El gato de Schrödinger y su difícil destino. El gato de Schrödinger en palabras sencillas

Yuri Gordeev
Programador, desarrollador de juegos, diseñador, artista

El "Gato de Schrödinger" es un experimento mental propuesto por uno de los pioneros de la física cuántica para mostrar cuán extraños se ven los efectos cuánticos cuando se aplican a sistemas macroscópicos.

Intentaré explicarlo con palabras muy sencillas: señores físicos, no me culpen. La frase "en términos generales" está implícita antes de cada oración.

En una escala muy, muy pequeña, el mundo está formado por cosas que se comportan de maneras muy inusuales. Una de las características más extrañas de estos objetos es la capacidad de estar al mismo tiempo en dos estados mutuamente excluyentes.

Lo que es aún más inusual desde un punto de vista intuitivo (algunos incluso dirían que espeluznante) es que el acto de observación intencionada elimina esta incertidumbre, y el objeto, que se encontraba en dos estados contradictorios al mismo tiempo, aparece ante el observador en sólo uno de ellos, como si nunca hubiera pasado nada, mira hacia un lado y silba inocentemente.

A nivel subatómico, todo el mundo está acostumbrado desde hace mucho tiempo a estas payasadas. Existe un aparato matemático que describe estos procesos y el conocimiento sobre ellos ha encontrado una variedad de aplicaciones: por ejemplo, en computadoras y criptografía.

A nivel macroscópico, estos efectos no se observan: los objetos que nos son familiares siempre se encuentran en un estado único y específico.

Ahora un experimento mental. Cogemos el gato y lo metemos en una caja. También colocamos allí un matraz con gas venenoso, un átomo radiactivo y un contador Geiger. Un átomo radiactivo puede o no desintegrarse en cualquier momento. Si se desintegra, el contador detectará radiación, un sencillo mecanismo romperá el matraz con gas y nuestro gato morirá. Si no, el gato seguirá vivo.

Cerramos la caja. A partir de este momento, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, nuestro átomo se encuentra en un estado de incertidumbre: se desintegró con una probabilidad del 50% y no se desintegró con una probabilidad del 50%. Antes de abrir la caja y mirar dentro (hacer una observación), estará en ambos estados a la vez. Y como el destino del gato depende directamente del estado de este átomo, resulta que el gato también está literalmente vivo y muerto al mismo tiempo ("... untar al gato vivo y al muerto (perdón por la expresión) en partes iguales partes..." escribe el autor del experimento). Así es exactamente como la teoría cuántica describiría esta situación.

Schrödinger difícilmente hubiera imaginado cuánto ruido causaría su idea. Por supuesto, el experimento en sí, incluso en el original, se describe de manera extremadamente cruda y sin ninguna pretensión de precisión científica: el autor quería transmitir a sus colegas la idea de que la teoría debe complementarse con definiciones más claras de procesos como "observación". ”para excluir de su jurisdicción los escenarios con gatos en cajas.

La idea de un gato se utilizó incluso para “probar” la existencia de Dios como superinteligencia, cuya observación continua hace posible nuestra existencia. En realidad, la “observación” no requiere un observador consciente, lo que resta algo de misticismo a los efectos cuánticos. Pero aun así, la física cuántica sigue siendo hoy la frontera de la ciencia con muchos fenómenos inexplicables y sus interpretaciones.

Iván Boldín
Candidato de Ciencias Físicas y Matemáticas, investigador, egresado del MIPT

El comportamiento de los objetos del micromundo (partículas elementales, átomos, moléculas) difiere significativamente del comportamiento de los objetos con los que habitualmente tenemos que tratar. Por ejemplo, un electrón puede volar simultáneamente a través de dos lugares espacialmente distantes o estar simultáneamente en varias órbitas en un átomo. Para describir estos fenómenos, se creó una teoría: la física cuántica. Según esta teoría, por ejemplo, las partículas pueden esparcirse en el espacio, pero si desea determinar dónde se encuentra la partícula, siempre encontrará la partícula entera en algún lugar, es decir, parecerá colapsar de su mancha. estado a algún lugar específico. Es decir, se cree que hasta que no se mide la posición de una partícula, ésta no tiene posición alguna, y la física sólo puede predecir con qué probabilidad se puede detectar una partícula en qué lugar.

Erwin Schrödinger, uno de los creadores de la física cuántica, se preguntó: ¿y si, dependiendo del resultado de medir el estado de una micropartícula, algún evento ocurre o no? Por ejemplo, esto podría implementarse de la siguiente manera: tomemos un átomo radiactivo con una vida media de, digamos, una hora. Se puede colocar un átomo en una caja opaca, se puede colocar allí un dispositivo que, cuando los productos de desintegración radiactiva del átomo lo golpean, rompe una ampolla con gas venenoso, y se puede colocar un gato en esta caja. Entonces no verás desde el exterior si el átomo se ha descompuesto o no, es decir, según la teoría cuántica, se ha descompuesto y no, y el gato, por lo tanto, está vivo y muerto al mismo tiempo. Este gato pasó a ser conocido como el gato de Schrödinger.

Puede parecer sorprendente que un gato pueda estar vivo y muerto al mismo tiempo, aunque formalmente no hay ninguna contradicción en esto y esto no es una refutación de la teoría cuántica. Sin embargo, pueden surgir preguntas, por ejemplo: ¿quién puede colapsar un átomo de un estado manchado a un estado determinado, y quién, con tal intento, entra él mismo en un estado manchado? ¿Cómo se produce este proceso de colapso? ¿O cómo es posible que quien realiza el colapso no obedezca las leyes de la física cuántica? Aún no está claro si estas preguntas tienen sentido y, de ser así, cuáles son las respuestas.

George Panín
Se graduó de la Universidad Técnica Química de Rusia que lleva su nombre. DI. Mendeleev, especialista jefe del departamento de investigación (investigación de mercados)

Como nos explicó Heisenberg, debido al principio de incertidumbre, la descripción de objetos en el micromundo cuántico es de naturaleza diferente a la descripción habitual de objetos en el macromundo newtoniano. En lugar de las coordenadas espaciales y la velocidad, que estamos acostumbrados a describir el movimiento mecánico, por ejemplo, el de una bola en una mesa de billar, en la mecánica cuántica los objetos se describen mediante la llamada función de onda. La cresta de la “onda” corresponde a la probabilidad máxima de encontrar una partícula en el espacio en el momento de la medición. El movimiento de dicha onda se describe mediante la ecuación de Schrödinger, que nos dice cómo cambia el estado de un sistema cuántico con el tiempo.

Ahora sobre el gato. Todo el mundo sabe que a los gatos les encanta esconderse en cajas (thequestion.ru). Erwin Schrödinger también estaba al tanto. Además, con fanatismo puramente nórdico, utilizó esta característica en un famoso experimento mental. La esencia del asunto era que un gato estaba encerrado en una caja con una máquina infernal. La máquina está conectada a través de un relé a un sistema cuántico, por ejemplo, una sustancia en descomposición radiactiva. La probabilidad de descomposición es conocida y es del 50%. La máquina infernal se activa cuando cambia el estado cuántico del sistema (se produce la descomposición) y el gato muere por completo. Si dejas solo el sistema "cuantos-máquina-caja-gato" durante una hora y recuerdas que el estado de un sistema cuántico se describe en términos de probabilidad, entonces queda claro que probablemente no será posible averiguarlo. si el gato está vivo o no en un momento dado, del mismo modo que es imposible predecir con precisión de antemano la caída de una moneda en cara o cruz. La paradoja es muy simple: la función de onda que describe un sistema cuántico mezcla los dos estados de un gato: está vivo y muerto al mismo tiempo, de la misma manera que un electrón ligado puede ubicarse con igual probabilidad en cualquier lugar del espacio equidistante de el núcleo atómico. Si no abrimos la caja, no sabemos exactamente cómo está el gato. Sin hacer observaciones (léase mediciones) de un núcleo atómico, podemos describir su estado sólo mediante la superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo desintegrado y no desintegrado. Un gato adicto a la energía nuclear está vivo y muerto al mismo tiempo. La pregunta es: ¿cuándo deja de existir un sistema como mezcla de dos estados y elige uno específico?

La interpretación de Copenhague del experimento nos dice que el sistema deja de ser una mezcla de estados y elige uno de ellos en el momento en que se produce una observación, que también es una medida (se abre el cuadro). Es decir, el hecho mismo de la medición cambia la realidad física, lo que lleva al colapso de la función de onda (¡el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser una mezcla de ambos)! Piénselo, el experimento y las mediciones que lo acompañan cambian la realidad que nos rodea. Personalmente, este hecho me molesta mucho más que el alcohol. Al conocido Steve Hawking también le cuesta vivir esta paradoja, repitiendo que cuando oye hablar del gato de Schrödinger, tiende la mano hacia la Browning. La gravedad de la reacción del destacado físico teórico se debe al hecho de que, en su opinión, el papel del observador en el colapso de la función de onda (colapsándola en uno de dos estados probabilísticos) es muy exagerado.

Por supuesto, cuando el profesor Erwin concibió su gato-tortura allá por 1935, fue una forma ingeniosa de mostrar la imperfección de la mecánica cuántica. De hecho, un gato no puede estar vivo y muerto al mismo tiempo. Como resultado de una de las interpretaciones del experimento, se hizo evidente que existía una contradicción entre las leyes del macromundo (por ejemplo, la segunda ley de la termodinámica: el gato está vivo o muerto) y el micromundo. mundo (el gato está vivo y muerto al mismo tiempo).

Lo anterior se utiliza en la práctica: en computación cuántica y criptografía cuántica. A través de un cable de fibra óptica se envía una señal luminosa en una superposición de dos estados. Si los atacantes se conectan al cable en algún punto intermedio y hacen una señal allí para escuchar la información transmitida, esto colapsará la función de onda (desde el punto de vista de la interpretación de Copenhague, se hará una observación) y la luz entrará en uno de los estados. Realizando pruebas estadísticas de luz en el extremo receptor del cable, será posible detectar si la luz se encuentra en una superposición de estados o ya ha sido observada y transmitida a otro punto. Esto permite crear medios de comunicación que excluyen la interceptación y escuchas indetectables de señales.

Otra interpretación más reciente del experimento mental de Schrödinger es una historia que el personaje de Big Bang Theory, Sheldon Cooper, le contó a su vecina Penny, menos educada. El punto de la historia de Sheldon es que el concepto del gato de Schrödinger se puede aplicar a las relaciones humanas. Para entender qué está pasando entre un hombre y una mujer, qué tipo de relación hay entre ellos: buena o mala, basta con abrir la caja. Hasta entonces, la relación es buena y mala. youtube.com

Recientemente se publicó en el conocido portal científico "PostScience" un artículo del autor Emil Akhmedov sobre las razones del surgimiento de la famosa paradoja, así como lo que no es.

El físico Emil Akhmedov habla sobre la interpretación probabilística, los sistemas cuánticos cerrados y la formulación de la paradoja.

En mi opinión, la parte más difícil de la mecánica cuántica, psicológica, filosófica y en muchos otros aspectos, es su interpretación probabilística. Mucha gente ha discutido con la interpretación probabilística. Por ejemplo, Einstein, junto con Podolsky y Rosen, propusieron una paradoja que refuta la interpretación probabilística.

Además de ellos, Schrödinger también defendió la interpretación probabilística de la mecánica cuántica. Como contradicción lógica con la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, Schrödinger ideó la llamada paradoja del gato de Schrödinger. Se puede formular de diferentes maneras, por ejemplo: digamos que tienes una caja en la que está sentado un gato y a esta caja hay un cilindro de gas letal conectado. Al interruptor de este cilindro se le conecta una especie de dispositivo que permite o no la entrada del gas mortal, que funciona de la siguiente manera: hay un vidrio polarizador, y si el fotón que pasa tiene la polarización requerida, entonces el cilindro gira el gas fluye hacia el gato; si el fotón tiene la polarización incorrecta, entonces el cilindro no se enciende, la llave no se enciende, el cilindro no deja entrar gas al gato.

Digamos que el fotón está polarizado circularmente y el dispositivo responde a la polarización lineal. Puede que esto no esté claro, pero no es muy importante. Con cierta probabilidad el fotón estará polarizado de una manera, con cierta probabilidad de otra. Schrödinger dijo: la situación resulta ser que en algún momento, hasta que abramos la tapa y veamos si el gato está vivo o muerto (y el sistema esté cerrado), el gato estará vivo con cierta probabilidad y estará muerto con cierta probabilidad. probabilidad. Quizás estoy formulando la paradoja descuidadamente, pero el resultado final es una situación extraña: el gato no está ni vivo ni muerto. Así se formula la paradoja.

En mi opinión, esta paradoja tiene una explicación completamente clara y precisa. Quizás este sea mi punto de vista personal, pero intentaré explicarlo. La principal propiedad de la mecánica cuántica es la siguiente: si describimos un sistema cerrado, entonces la mecánica cuántica no es más que mecánica ondulatoria, mecánica ondulatoria. Esto significa que se describe mediante ecuaciones diferenciales cuyas soluciones son ondas. Donde hay ondas y ecuaciones diferenciales, hay matrices, etc. Se trata de dos descripciones equivalentes: descripción matricial y descripción de onda. La descripción matricial pertenece a Heisenberg, la descripción ondulatoria a Schrödinger, pero describen la misma situación.

Lo siguiente es importante: mientras el sistema está cerrado, se describe mediante una ecuación de onda, y lo que le sucede a esta onda se describe mediante algún tipo de ecuación de onda. Toda la interpretación probabilística de la mecánica cuántica surge después de que se abre el sistema: está influenciado desde el exterior por algún gran objeto clásico, es decir, no cuántico. En el momento del impacto, deja de ser descrito por esta ecuación de onda. Surge la llamada reducción de la función de onda y la interpretación probabilística. Hasta el momento de la apertura, el sistema evoluciona de acuerdo con la ecuación de onda.

Ahora necesitamos hacer algunos comentarios sobre en qué se diferencia un sistema clásico grande de uno cuántico pequeño. En términos generales, incluso un gran sistema clásico se puede describir utilizando una ecuación de onda, aunque esta descripción suele ser difícil de proporcionar y, en realidad, es completamente innecesaria. Estos sistemas difieren matemáticamente en sus acciones. El llamado objeto existe en la mecánica cuántica, en la teoría de campos. Para un sistema grande clásico la acción es enorme, pero para un sistema cuántico pequeño la acción es pequeña. Además, el gradiente de esta acción (la tasa de cambio de esta acción en el tiempo y el espacio) es enorme para un sistema clásico grande y pequeño para uno cuántico pequeño. Ésta es la principal diferencia entre los dos sistemas. Debido a que la acción es muy grande para un sistema clásico, es más conveniente describirla no mediante algunas ecuaciones de onda, sino simplemente mediante leyes clásicas como la ley de Newton, etc. Por ejemplo, por esta razón, la Luna gira alrededor de la Tierra no como un electrón alrededor del núcleo de un átomo, sino a lo largo de una órbita determinada, claramente definida, a lo largo de una trayectoria orbital clásica. Mientras que el electrón, al ser un pequeño sistema cuántico, se mueve como una onda estacionaria dentro de un átomo alrededor del núcleo, su movimiento se describe mediante una onda estacionaria, y ésta es la diferencia entre las dos situaciones.

Una medición en mecánica cuántica es cuando se influye en un sistema cuántico pequeño con un sistema clásico grande. Después de esto, la función de onda se reduce. En mi opinión, la presencia de un globo o un gato en la paradoja de Schrödinger es lo mismo que la presencia de un gran sistema clásico que mide la polarización de un fotón. En consecuencia, la medición no se produce en el momento en que abrimos la tapa de la caja y vemos si el gato está vivo o muerto, sino en el momento en que el fotón interactúa con el cristal polarizador. Así, en ese momento la función de onda del fotón se reduce, el globo se encuentra en un estado muy concreto: o se abre o no se abre, y el gato muere o no muere. Todo. No hay “gatos de probabilidad” de que con cierta probabilidad esté vivo, con cierta probabilidad de que esté muerto. Cuando dije que la paradoja del gato de Schrödinger tiene muchas formulaciones diferentes, solo dije que hay muchas maneras diferentes de idear el dispositivo que mata o deja vivo al gato. En esencia, la formulación de la paradoja no cambia.

He oído hablar de otros intentos de explicar esta paradoja utilizando la pluralidad de mundos, etc. En mi opinión, todas estas explicaciones no resisten las críticas. Lo que expliqué con palabras durante este video se puede poner en forma matemática y se puede verificar la verdad de esta afirmación. Una vez más enfatizo que, en mi opinión, la medición y reducción de la función de onda de un pequeño sistema cuántico se produce en el momento de la interacción con un gran sistema clásico. Un sistema clásico tan grande es un gato con un dispositivo que lo mata, y no una persona que abre una caja con un gato y ve si el gato está vivo o no. Es decir, la medición se produce en el momento de la interacción de este sistema con una partícula cuántica, y no en el momento de comprobar el gato. Estas paradojas, en mi opinión, encuentran explicación en la aplicación de teorías y el sentido común.

La esencia del experimento en sí.

El artículo original de Schrödinger describía el experimento de la siguiente manera:

También se pueden construir casos en los que haya bastante burlesque. Cierto gato está encerrado en una cámara de acero junto con la siguiente máquina infernal (que debe ser protegida de la intervención directa del gato): dentro de un contador Geiger hay una minúscula cantidad de sustancia radiactiva, tan pequeña que sólo un átomo puede desintegrarse en una hora, pero con la misma probabilidad de que no se desmorone; si esto sucede, se descarga el tubo de lectura y se activa el relé, soltándose el martillo, que rompe el matraz con ácido cianhídrico. Si dejamos todo este sistema solo durante una hora, entonces podemos decir que el gato estará vivo después de este tiempo, siempre y cuando el átomo no se desintegre. La primera desintegración del átomo envenenaría al gato. La función psi del sistema en su conjunto expresará esto mezclando o untando un gato vivo y uno muerto (perdón por la expresión) en partes iguales. Lo típico en tales casos es que la incertidumbre originalmente limitada al mundo atómico se transforma en incertidumbre macroscópica, que puede eliminarse mediante observación directa. Esto nos impide aceptar ingenuamente que el “modelo borroso” refleja la realidad. Esto en sí mismo no significa nada confuso o contradictorio. Existe una diferencia entre una foto borrosa o desenfocada y una foto de nubes o niebla. Según la mecánica cuántica, si no se realiza ninguna observación del núcleo, entonces su estado se describe mediante una superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja está vivo y muerto. al mismo tiempo. Si se abre la caja, el experimentador sólo puede ver un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo". La pregunta es: ¿cuándo deja de existir un sistema como mezcla de dos estados y elige uno específico? El objetivo del experimento es mostrar que la mecánica cuántica está incompleta sin algunas reglas que indiquen en qué condiciones la función de onda colapsa y el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser una mezcla de ambas.

Como está claro que un gato debe estar vivo o muerto (no existe un estado que combine vida y muerte), esto será similar para el núcleo atómico. Debe estar descompuesto o no descompuesto.

El artículo original fue publicado en 1935. El propósito del artículo era discutir la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), publicada por Einstein, Podolsky y Rosen a principios de ese año.

Seguramente habrás escuchado más de una vez que existe un fenómeno llamado “El gato de Schrödinger”. Pero si no eres físico, lo más probable es que solo tengas una vaga idea de qué tipo de gato es y por qué es necesario.

« El gato de Shroedinger“- este es el nombre del famoso experimento mental del famoso físico teórico austriaco Erwin Schrödinger, que también es premio Nobel. Con la ayuda de este experimento ficticio, el científico quería mostrar lo incompleta de la mecánica cuántica en la transición de los sistemas subatómicos a los sistemas macroscópicos.

Este artículo es un intento de explicar en palabras sencillas la esencia de la teoría de Schrödinger sobre el gato y la mecánica cuántica, de modo que sea accesible para una persona que no tenga una educación técnica superior. El artículo también presentará varias interpretaciones del experimento, incluidas las de la serie de televisión "The Big Bang Theory".

Descripción del experimento

El artículo original de Erwin Schrödinger se publicó en 1935. En él, el experimento se describía utilizando o incluso personificando:

También se pueden construir casos en los que haya bastante burlesque. Que se encierre a un gato en una cámara de acero con la siguiente máquina diabólica (que debería ser así independientemente de la intervención del gato): dentro de un contador Geiger hay una cantidad minúscula de sustancia radiactiva, tan pequeña que sólo un átomo puede desintegrarse en una hora, pero con la misma probabilidad no podrá desintegrarse; si esto sucede, se descarga el tubo de lectura y se activa el relé, soltándose el martillo, que rompe el matraz con ácido cianhídrico.

Si dejamos todo este sistema solo durante una hora, entonces podemos decir que el gato estará vivo después de este tiempo, siempre y cuando el átomo no se desintegre. La primera desintegración del átomo envenenaría al gato. La función psi del sistema en su conjunto expresará esto mezclando o untando un gato vivo y uno muerto (perdón por la expresión) en partes iguales. Lo típico en tales casos es que la incertidumbre originalmente limitada al mundo atómico se transforma en incertidumbre macroscópica, que puede eliminarse mediante observación directa. Esto nos impide aceptar ingenuamente que el “modelo borroso” refleja la realidad. Esto en sí mismo no significa nada confuso o contradictorio. Existe una diferencia entre una foto borrosa o desenfocada y una foto de nubes o niebla.

En otras palabras:

1. Hay una caja y un gato. La caja contiene un mecanismo que contiene un núcleo atómico radiactivo y un recipiente con gas venenoso. Los parámetros experimentales se seleccionaron de modo que la probabilidad de desintegración nuclear en 1 hora sea del 50%. Si el núcleo se desintegra, se abre un recipiente con gas y el gato muere. Si el núcleo no se descompone, el gato permanece vivo y coleando.
2. Cerramos al gato en una caja, esperamos una hora y hacemos la pregunta: ¿el gato está vivo o muerto?
3. La mecánica cuántica parece decirnos que el núcleo atómico (y por tanto el gato) se encuentra en todos los estados posibles simultáneamente (ver superposición cuántica). Antes de abrir la caja, el sistema gato-núcleo está en el estado "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" con una probabilidad del 50% y en el estado "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo" con una probabilidad del 50%. Resulta que el gato sentado en la caja está vivo y muerto al mismo tiempo.
4. Según la interpretación moderna de Copenhague, el gato está vivo/muerto sin ningún estado intermedio. Y la elección del estado de desintegración del núcleo no se produce en el momento de abrir la caja, sino incluso cuando el núcleo ingresa al detector. Porque la reducción de la función de onda del sistema “gato-detector-núcleo” no está asociada al observador humano de la caja, sino al detector-observador del núcleo.

Explicación en palabras sencillas.

Según la mecánica cuántica, si no se observa el núcleo de un átomo, entonces su estado se describe mediante una mezcla de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja y personificando el núcleo de un átomo. Está vivo y muerto al mismo tiempo. Si se abre la caja, el experimentador sólo puede ver un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo".

La esencia en el lenguaje humano: El experimento de Schrödinger demostró que, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, el gato está vivo y muerto, lo cual no puede ser así. Por tanto, la mecánica cuántica tiene importantes defectos.

La pregunta es: ¿cuándo deja de existir un sistema como mezcla de dos estados y elige uno específico? El objetivo del experimento es mostrar que la mecánica cuántica está incompleta sin algunas reglas que indiquen en qué condiciones la función de onda colapsa y el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser una mezcla de ambas. Como está claro que un gato debe estar vivo o muerto (no existe un estado intermedio entre la vida y la muerte), esto será similar para el núcleo atómico. Debe estar deteriorado o no (Wikipedia).

Vídeo de La teoría del Big Bang

Otra interpretación más reciente del experimento mental de Schrödinger es una historia que el personaje de Big Bang Theory, Sheldon Cooper, le contó a su vecina Penny, menos educada. El punto de la historia de Sheldon es que el concepto del gato de Schrödinger se puede aplicar a las relaciones humanas. Para entender qué está pasando entre un hombre y una mujer, qué tipo de relación hay entre ellos: buena o mala, basta con abrir la caja. Hasta entonces, la relación es buena y mala.

A continuación se muestra un videoclip de este intercambio de Big Bang Theory entre Sheldon y Penia.

¿El gato siguió vivo como resultado del experimento?

Para aquellos que no leyeron el artículo con atención, pero todavía están preocupados por el gato, buenas noticias: no se preocupen, según nuestros datos, como resultado de un experimento mental realizado por un físico austriaco loco.

NINGÚN GATO RESULTÓ HERIDO

Para mi vergüenza, quiero admitir que escuché esta expresión, pero no sabía qué significaba ni siquiera sobre qué tema se usaba. Déjame contarte lo que leí en Internet sobre este gato... -

« El gato de Shroedinger“- este es el nombre del famoso experimento mental del famoso físico teórico austriaco Erwin Schrödinger, que también es premio Nobel. Con la ayuda de este experimento ficticio, el científico quería mostrar lo incompleta de la mecánica cuántica en la transición de los sistemas subatómicos a los sistemas macroscópicos.

El artículo original de Erwin Schrödinger se publicó en 1935. En él, el experimento se describía utilizando o incluso personificando:

También se pueden construir casos en los que haya bastante burlesque. Que se encierre a un gato en una cámara de acero con la siguiente máquina diabólica (que debería ser así independientemente de la intervención del gato): dentro de un contador Geiger hay una cantidad minúscula de sustancia radiactiva, tan pequeña que sólo un átomo puede desintegrarse en una hora, pero con lo mismo lo más probable es que no se desintegre, si esto sucede se descarga el tubo de lectura y se activa el relé, soltándose el martillo, que rompe el matraz con ácido cianhídrico.

Si dejamos todo este sistema solo durante una hora, entonces podemos decir que el gato estará vivo después de este tiempo, siempre y cuando el átomo no se desintegre. La primera desintegración del átomo envenenaría al gato. La función psi del sistema en su conjunto expresará esto mezclando o untando un gato vivo y uno muerto (perdón por la expresión) en partes iguales. Lo típico en tales casos es que la incertidumbre originalmente limitada al mundo atómico se transforma en incertidumbre macroscópica, que puede eliminarse mediante observación directa. Esto nos impide aceptar ingenuamente que el “modelo borroso” refleja la realidad. Esto en sí mismo no significa nada confuso o contradictorio. Existe una diferencia entre una foto borrosa o desenfocada y una foto de nubes o niebla.

En otras palabras:

1. Hay una caja y un gato. La caja contiene un mecanismo que contiene un núcleo atómico radiactivo y un recipiente con gas venenoso. Los parámetros experimentales se seleccionaron de modo que la probabilidad de desintegración nuclear en 1 hora sea del 50%. Si el núcleo se desintegra, se abre un recipiente con gas y el gato muere. Si el núcleo no se descompone, el gato permanece vivo y coleando.
2. Cerramos al gato en una caja, esperamos una hora y hacemos la pregunta: ¿el gato está vivo o muerto?
3. La mecánica cuántica parece decirnos que el núcleo atómico (y por tanto el gato) se encuentra en todos los estados posibles simultáneamente (ver superposición cuántica). Antes de abrir la caja, el sistema gato-núcleo está en el estado "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" con una probabilidad del 50% y en el estado "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo" con una probabilidad del 50%. Resulta que el gato sentado en la caja está vivo y muerto al mismo tiempo.
4. Según la interpretación moderna de Copenhague, el gato está vivo/muerto sin ningún estado intermedio. Y la elección del estado de desintegración del núcleo no se produce en el momento de abrir la caja, sino incluso cuando el núcleo ingresa al detector. Porque la reducción de la función de onda del sistema “gato-detector-núcleo” no está asociada al observador humano de la caja, sino al detector-observador del núcleo.

Según la mecánica cuántica, si no se observa el núcleo de un átomo, entonces su estado se describe mediante una mezcla de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja y personificando el núcleo de un átomo. Está vivo y muerto al mismo tiempo. Si se abre la caja, el experimentador sólo puede ver un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo".

La esencia en el lenguaje humano: El experimento de Schrödinger demostró que, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, el gato está vivo y muerto, lo cual no puede ser así. Por tanto, la mecánica cuántica tiene importantes defectos.

La pregunta es: ¿cuándo deja de existir un sistema como mezcla de dos estados y elige uno específico? El objetivo del experimento es mostrar que la mecánica cuántica está incompleta sin algunas reglas que indiquen en qué condiciones la función de onda colapsa y el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser una mezcla de ambas. Como está claro que un gato debe estar vivo o muerto (no existe un estado intermedio entre la vida y la muerte), esto será similar para el núcleo atómico. Debe estar descompuesto o no descompuesto ().

Otra interpretación más reciente del experimento mental de Schrödinger es una historia que el personaje de Big Bang Theory, Sheldon Cooper, le contó a su vecina Penny, menos educada. El punto de la historia de Sheldon es que el concepto del gato de Schrödinger se puede aplicar a las relaciones humanas. Para entender qué está pasando entre un hombre y una mujer, qué tipo de relación hay entre ellos: buena o mala, basta con abrir la caja. Hasta entonces, la relación es buena y mala.

A continuación se muestra un videoclip de este intercambio de Big Bang Theory entre Sheldon y Penia.

La ilustración de Schrödinger es el mejor ejemplo para describir la principal paradoja de la física cuántica: según sus leyes, partículas como electrones, fotones e incluso átomos existen en dos estados al mismo tiempo (“vivos” y “muertos”, si recordamos el gato sufrido). Estos estados se llaman.

El físico estadounidense Art Hobson () de la Universidad de Arkansas (Arkansas State University) propuso su solución a esta paradoja.

“Las mediciones en física cuántica se basan en el funcionamiento de ciertos dispositivos macroscópicos, como un contador Geiger, con cuya ayuda se determina el estado cuántico de los sistemas microscópicos: átomos, fotones y electrones. La teoría cuántica implica que si conecta un sistema microscópico (partícula) a algún dispositivo macroscópico que distingue dos estados diferentes del sistema, entonces el dispositivo (un contador Geiger, por ejemplo) entrará en un estado de entrelazamiento cuántico y también se encontrará en dos superposiciones al mismo tiempo. Sin embargo, es imposible observar este fenómeno directamente, lo que lo hace inaceptable”, afirma el físico.

Hobson dice que en la paradoja de Schrödinger, el gato desempeña el papel de un dispositivo macroscópico, un contador Geiger, conectado a un núcleo radiactivo para determinar el estado de desintegración o “no desintegración” de ese núcleo. En este caso, un gato vivo será un indicador de "no descomposición" y un gato muerto será un indicador de descomposición. Pero según la teoría cuántica, el gato, al igual que el núcleo, debe existir en dos superposiciones de vida y muerte.

En cambio, según el físico, el estado cuántico del gato debería estar entrelazado con el estado del átomo, es decir, que están en una "relación no local" entre sí. Es decir, si el estado de uno de los objetos enredados cambia repentinamente al opuesto, entonces el estado de su par también cambiará, sin importar qué tan lejos estén uno del otro. Hobson hace referencia a esta teoría cuántica.

“Lo más interesante de la teoría del entrelazamiento cuántico es que el cambio de estado de ambas partículas se produce instantáneamente: ninguna luz o señal electromagnética tendría tiempo de transmitir información de un sistema a otro. Así que se puede decir que es un objeto dividido en dos partes por el espacio, sin importar cuán grande sea la distancia entre ellas”, explica Hobson.

El gato de Schrödinger ya no está vivo y muerto al mismo tiempo. Está muerto si la desintegración ocurre y vivo si la desintegración nunca ocurre.

Agreguemos que tres grupos más de científicos propusieron soluciones similares a esta paradoja durante los últimos treinta años, pero no fueron tomadas en serio y pasaron desapercibidas en amplios círculos científicos. Hobson que la solución a las paradojas de la mecánica cuántica, al menos teóricamente, es absolutamente necesaria para su comprensión profunda.

Schrödinger

Pero hace poco los TEÓRICOS EXPLICARON CÓMO LA GRAVEDAD MATA AL GATO DE SCHRODINGER, pero esto es más complicado...-

Como regla general, los físicos explican el fenómeno de que la superposición es posible en el mundo de las partículas, pero imposible en el caso de los gatos u otros macroobjetos, o la interferencia del medio ambiente. Cuando un objeto cuántico atraviesa un campo o interactúa con partículas aleatorias, inmediatamente adopta un solo estado, como si estuviera medido. Así es como se destruye la superposición, como creían los científicos.

Pero incluso si de alguna manera fuera posible aislar un macroobjeto en estado de superposición de las interacciones con otras partículas y campos, tarde o temprano adoptaría un solo estado. Al menos esto es cierto para los procesos que ocurren en la superficie de la Tierra.

“En algún lugar del espacio interestelar, tal vez un gato tendría una oportunidad, pero en la Tierra o cerca de cualquier planeta esto es extremadamente improbable. Y la razón es la gravedad”, explica el autor principal del nuevo estudio, Igor Pikovsky (), del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.

Pikovsky y sus colegas de la Universidad de Viena sostienen que la gravedad tiene un efecto destructivo sobre las superposiciones cuánticas de macroobjetos y, por lo tanto, no observamos fenómenos similares en el macrocosmos. El concepto básico de la nueva hipótesis, por cierto, se encuentra en el largometraje “Interstellar”.

La teoría de la relatividad general de Einstein afirma que un objeto extremadamente masivo doblará el espacio-tiempo a su alrededor. Considerando la situación a un nivel más pequeño, podemos decir que para una molécula ubicada cerca de la superficie de la Tierra, el tiempo pasará algo más lento que para una ubicada en la órbita de nuestro planeta.

Debido a la influencia de la gravedad en el espacio-tiempo, una molécula afectada por esta influencia experimentará una desviación en su posición. Y esto, a su vez, debería afectar su energía interna: vibraciones de partículas en una molécula que cambian con el tiempo. Si una molécula fuera introducida en un estado de superposición cuántica de dos ubicaciones, entonces la relación entre la posición y la energía interna pronto obligaría a la molécula a "elegir" sólo una de las dos posiciones en el espacio.

“En la mayoría de los casos, el fenómeno de la decoherencia se debe a influencias externas, pero en este caso la vibración interna de las partículas interactúa con el movimiento de la propia molécula”, explica Pikovsky.

Este efecto aún no se ha observado porque otras fuentes de decoherencia, como los campos magnéticos, la radiación térmica y las vibraciones, suelen ser mucho más fuertes y provocan la destrucción de los sistemas cuánticos mucho antes que la gravedad. Pero los experimentadores se esfuerzan por probar la hipótesis.

También se podría utilizar una configuración similar para probar la capacidad de la gravedad para destruir sistemas cuánticos. Para ello será necesario comparar interferómetros verticales y horizontales: en el primero, la superposición pronto desaparecerá debido a la dilatación del tiempo en diferentes “alturas” del camino, mientras que en el segundo, la superposición cuántica puede permanecer.

fuentes

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

Aquí hay un poco más pseudocientífico: por ejemplo, y aquí. Si aún no lo sabes, lee sobre y qué es. Y descubriremos qué

El artículo describe cuál es la teoría de Schrödinger. Se muestra la contribución de este gran científico a la ciencia moderna y se describe el experimento mental que inventó sobre un gato. Se describe brevemente el ámbito de aplicación de este tipo de conocimiento.

Erwin Schrodinger

El famoso gato, que no está ni vivo ni muerto, se utiliza ahora en todas partes. Se hacen películas sobre él, comunidades sobre física y animales llevan su nombre, incluso hay una marca de ropa. Pero la mayoría de las veces la gente se refiere a la paradoja del gato desafortunado. Pero la gente suele olvidarse de su creador, Erwin Schrödinger. Nació en Viena, que entonces formaba parte de Austria-Hungría. Era descendiente de una familia muy educada y rica. Su padre Rudolf producía linóleo e invertía dinero, entre otras cosas, en la ciencia. Su madre era hija de un químico y Erwin iba a menudo a escuchar las conferencias de su abuelo en la academia.

Como una de las abuelas del científico era inglesa, desde pequeño se interesó por las lenguas extranjeras y dominaba el inglés a la perfección. No es de extrañar que en la escuela Schrödinger fuera el mejor de su clase cada año y que en la universidad hiciera preguntas difíciles. La ciencia de principios del siglo XX ya había identificado inconsistencias entre la física clásica más comprensible y el comportamiento de las partículas en el micro y nanomundo. Puse todas mis fuerzas en resolver las contradicciones emergentes.

Contribución a la ciencia

Para empezar, vale la pena decir que este físico estuvo involucrado en muchas áreas de la ciencia. Sin embargo, cuando decimos "teoría de Schrödinger", no nos referimos a la descripción matemáticamente armoniosa del color que creó, sino a su contribución a la mecánica cuántica. En aquella época, la tecnología, la experimentación y la teoría iban de la mano. Se revelaron las fotografías, se registraron los primeros espectros y se descubrió el fenómeno de la radiactividad. Los científicos que obtuvieron los resultados interactuaron estrechamente con los teóricos: coincidieron, se complementaron y discutieron. Se crearon nuevas escuelas y ramas de la ciencia. El mundo empezó a brillar con colores completamente diferentes y la humanidad recibió nuevos misterios. A pesar de la complejidad del aparato matemático, es posible describir en qué consiste la teoría de Schrödinger en un lenguaje sencillo.

¡El mundo cuántico es fácil!

Ahora es bien sabido que la escala de los objetos estudiados afecta directamente a los resultados. Los objetos visibles al ojo están sujetos a los conceptos de la física clásica. La teoría de Schrödinger es aplicable a cuerpos que miden cien por cien nanómetros o menos. Y la mayoría de las veces hablamos de átomos individuales y partículas más pequeñas. Entonces, cada elemento de los microsistemas tiene simultáneamente las propiedades tanto de una partícula como de una onda (dualidad onda-partícula). Del mundo material, los electrones, protones, neutrones, etc. se caracterizan por su masa y la inercia, velocidad y aceleración asociadas. De la onda teórica: parámetros como la frecuencia y la resonancia. Para comprender cómo esto es posible al mismo tiempo y por qué son inseparables entre sí, los científicos tuvieron que reconsiderar toda su comprensión de la estructura de las sustancias.

La teoría de Schrödinger implica que, matemáticamente, estas dos propiedades están relacionadas a través de una construcción llamada función de onda. Encontrar una descripción matemática de este concepto le valió a Schrödinger el Premio Nobel. Sin embargo, el significado físico que le atribuyó el autor no coincidía con las ideas de Bohr, Sommerfeld, Heisenberg y Einstein, quienes fundaron la llamada interpretación de Copenhague. Aquí surgió la “paradoja del gato”.

Función de onda

Cuando hablamos del microcosmos de partículas elementales, los conceptos inherentes a las macroescalas pierden su significado: masa, volumen, velocidad, tamaño. Y las probabilidades inestables se hacen realidad. Los objetos de este tamaño son imposibles de capturar para los humanos; las personas sólo disponen de métodos indirectos de estudio. Por ejemplo, las franjas de luz en una pantalla o película sensible, el número de clics, el grosor de la película que se rocía. Todo lo demás es área de cálculo.

La teoría de Schrödinger se basa en las ecuaciones que derivó este científico. Y su componente integral es la función de onda. Describe inequívocamente el tipo y las propiedades cuánticas de la partícula en estudio. Se cree que muestra el estado de, por ejemplo, un electrón. Sin embargo, él mismo, contrariamente a las ideas de su autor, no tiene ningún significado físico. Es simplemente una herramienta matemática conveniente. Dado que nuestro artículo presenta la teoría de Schrödinger en términos simples, digamos que el cuadrado de la función de onda describe la probabilidad de encontrar un sistema en un estado predeterminado.

Gato como ejemplo de un objeto macro.

El propio autor no estuvo de acuerdo con esta interpretación, que se llama interpretación de Copenhague, hasta el final de su vida. Le disgustaba la vaguedad del concepto de probabilidad e insistía en la claridad de la función misma, y ​​no de su cuadrado.

Como ejemplo de la inconsistencia de tales ideas, argumentó que en este caso el micromundo influiría en los macroobjetos. La teoría es la siguiente: si colocas un organismo vivo (por ejemplo, un gato) y una cápsula con un gas venenoso en una caja sellada, que se abre si un determinado elemento radiactivo se desintegra y permanece cerrada si no se produce la desintegración, entonces Antes de abrir la caja nos encontramos con una paradoja. Según los conceptos cuánticos, un átomo de un elemento radiactivo se desintegrará con cierta probabilidad durante un determinado período de tiempo. Por lo tanto, antes de la detección experimental, el átomo está intacto o no. Y, como dice la teoría de Schrödinger, con el mismo porcentaje de probabilidad el gato está vivo y muerto. Lo cual, como ves, es absurdo, porque al abrir la caja sólo encontraremos un estado del animal. Y en un contenedor cerrado, junto a la cápsula mortal, el gato está vivo o muerto, ya que estos indicadores son discretos y no implican opciones intermedias.

Existe una explicación específica para este fenómeno, pero aún no completamente probada: en ausencia de condiciones límite de tiempo para determinar el estado específico de un hipotético gato, este experimento es sin duda paradójico. Sin embargo, las reglas de la mecánica cuántica no se pueden utilizar para macroobjetos. Hasta ahora no ha sido posible trazar con precisión la frontera entre el micromundo y el ordinario. Sin embargo, un animal del tamaño de un gato es sin duda un macroobjeto.

Aplicación de la mecánica cuántica

Como ocurre con cualquier fenómeno, incluso teórico, surge la pregunta de cómo puede resultar útil el gato de Schrödinger. La teoría del Big Bang, por ejemplo, se basa precisamente en los procesos relacionados con este experimento mental. Todo lo relacionado con las velocidades ultraaltas, la estructura ultrapequeña de la materia y el estudio del universo como tal se explica, entre otras cosas, por la mecánica cuántica.