayla sınırlı olan belirsizliğin, doğrudan gözlemle ortadan kaldırılabilen makroskopik bir belirsizliğe dönüşmesidir. Bu, "bulanıklık modelini" safça gerçeği yansıtıyormuş gibi kabul etmemizi engeller. Kendi başına bu, belirsiz veya çelişkili bir şey ifade etmez. Bulanık veya odak dışı bir fotoğraf ile bir bulut veya sis çekimi arasında fark vardır. Kuantum mekaniğine göre, çekirdek üzerinde herhangi bir gözlem yapılmazsa, o zaman durumu iki durumun üst üste gelmesiyle (karışmasıyla) tanımlanır - çürümüş çekirdek ve çürümemiş çekirdek, bu nedenle kutuda oturan kedi hem canlı hem de ölüdür. aynı zamanda. Kutu açılırsa, deneyci yalnızca belirli bir durum görebilir - "çekirdek parçalandı, kedi öldü" veya "çekirdek dağılmadı, kedi yaşıyor." Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak varlığını sona erdirir ve somut olanı seçer? Deneyin amacı, kuantum mekaniğinin, dalga fonksiyonunun hangi koşullar altında çöktüğü ve kedinin ya öldüğünü ya da canlı kaldığını, ancak her ikisinin karışımı olmaktan çıktığını belirten bazı kurallar olmadan eksik olduğunu göstermektir.

Kedinin mutlaka ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğuna göre (yaşamı ve ölümü birleştiren bir durum yoktur), bu durum atom çekirdeği için de aynı olacaktır. Mutlaka ya çürümüş ya da bozulmamış olmalıdır.

Orijinal makale 1935'te yayınlandı. Makalenin amacı, o yılın başlarında Einstein, Podolsky ve Rosen tarafından yayınlanan Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradoksunu tartışmaktı.

Ansiklopedik YouTube

• 1 / 5

  Aslında, Hawking ve diğer birçok fizikçi, kuantum mekaniğinin yorumunun "Kopenhag Okulu" nun mantıksız bir şekilde gözlemcinin rolünü vurguladığı görüşündedir. Bu konuda fizikçiler arasında nihai birlik henüz sağlanamadı.

  Zamanın her anında dünyaların paralelleşmesi, olasılıksal olanın aksine, gerçek bir deterministik olmayan otomata karşılık gelir. olası yollar olasılıklarına göre.

  Wigner'ın paradoksu

  Bu, Schrödinger deneyinin karmaşık bir versiyonudur. Eugene Wigner "arkadaşlar" kategorisini tanıttı. Deneyi yapan kişi, deneyi tamamladıktan sonra kutuyu açar ve canlı bir kedi görür. Kedinin kutuyu açtığı andaki durum vektörü “çekirdek dağılmadı, kedi yaşıyor” durumuna giriyor. Böylece laboratuvarda kedinin canlı olduğu anlaşıldı. Laboratuvarın dışında ise arkadaş. arkadaş kedinin diri mi ölü mü olduğunu henüz bilmiyor. arkadaş kediyi ancak deneyi yapan kişi kendisine deneyin sonucunu bildirdiğinde canlı olarak tanır. Ama diğer herkes Arkadaşlar kedinin canlı olduğu henüz tanınmadı ve onu ancak deneyin sonucu kendilerine bildirildiğinde tanıyacaklar. Bu nedenle, bir kedi ancak evrendeki tüm insanlar deneyin sonucunu bildiğinde tamamen canlı (veya tamamen ölü) olarak kabul edilebilir. Bu noktaya kadar, Büyük Evren ölçeğinde, Wigner'a göre kedi aynı anda hem canlı hem de ölü kalıyor.

  Pratik kullanım

  Yukarıdakiler pratikte uygulanır: kuantum hesaplamada ve kuantum kriptografide. Bir fiber optik kablo, iki durumun süperpozisyonunda olan bir ışık sinyali iletir. Davetsiz misafirler kabloya ortada bir yerde bağlanır ve iletilen bilgiyi dinlemek için oraya bir sinyal tıklarlarsa, bu dalga fonksiyonunu çökertir (Kopenhag yorumu açısından bir gözlem yapılır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri yaptıktan sonra, ışığın üst üste binmiş durumda olup olmadığını veya daha önce gözlemlenip başka bir noktaya aktarılıp aktarılmadığını bulmak mümkün olacaktır. Bu, algılanamaz sinyal müdahalesini ve gizli dinlemeyi hariç tutan iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.

  Deney (temelde gerçekleştirilebilir, ancak büyük miktarda bilgi iletebilen çalışan kuantum kriptografi sistemleri henüz oluşturulmamış olsa da), Kopenhag yorumundaki "gözlem" in gözlemcinin zihniyle hiçbir ilgisi olmadığını da gösteriyor. çünkü bu durumda, kablonun sonuna kadar olan istatistiklerdeki değişiklik, telin tamamen cansız bir dalına yol açar.

  "Kuantum teorisi karşısında şok olmayan kimse, anlamıyor," dedi kuantum teorisinin kurucusu Niels Bohr.
  Klasik fiziğin temeli - dünyanın kesin programlaması, aksi halde Laplace determinizmi, kuantum mekaniğinin gelişiyle yerini belirsizlikler ve olasılıksal olaylar dünyasının istilası aldı. Ve bu arada burada, düşünce deneylerinin teorik fizikçiler için olduğu ortaya çıktı. Bunlar, üzerinde en son fikirlerin test edildiği mihenk taşlarıydı.

  Schrödinger'in kedisi bir düşünce deneyidir., atom altı sistemlerden makroskobik sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermek istediği Erwin Schrödinger tarafından önerildi.

  Kapalı bir kutuya bir kedi konur. Kutu, radyoaktif bir çekirdek ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizma içerir. Çekirdeğin 1 saat içinde bozunma olasılığı 1/2'dir. Çekirdek parçalanırsa mekanizmayı harekete geçirir, gaz kabını açar ve kedi ölür. Kuantum mekaniğine göre, çekirdek üzerinde herhangi bir gözlem yapılmazsa, o zaman durumu iki durumun üst üste gelmesiyle (karışmasıyla) tanımlanır - çürümüş çekirdek ve çürümemiş çekirdek, bu nedenle kutuda oturan kedi hem canlı hem de ölüdür. aynı zamanda. Kutu açılırsa, deneyci yalnızca belirli bir durum görebilir - "çekirdek parçalandı, kedi öldü" veya "çekirdek dağılmadı, kedi yaşıyor."

  

  Sistem ne zaman ortadan kalkar? iki durumu karıştırmak ve belirli bir durumu seçmek gibi mi?

  deneyin amacı- dalga fonksiyonunun hangi koşullar altında çöktüğünü (ölçüm sırasında bir nesnenin kuantum durumunda meydana gelen anlık bir değişiklik) ve kedinin ya öldüğünü ya da canlı kaldığını, ancak artık var olmadığını gösteren bazı kurallar olmadan kuantum mekaniğinin eksik olduğunu göstermek ikisinin karışımı.

  Kedinin mutlaka ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğuna göre (yaşamla ölüm arasında bir ara durum yoktur), bu durum atom çekirdeği için de geçerli demektir. Mutlaka ya çürümüş ya da bozulmamış olacaktır.

  Schrödinger'in bir kediyle yaptığı bir düşünce deneyini anlatan "The Current Status in Quantum Mechanics" adlı makalesi, EPR paradoksunu tartışmak için 1935'te Alman Natural Sciences dergisinde yayınlandı.

  Einstein-Podolsky-Rosen ve Schrödinger'in makaleleri, iki sistemin (örneğin, iki atom altı parçacık) durumlarının bir süperpozisyonu olan kuantum durumlarının karakteristiği olan "kuantum dolaşıklığının" (Schrödinger tarafından ortaya atılan bir terim) garip doğasını özetledi. ).

  Kuantum mekaniğinin yorumları

  Kuantum mekaniğinin var olduğu dönemde, bilim adamları onun çeşitli yorumlarını öne sürmüşlerdir, ancak günümüzde en çok destekleneni "Kopenhag" ve "birçok dünya"dır.

  "Kopenhag Yorumu"- kuantum mekaniğinin bu yorumu, Kopenhag'daki (1927) ortak çalışmaları sırasında Niels Bohr ve Werner Heisenberg tarafından formüle edildi. Bilim adamları, kuantum mekaniğinin doğasında var olan parçacık dalga ikiliğinin bir sonucu olarak ortaya çıkan soruları, özellikle de ölçüm sorununu yanıtlamaya çalıştılar.

  Kopenhag yorumunda sistem, durumların karışımı olmaktan çıkar ve bir gözlem gerçekleştiği anda bunlardan birini seçer. Kedi ile yapılan deney, bu yorumda, bu gözlemin doğasının - ölçümün - yeterince tanımlanmadığını gösteriyor. Bazıları, deneyimin, kutu kapalı olduğu sürece, sistemin aynı anda her iki durumda da, "çürümüş çekirdek, ölü kedi" ve "çürümemiş çekirdek, yaşayan kedi" durumlarının üst üste binmesinde ve kutu açıldığında olduğunu gösterdiğine inanıyor. , ancak o zaman dalga fonksiyonu değişkenlerden birine çöker. Diğerleri, "gözlem"in çekirdekten bir parçacık detektöre çarptığında gerçekleştiğini tahmin ediyor; ancak (ve bu düşünce deneyinin kilit noktasıdır) Kopenhag yorumunda bunun ne zaman olacağını söyleyen net bir kural yoktur ve bu nedenle bu yorum, içine böyle bir kural getirilene veya nasıl olduğu anlatılmayana kadar eksiktir. tanıtılabilir. Kesin kural şudur: Rastgelelik, klasik yaklaşımın ilk kez kullanıldığı noktada ortaya çıkar.

  Bu nedenle, aşağıdaki yaklaşıma güvenebiliriz: makroskobik sistemlerde kuantum fenomenini gözlemlemiyoruz (süper akışkanlık ve süperiletkenlik fenomeni hariç); bu nedenle, makroskopik bir dalga fonksiyonunu bir kuantum durumuna bindirirsek, deneyimden süperpozisyonun çöktüğü sonucuna varmalıyız. Ve genel olarak bir şeyin "makroskopik" olmasının ne anlama geldiği tam olarak açık olmasa da, bir kedi hakkında bunun makroskopik bir nesne olduğu kesin olarak biliniyor. Dolayısıyla Kopenhag yorumu, kedinin kutu açılmadan önce canlılarla ölüler arasında bir karışım halinde olduğunu dikkate almaz.

  "çoklu dünya yorumu" içindeÖlçüm sürecini özel bir şey olarak görmeyen kuantum mekaniğinin, kedinin her iki durumu da mevcuttur, ancak decohere, yani. bir kuantum mekanik sisteminin etkileşime girdiği bir süreç meydana gelir. çevre ve çevrede mevcut olan bilgileri elde eder veya başka bir şekilde çevre ile "dolaşır". Ve gözlemci kutuyu açtığında, kedi ile dolaşık hale gelir ve bu gözlemcinin canlı ve ölü kediye karşılık gelen iki durumu oluşur ve bu durumlar birbiriyle etkileşime girmez. Aynı kuantum uyumsuzluk mekanizması "ortak" geçmişler için de önemlidir. Bu yorumda sadece bir "ölü kedi" veya "canlı kedi" "paylaşılan bir geçmiş" içinde olabilir.

  

  Yani kutu açıldığında evren iki farklı evrene ayrılıyor, birinde gözlemci ölü kedinin olduğu kutuya bakıyor, diğerinde gözlemci canlı kediye bakıyor.

  "Wigner'ın arkadaşı" paradoksu

  Wigner'ın arkadaş paradoksu, Schrödinger'in kedisi paradoksunun karmaşık bir deneyidir. ödüllü Nobel Ödülü Amerikalı fizikçi Eugene Wigner, "arkadaşlar" kategorisini tanıttı. Deneyi yapan kişi, deneyi tamamladıktan sonra kutuyu açar ve canlı bir kedi görür. Kedinin kutuyu açtığı andaki durumu "çekirdek dağılmadı, kedi yaşıyor" durumuna giriyor. Böylece laboratuvarda kedinin canlı olduğu anlaşıldı. Laboratuvarın dışında bir "arkadaş" var. Arkadaş, kedinin diri mi ölü mü olduğunu henüz bilmiyor. Bir arkadaşı, kedinin canlı olduğunu ancak deneyi yapan kişi ona deneyin sonucunu bildirdiğinde anlar. Ancak diğer tüm "arkadaşlar" kediyi henüz canlı olarak tanımadılar ve onu ancak deneyin sonucu hakkında bilgilendirildiklerinde tanıyacaklar. Bu nedenle, bir kedinin tamamen canlı olduğu, ancak evrendeki tüm insanlar deneyin sonucunu bildiğinde kabul edilebilir. Bu noktaya kadar, Büyük Evren ölçeğinde, kedi aynı anda yarı canlı ve yarı ölü kalır.

  Yukarıdakiler pratikte uygulanır: kuantum hesaplamada ve kuantum kriptografide. Bir fiber optik kablo, iki durumun süperpozisyonunda olan bir ışık sinyali gönderir. Saldırganlar kabloyu ortada bir yere bağlayıp, iletilen bilgileri dinlemek için oraya bir sinyal tıklarsa, bu dalga fonksiyonunu çökertir (Kopenhag yorumu açısından bir gözlem yapılır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri yaptıktan sonra, ışığın üst üste binmiş durumda olup olmadığını veya daha önce gözlemlenip başka bir noktaya aktarılıp aktarılmadığını bulmak mümkün olacaktır. Bu, algılanamaz sinyal müdahalesini ve gizli dinlemeyi hariç tutan iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.

  Deney (temelde gerçekleştirilebilir, ancak büyük miktarda bilgi iletebilen çalışan kuantum kriptografi sistemleri henüz oluşturulmamış olsa da), Kopenhag yorumundaki "gözlem" in gözlemcinin zihniyle hiçbir ilgisi olmadığını da gösteriyor. çünkü bu durumda, kablonun sonuna kadar olan istatistiklerdeki değişiklik, telin tamamen cansız bir dalına yol açar.

  Kuantum hesaplamada, "Schrödinger kedisi" durumu, kübitlerin hepsinin aynı sıfır veya birlerin üst üste geldiği özel bir dolaşık halidir.

  ("Kubit" bir kuantum bilgisayarda bilgi depolamak için en küçük öğedir. İki öz durumu kabul eder, ancak bunların süperpozisyonunda da olabilir. Bir kübitin durumunu her ölçtüğünüzde, rastgele olarak kendi durumlarından birine geçer.)

  Gerçekte! "Schrödinger'in kedisi"nin küçük kardeşi

  "Schrödinger'in kedisi"nin ortaya çıkışından bu yana 75 yıl geçti, ancak kuantum fiziğinin bazı sonuçları, madde ve onun özellikleri hakkındaki olağan fikirlerimizle hala çelişiyor gibi görünüyor. Kuantum mekaniği yasalarına göre, hem canlı hem de ölüyken böyle bir "kedi" durumu yaratmak mümkün olmalıdır, yani. iki durumun kuantum süperpozisyonu durumunda olacaktır. Bununla birlikte, pratikte, böyle bir kuantum süperpozisyonunun oluşturulması Büyük bir sayı atomlar henüz mümkün değil. Zorluk, süperpozisyonda ne kadar çok atom varsa, bu durumun o kadar az kararlı olmasıdır, çünkü dış etkiler onu yok etmeye çalış.

  Viyana Üniversitesi'nden fizikçiler (dergide yayın Doğa İletişimi”, 2011) dünyada ilk kez 430 atomdan oluşan ve kuantum süperpozisyon halindeki organik bir molekülün kuantum davranışını göstermeyi başardı. Deneycilerin elde ettiği molekül, daha çok bir ahtapota benziyor. Moleküllerin boyutu 60 angstrom mertebesindedir ve molekül için de Broglie dalga boyu sadece 1 pikometredir. Böyle bir "moleküler ahtapot", Schrödinger'in kedisine özgü özellikleri gösterebildi.

  kuantum intiharı

  Kuantum intiharı, kuantum mekaniğinde bağımsız olarak G. Moravec ve B. Marshal tarafından önerilen ve 1998'de kozmolog Max Tegmark tarafından genişletilen bir düşünce deneyidir. Schrödinger'in kedisiyle yapılan düşünce deneyinin bir modifikasyonu olan bu düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin iki yorumu arasındaki farkı açıkça gösteriyor: Kopenhag yorumu ve Everett'in çok dünyalar yorumu.

  Aslında deney, kedinin bakış açısından Schrödinger'in kedisi ile yapılan bir deneydir.

  Önerilen deneyde, katılımcıya herhangi bir radyoaktif atomun bozunmasına bağlı olarak ateş eden veya etmeyen bir silah doğrultuluyor. Deney sonucunda silahın patlama ve katılımcının ölme olasılığı %50'dir. Kopenhag yorumu doğruysa, sonunda silah patlayacak ve yarışmacı ölecektir.
  Everett'in çok dünyalı yorumu doğruysa, her deneyin sonucunda evren, birinde katılımcının hayatta kaldığı, diğerinde öldüğü iki evrene bölünür. Bir katılımcının öldüğü dünyalarda varlıkları sona erer. Buna karşılık, ölmemiş katılımcının bakış açısından, deney, katılımcının ortadan kaybolmasıyla sonuçlanmadan devam edecektir. Çünkü herhangi bir dalda katılımcı, deneyin sonucunu ancak yaşadığı dünyada gözlemleyebilmektedir. Ve eğer birçok dünya yorumu doğruysa, o zaman katılımcı deney boyunca asla ölmeyeceklerini fark edebilir.

  Katılımcı, bu sonuçlar hakkında asla konuşamayacaktır, çünkü dışarıdan bir gözlemcinin bakış açısından, birçok dünya ve Kopenhag yorumlarında deneyin sonucunun olasılığı aynı olacaktır.

  kuantum ölümsüzlüğü

  Kuantum ölümsüzlüğü, kuantum mekaniğinin birçok dünya yorumuna göre, kendinin farkında olma yeteneğine sahip varlıkların ölümsüz olduğunu belirten, kuantum intihar düşünce deneyinden kaynaklanan bir düşünce deneyidir.

  Bir deneydeki bir katılımcının yanında bir nükleer bomba patlattığını hayal edin. Neredeyse tüm paralel evrenlerde, bir nükleer patlama katılımcıyı yok edecektir. Ancak buna rağmen, katılımcının bir şekilde hayatta kaldığı küçük bir dizi alternatif Evren olmalıdır (yani, potansiyel bir kurtarma senaryosunun geliştirilmesinin mümkün olduğu Evrenler). Kuantum ölümsüzlük fikri, katılımcının hayatta kalması ve böylece, bu tür evrenlerin sayısına kıyasla son derece küçük olsa bile, setteki evrenlerden en az birinde çevreleyen gerçekliği algılayabilmesidir. tüm olası evrenler. Böylece katılımcı zamanla sonsuza kadar yaşayabileceğini görecektir. Bu çıkarımla bazı paralellikler antropik ilke kavramında bulunabilir.

  Başka bir örnek kuantum intihar fikrinden kaynaklanmaktadır. Bu düşünce deneyinde katılımcı, herhangi bir radyoaktif atomun bozunmasının sonucuna bağlı olarak ateş edip etmemeyebilecek bir silahı kendine doğrultuyor. Deney sonucunda silahın patlama ve katılımcının ölme olasılığı %50'dir. Kopenhag yorumu doğruysa, sonunda silah patlayacak ve yarışmacı ölecektir.

  Everett'in çok dünyalı yorumu doğruysa, her deneyin sonucunda evren, birinde katılımcının hayatta kaldığı, diğerinde öldüğü iki evrene bölünür. Bir katılımcının öldüğü dünyalarda varlıkları sona erer. Aksine, ölmemiş katılımcının bakış açısına göre deney, katılımcının kaybolmasına yol açmadan devam edecektir, çünkü evrenlerin her bölünmesinden sonra, kendisini yalnızca hayatta kaldığı evrenlerde gerçekleştirebilecektir. Bu nedenle, Everett'in birçok dünya yorumu doğruysa, katılımcı deney sırasında asla ölmeyeceklerini söyleyerek ölümsüzlüklerini en azından kendi bakış açılarına göre "kanıtlayabilir".

  Kuantum ölümsüzlüğünün destekçileri, bu teorinin bilinen herhangi bir fizik yasasıyla çelişmediğine işaret ediyor (bu konum, bilim dünyasında oybirliğiyle kabul edilmekten uzak). Akıl yürütmelerini aşağıdaki iki tartışmalı varsayıma dayandırırlar:
  - Everett'in birçok dünya yorumu doğrudur, ancak Kopenhag yorumu değildir, çünkü ikincisi paralel evrenlerin varlığını reddeder;
  - katılımcının deney sırasında ölebileceği tüm olası senaryolar, katılımcının hayatta kaldığı en azından küçük bir senaryo alt kümesi içerir.

  Kuantum ölümsüzlüğü teorisine karşı olası bir argüman, ikinci varsayımın mutlaka Everett'in birçok dünya yorumundan kaynaklanmadığı ve tüm olası gerçekliklere uygulandığı düşünülen fizik yasalarıyla çelişebileceği olabilir. Kuantum fiziğinin çok-dünyalı yorumu mutlaka "her şeyin mümkün" olduğu anlamına gelmez. Yalnızca, zamanın belirli bir anında evrenin, her biri birçok olası sonuçtan birine karşılık gelecek olan birkaç başka parçaya bölünebileceğini gösterir. Örneğin, termodinamiğin ikinci yasasının tüm olası evrenler için geçerli olduğuna inanılmaktadır. Bu, teorik olarak bu yasanın varlığının ihlal edileceği paralel evrenlerin oluşumunu engellediği anlamına gelir. Bunun sonucu, deneycinin bakış açısından, böyle bir gerçeklik durumunun başarılması olabilir; bu durumda, daha fazla hayatta kalması imkansız hale gelir, çünkü bu, varsayıma göre fizik yasasının ihlal edilmesini gerektirecektir. daha önce, tüm olası gerçeklikler için geçerlidir.

  Örneğin, bir patlamada atom bombası yukarıda açıklanan, katılımcının hayatta kalacağı temel biyolojik ilkeleri ihlal etmeyen makul bir senaryoyu tanımlamak yeterince zordur. Canlı hücreler, merkezde ulaşılan sıcaklıklarda var olamazlar. nükleer patlama. Kuantum ölümsüzlük teorisinin geçerli kalması için, ya bir teklemenin meydana gelmesi (ve dolayısıyla bir nükleer patlama meydana gelmemesi) ya da henüz keşfedilmemiş veya kanıtlanmamış fizik kanunlarına dayanan bir olayın meydana gelmesi gerekir. Tartışılan teoriye karşı bir başka argüman, paralel Evrenlerin hiçbirinde (en azından bilimin gelişiminin bu aşamasında) kaçınılamayan tüm varlıklarda doğal biyolojik ölümün varlığıdır.

  Termodinamiğin ikinci yasası ise istatistiksel bir yasadır ve dalgalanmaların meydana gelmesi hiçbir şeyle çelişmez (örneğin, genel olarak belirli bir noktaya ulaşmış bir evrende bir gözlemcinin yaşamına uygun koşullara sahip bir bölgenin ortaya çıkması). ısı ölümü durumu veya prensipte, nükleer patlamadan kaynaklanan tüm parçacıkların olası hareketi, böylece her biri gözlemcinin yanından uçacak), ancak böyle bir dalgalanma tüm olası sonuçların yalnızca çok küçük bir bölümünde meydana gelecektir. Biyolojik ölümün kaçınılmazlığıyla ilgili argüman, olasılıksal mülahazalar temelinde de çürütülebilir. Belirli bir anda her canlı organizma için, bir sonraki saniye boyunca canlı kalma olasılığı sıfır değildir. Dolayısıyla, önümüzdeki bir milyar yıl boyunca hayatta kalma olasılığı da sıfır değildir (çünkü çok sayıda sıfır olmayan faktörün ürünüdür), ancak çok küçüktür.

  Kuantum ölümsüzlük fikriyle ilgili sorunlu olan şey, ona göre, kendinin farkında olan bir varlığın, katılımcının ölecek gibi göründüğü durumlarda ortaya çıkacak son derece olası olmayan olayları deneyimlemeye "zorlanacak" olmasıdır. Pek çok paralel evrende katılımcı ölse bile, katılımcının öznel olarak algılayabildiği birkaç evren, son derece olası olmayan bir senaryoda gelişecektir. Bu da bir şekilde, doğası kuantum fiziğinde yeterince açık olmayan nedensellik ilkesinin ihlaline neden olabilir.

  Kuantum ölümsüzlüğü fikri büyük ölçüde "kuantum intiharı" deneyinden kaynaklansa da Tegmark, herhangi bir normal koşulda, ölümden önceki her düşüncenin, düzeydeki bir düşüş aşamasından (birkaç saniyeden birkaç yıla kadar) geçtiğini savunuyor. Kuantum mekaniği ile hiçbir ilgisi olmayan öz-bilinç ve katılımcının bir dünyadan diğerine geçerek varlığını sürdürmesi, hayatta kalması mümkün değildir.

  Burada, kendi bilincini koruduğu görece az sayıda olası durumda kendisinin bilincinde olan rasyonel bir gözlemci, tabiri caizse “sağlıklı bir beden” içinde kalmaya devam eder. Bilincini koruyan gözlemcinin sakat kalma olasılığı, zarar görmemiş olmasına göre çok daha fazladır. Herhangi bir sistemin (canlı bir organizma dahil) yanlış çalışmak için, içinde kalmaktan çok daha fazla fırsatı vardır. mükemmel şekil. Boltzmann'ın ergodik hipotezi, ölümsüz gözlemcinin er ya da geç, dayanılmaz ıstırap çekeceği durumlar da dahil olmak üzere, bilincin korunmasıyla uyumlu tüm durumlardan geçmesini gerektirir - ve bu tür durumlar, organizmanın optimal işleyiş durumlarından çok daha fazlası olacaktır. . Bu nedenle, filozof David Lewis'e göre, birçok dünyalar yorumunun yanlış olduğunu ummalıyız.