Daugelis žmonių girdėjo šią frazę, bet galbūt ne visi supranta net jos supaprastintą prasmę. Pabandykime tai išsiaiškinti be sudėtingų teorijų ir formulių.
„Schrödingerio katė“yra garsaus austrų teorinio fiziko Erwino Schrödingerio, kuris taip pat yra Nobelio premijos laureatas, garsaus minčių eksperimento pavadinimas. Turėdamas šią fiktyvią patirtį, mokslininkas norėjo parodyti kvantinės mechanikos nepilnumą pereinant iš subatominių sistemų į makroskopines sistemas.
- „Salik.biz“
Originalus Erwino Schrödingerio straipsnis buvo paskelbtas 1935 m. Štai citata:
Taip pat galite statyti atvejus, kai pakanka burleskos. Leiskite kai kurioms katėms būti uždarytoms į plieninę kamerą kartu su tokiu velnišku aparatu (kuris turėtų būti nepriklausomas nuo katės įsikišimo): „Geiger“skaitiklio viduje yra mažas kiekis radioaktyviųjų medžiagų, toks mažas, kad tik vienas atomas gali suirti per valandą, bet su tuo pačiu tikimybė gali neištirpti; Jei taip atsitiko, skaitymo vamzdis išleidžiamas ir suveikia relė, atlaisvinant plaktuką, kuris sulaužo kūgį su vandenilio cianido rūgštimi.
Jei valandą paliksite visą šią sistemą sau, galime pasakyti, kad po šio laiko katė bus gyva, kol neįvyks atomo skilimas. Jau pirmasis atomo skilimas katę būtų nuodijęs. Visos sistemos psi funkcija išreikš tai sumaišydama ar sutepdama gyvą ir negyvą katę (atsiprašau už išraišką) lygiomis dalimis. Paprastai tokiais atvejais netikrumas, iš pradžių apsiribojantis atominiu pasauliu, virsta makroskopiniu neapibrėžtumu, kurį galima pašalinti atliekant tiesioginį stebėjimą. Tai neleidžia mums naiviai sutikti su „suliejimo modeliu“kaip atspindinčiu tikrovę. Pats savaime tai nereiškia nieko neaiškaus ar prieštaringo. Yra skirtumas tarp neryškios ar nefokusinės nuotraukos ir debesų ar rūko nuotraukos.
Kitaip tariant:
- Yra dėžutė ir katė. Dėžutėje yra mechanizmas, kuriame yra radioaktyvusis atominis branduolys, ir indas su nuodingomis dujomis. Eksperimento parametrai buvo parinkti taip, kad branduolio skilimo tikimybė per 1 valandą būtų 50%. Jei branduolys suyra, atidaromas indas su dujomis ir katė miršta. Jei branduolys nesuyra, katė išlieka gyva ir gera.
- Uždarome katę dėžutėje, palaukiame valandą ir klausiame savęs: katė gyva ar negyva?
- Kvantinė mechanika mums sako, kad atominis branduolys (taigi ir katė) yra visose įmanomose būsenose vienu metu (žr. Kvantinę superpoziciją). Prieš atidarant dėžę, „katės šerdies“būklė yra tokia, kad „branduolys suiro, katė negyva“su 50% tikimybe, o būsena „branduolys nesugriuvo, katė yra gyva“su 50% tikimybe. Pasirodo, dėžėje sėdinti katė yra ir gyva, ir negyva tuo pačiu metu.
- Remiantis šiuolaikine Kopenhagos interpretacija, katė yra gyva / negyva be jokių tarpinių būsenų. Branduolio skilimo būsenos pasirinkimas pasireiškia ne dėžutės atidarymo metu, bet ir tada, kai branduolys patenka į detektorių. Nes „katės detektoriaus-branduolio“sistemos bangos funkcijos susilpnėjimas nėra susijęs su žmogaus dėžės stebėtoju, o yra susijęs su branduolio detektoriumi-stebėtoju.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Remiantis kvantų mechanika, jei atomo branduolys nėra stebimas, tada jo būsena apibūdinama sumaišant dvi būsenas - suskaidytą branduolį ir neišspręstą branduolį, todėl katė, sėdinti dėžutėje ir personifikuojanti atomo branduolį, yra ir gyva, ir negyva tuo pačiu metu. Jei dėžutė atidaroma, eksperimentatorius gali pamatyti tik vieną specifinę būseną - „branduolys suiro, katė negyva“arba „branduolys nesugriuvo, katė gyva“.
Žmogaus kalbos esmė: Schrödingerio eksperimentas parodė, kad kvantinės mechanikos požiūriu katė yra ir gyva, ir negyva, o tai negali būti. Taigi kvantinė mechanika turi reikšmingų trūkumų.
Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirinkti vieną konkrečią? Eksperimento tikslas yra parodyti, kad kvantinė mechanika yra neišsami be kai kurių taisyklių, nurodančių, kokiomis sąlygomis bangos funkcija žlunga, o katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu. Kadangi akivaizdu, kad katė būtinai turi būti gyva arba negyva (nėra jokio tarpinio gyvenimo tarp mirties ir mirties), tada tai bus tas pats atominis branduolys. Jis turi būti arba nesuyra (Wikipedia).
Kitas naujesnis Schrödingerio minčių eksperimento aiškinimas yra Sheldono Cooperio, TV serialo „Didžiojo sprogimo teorija“, personažo, kurį jis deklamavo mažiau išsilavinusiam kaimynui Pennui, istorija. Sheldono pasakojimo esmė ta, kad Schrödingerio katės samprata gali būti taikoma santykiuose tarp žmonių. Norint suprasti, kas vyksta tarp vyro ir moters, kokie santykiai tarp jų: geri ar blogi, tereikia atidaryti dėžę. Prieš tai santykiai yra ir geri, ir blogi.
Žemiau yra vaizdo įrašas apie šį Didžiojo sprogimo teorijos dialogą tarp Sheldono ir Dainavimo.
Schrödingerio iliustracija yra geriausias pavyzdys, apibūdinantis pagrindinį kvantinės fizikos paradoksą: pagal jos dėsnius tokios dalelės kaip elektronai, fotonai ir net atomai egzistuoja dviejose būsenose tuo pačiu metu („gyvas“ir „negyvas“, jei prisimenate ilgai kenčiančią katę). Šios būsenos vadinamos superpozicijomis.
Amerikiečių fizikas Artas Hobsonas iš Arkanzo universiteto (Arkanzo valstijos universitetas) pasiūlė savo sprendimą šiam paradoksui.
„Kvantinės fizikos matavimai yra pagrįsti tam tikrų makroskopinių įtaisų, tokių kaip Geigerio skaitiklis, veikimu, kurie nustato mikroskopinių sistemų - atomų, fotonų ir elektronų - kvantinę būseną. Kvantinė teorija reiškia, kad jei jūs prijungsite mikroskopinę sistemą (dalelę) prie tam tikro makroskopinio prietaiso, kuris išskiria dvi skirtingas sistemos būsenas, tada prietaisas (pvz., Geigerio skaitiklis) pateks į kvantinio įsitvirtinimo būseną ir kartu atsidurs dviejose superpozicijose. Tačiau neįmanoma tiesiogiai stebėti šio reiškinio, todėl jis yra nepriimtinas “, - sako fizikas.
Hobsonas sako, kad Schrödingerio paradokse katė vaidina makroskopinį instrumentą - Geigerio skaitiklį, pritvirtintą prie radioaktyvaus branduolio, tam, kad nustatytų to branduolio skilimo būseną arba „nesugilimą“. Tokiu atveju gyva katė bus „nesugriuvimo“, o negyva katė - irimo rodiklis. Tačiau pagal kvantų teoriją katė, kaip ir branduolys, turi būti dviejose gyvybės ir mirties superpozicijose.
Vietoj to, pasak fiziko, katės kvantinė būsena turi būti susipainiojusi su atomo būsena, tai reiškia, kad jos yra „ne vietiniame ryšyje“viena su kita. T. y., Jei vieno įsipainiojusio objekto būsena staiga pasikeis į priešingą, tada jo poros būsena pasikeis lygiai taip pat, nesvarbu, kiek jie nutolę vienas nuo kito. Tai darydamas Hobsonas remiasi eksperimentiniu šios kvantų teorijos patvirtinimu.
„Įdomiausias dalykas kvantinio įsipainiojimo teorijoje yra tas, kad abiejų dalelių būsena pasikeičia akimirksniu: jokiam šviesos ar elektromagnetiniam signalui nebūtų laiko perduoti informaciją iš vienos sistemos į kitą. Taigi galime pasakyti, kad tai yra vienas objektas, padalytas į dvi dalis pagal erdvę, nesvarbu, koks didelis atstumas tarp jų yra “, - aiškina Hobsonas.
Schrödingerio katė nebegyva ir negyva tuo pačiu metu. Jis miręs, jei įvyksta skilimas, ir gyvas, jei skilimas niekada neįvyks.
Priduriame, kad panašius šio paradokso sprendimo variantus per trisdešimt metų pasiūlė dar trys mokslininkų grupės, tačiau į juos nebuvo žiūrima rimtai ir jie liko nepastebėti plačiuose mokslo sluoksniuose. Hobsonas pažymi, kad norint išsiaiškinti net ir teorinius kvantinės mechanikos paradoksus, būtina giliai ją suprasti.
Daugiau apie fiziko darbą galite perskaityti jo straipsnyje, kuris buvo paskelbtas žurnale „Physical Review A“.
Schrödingeris.
Tačiau visai neseniai TEORIJOS AIŠKINAMA, KAIP GRAVYBĖ Žudo SCHRODINGERIO KATALĄ, bet tai jau yra sunkiau …
Paprastai fizikai paaiškina fenomeną, kad dalelių pasaulyje superpozicija yra įmanoma, bet neįmanoma - katėms ar kitiems makroobjektams, aplinkos trikdžiai. Kai kvantinis objektas praeina per lauką arba sąveikauja su atsitiktinėmis dalelėmis, jis iškart įgauna tik vieną būseną - tarsi būtų išmatuotas. Taip buvo sunaikinta superpozicija, kaip tikėjo mokslininkai.
Bet net jei tam tikru būdu būtų įmanoma atskirti makroobjektą, esantį superpozicijos būsenoje, nuo sąveikos su kitomis dalelėmis ir laukais, jis vis tiek anksčiau ar vėliau įgaus vieną būseną. Bent jau tai pasakytina apie procesus, vykstančius Žemės paviršiuje.
„Kažkur tarpžvaigždinėje erdvėje gal katė turėtų galimybę išlaikyti kvantinę darną, tačiau Žemėje ar šalia bet kurios planetos tai yra labai mažai tikėtina. Ir to priežastis yra sunkumas “, - aiškina pagrindinis tyrimo autorius Igoris Pikovski iš Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro.
Pikovskis ir jo kolegos iš Vienos universiteto tvirtina, kad gravitacija daro griaunamąjį poveikį makroobjektų kvantinėms superpozicijoms, todėl makrokosmose tokių reiškinių nestebime. Pagrindinė naujos hipotezės koncepcija, beje, apibendrinta vaidybiniame filme „Tarpžvaigždiniai“.
Einšteino bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad ypač masyvus objektas sulenks erdvės laiku šalia jo. Žvelgdami į mažesnio lygio situaciją, galime pasakyti, kad molekulei, esančiai netoli Žemės paviršiaus, laikas eis šiek tiek lėčiau nei tai, kuri yra mūsų planetos orbitoje.
Dėl gravitacijos įtakos erdvės metu molekulė, kuriai atiteko ši įtaka, patirs savo padėties deformaciją. Ir tai, savo ruožtu, turėtų paveikti jo vidinę energiją - molekulės dalelių virpesius, kurie laikui bėgant keičiasi. Jei molekulė būtų įvesta į dviejų vietų kvantinės superpozicijos būseną, tada santykis tarp padėties ir vidinės energijos netrukus priverstų molekulę „pasirinkti“tik vieną iš dviejų erdvės padėčių.
„Daugeliu atvejų dekoherencijos reiškinys yra susijęs su išorine įtaka, tačiau tokiu atveju vidinė dalelių vibracija sąveikauja su pačios molekulės judėjimu“, - aiškina Pikovsky.
Šis poveikis dar nebuvo pastebėtas, nes kiti dekoratyvumo šaltiniai, tokie kaip magnetiniai laukai, šilumos spinduliuotė ir vibracija, paprastai yra daug stipresni ir sukelia kvantinių sistemų sunaikinimą dar ilgai, kol gravitacija to nepadarys. Bet eksperimentatoriai bando patikrinti iškeltą hipotezę.
Vienos universiteto fizikas Markus Arndtas vykdo eksperimentus, kad stebėtų kvantinę superpoziciją makroskopiniuose objektuose. Jis siunčia mažas molekules į interferometrą ir veiksmingai suteikia dalelėms „pasirinkimo“kelią. Klasikinės mechanikos požiūriu, molekulė gali eiti tik vienu keliu, tačiau kvantinė molekulė gali eiti dviem keliais iš karto, trukdydama sau ir sukurdama būdingą banguotą modelį.
Panaši sąranka taip pat gali būti naudojama gravitacijos gebėjimui sunaikinti kvantines sistemas. Norėdami tai padaryti, reikės palyginti vertikalius ir horizontalius interferometrus: pirmajame superpozicija netrukus turėtų išnykti dėl laiko išsiplėtimo skirtingais kelio „aukščiais“, o antrajame - kvantinė superpozicija gali išlikti.