Slávna hádanka „Schrödingerova mačka“ jednoduchými slovami. Schrödingerov mačací paradox

Ak máte záujem o článok na tému z kvantovej fyziky, potom je vysoká pravdepodobnosť, že máte radi televízny seriál „Teória veľkého tresku“. Sheldon Cooper teda prišiel s novou interpretáciou Schrödingerov myšlienkový experiment(Video s týmto fragmentom nájdete na konci článku). Aby sme však pochopili Sheldonov dialóg s jeho susedkou Penny, vráťme sa najskôr ku klasickému výkladu. Takže Schrödingerova mačka jednoduchými slovami.

V tomto článku sa pozrieme na:

• Stručné historické pozadie
• Opis experimentu so Schrödingerovou mačkou
• Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky

Hneď dobrá správa. Počas experimentu Schrödingerovej mačke sa nič nestalo. Pretože fyzik Erwin Schrödinger, jeden z tvorcov kvantovej mechaniky, uskutočnil iba myšlienkový experiment.

Skôr než sa vrhneme na popis experimentu, urobme si mini exkurziu do histórie.

Začiatkom minulého storočia sa vedcom podarilo nahliadnuť do mikrosveta. Napriek vonkajšej podobnosti modelu „atóm-elektrón“ s modelom „Slnko-Zem“ sa ukázalo, že známe newtonovské zákony klasickej fyziky v mikrokozme nefungujú. Preto sa objavila nová veda - kvantová fyzika a jej súčasť - kvantová mechanika. Všetky mikroskopické objekty mikrosveta sa nazývali kvantá.

Pozor! Jedným z postulátov kvantovej mechaniky je „superpozícia“. Bude nám užitočné pochopiť podstatu Schrödingerovho experimentu.

„Superpozícia“ je schopnosť kvanta (môže to byť elektrón, fotón, jadro atómu) byť nie v jednom, ale v niekoľkých stavoch súčasne alebo byť v niekoľkých bodoch priestoru súčasne. čas, ak ho nikto nesleduje

To je pre nás ťažké pochopiť, pretože v našom svete môže mať objekt iba jeden stav, napríklad byť živý alebo mŕtvy. A môže byť len na jednom konkrétnom mieste vo vesmíre. Môžete si prečítať o „superpozícii“ a úžasných výsledkoch experimentov kvantovej fyziky V tomto článku.

Tu je jednoduchá ilustrácia rozdielu medzi správaním mikro a makro objektov. Umiestnite loptu do jednej z 2 krabičiek. Pretože Lopta je objektom nášho makrosveta, poviete s istotou: „Lopta leží iba v jednej z krabíc, zatiaľ čo druhá je prázdna.“ Ak namiesto lopty vezmete elektrón, potom bude pravdivé tvrdenie, že je súčasne v 2 krabiciach. Takto fungujú zákony mikrosveta. Príklad: Elektrón v skutočnosti neotáča okolo jadra atómu, ale nachádza sa súčasne vo všetkých bodoch gule okolo jadra. Vo fyzike a chémii sa tento jav nazýva „elektrónový oblak“.

Zhrnutie. Uvedomili sme si, že správanie veľmi malého objektu a veľkého objektu podliehajú rôznym zákonom. Zákony kvantovej fyziky a zákony klasickej fyziky, resp.

Ale neexistuje žiadna veda, ktorá by popisovala prechod z makrosveta do mikrosveta. Erwin Schrödinger teda opísal svoj myšlienkový experiment práve preto, aby demonštroval neúplnosť všeobecnej teórie fyziky. Chcel, aby Schrödingerov paradox ukázal, že existuje veda na opis veľkých objektov (klasická fyzika) a veda na opis mikro objektov (kvantová fyzika). ale nie je dostatok vedy na opis prechodu z kvantových systémov na makrosystémy.

Popis experimentu so Schrödingerovou mačkou

Erwin Schrödinger opísal myšlienkový experiment s mačkou v roku 1935. Pôvodná verzia popisu experimentu je uvedená na Wikipédii ( Schrödingerova mačka Wikipedia).

Tu je verzia opisu experimentu so Schrödingerovou mačkou jednoduchými slovami:

• V uzavretej oceľovej krabici bola umiestnená mačka.
• Schrödingerova skrinka obsahuje zariadenie s rádioaktívnym jadrom a jedovatým plynom umiestnené v nádobe.
• Jadro sa môže rozpadnúť do 1 hodiny alebo nie. Pravdepodobnosť rozpadu – 50 %.
• Ak sa jadro rozpadne, Geigerov počítač to zaznamená. Relé bude fungovať a kladivo rozbije nádobu na plyn. Schrödingerova mačka zomrie.
• Ak nie, Schrödingerova mačka bude nažive.

Podľa zákona „superpozície“ kvantovej mechaniky je v čase, keď systém nepozorujeme, jadro atómu (a teda aj mačka) v 2 stavoch súčasne. Jadro je v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. A mačka je v stave, že je živá/mŕtva zároveň.

S istotou však vieme, že ak sa otvorí „Schrödinger box“, mačka môže byť iba v jednom zo stavov:

• ak sa jadro nerozpadne, naša mačka žije
• ak sa jadro rozpadne, mačka je mŕtva

Paradoxom experimentu je to podľa kvantovej fyziky: pred otvorením krabice je mačka živá aj mŕtva súčasne, ale podľa fyzikálnych zákonov nášho sveta je to nemožné. Cat môže byť v jednom konkrétnom stave – byť nažive alebo byť mŕtvy. Neexistuje žiadny zmiešaný stav „mačka je živá/mŕtva“ súčasne.

Skôr než dostanete odpoveď, pozrite si toto nádherné video ilustrujúce paradox experimentu Schrödingerovej mačky (menej ako 2 minúty):

Riešenie paradoxu Schrödingerovej mačky – kodanská interpretácia

Teraz riešenie. Venujte pozornosť špeciálnemu tajomstvu kvantovej mechaniky - pozorovateľský paradox. Objekt mikrosveta (v našom prípade jadro) sa nachádza v niekoľkých stavoch súčasne len kým nepozorujeme systém.

Napríklad, slávny experiment s 2 štrbinami a pozorovateľom. Keď bol lúč elektrónov nasmerovaný na nepriehľadnú platňu s 2 zvislými štrbinami, elektróny namaľovali na obrazovku za platňou „vlnový vzor“ – vertikálne sa striedajúce tmavé a svetlé pruhy. Keď však experimentátori chceli „vidieť“, ako elektróny prelietavajú cez štrbiny, a nainštalovali „pozorovateľa“ na stranu obrazovky, elektróny na obrazovke nenakreslili „vlnový vzor“, ale 2 zvislé pruhy. Tie. sa nesprávali ako vlny, ale ako častice.

Zdá sa, že kvantové častice samy rozhodujú o tom, aký stav by mali mať v momente, keď sú „merané“.

Na základe toho znie moderné kodanské vysvetlenie (interpretácia) fenoménu „Schrödingerovej mačky“ takto:

Zatiaľ čo nikto nepozoruje systém „mačacieho jadra“, jadro je súčasne v rozpadnutom/nerozpadnutom stave. Ale je chybou tvrdiť, že mačka je zároveň živá/mŕtva. prečo? Áno, pretože kvantové javy sa v makrosystémoch nepozorujú. Správnejšie by bolo hovoriť nie o systéme „cat-core“, ale o systéme „core-detector (Geiger counter)“.

Jadro si v momente pozorovania (alebo merania) vyberie jeden zo stavov (rozpadnutý/nerozpadnutý). K tejto voľbe ale nedochádza v momente, keď experimentátor škatuľku otvorí (otvorenie škatuľky nastáva v makrosvete, veľmi ďalekom od sveta jadra). Jadro si vyberá svoj stav v momente, keď narazí na detektor. Faktom je, že systém nie je v experimente dostatočne popísaný.

Kodanská interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky teda popiera, že do momentu otvorenia škatule bola Schrödingerova mačka v stave superpozície – bola zároveň v stave živej/mŕtvej mačky. Mačka v makrokozme môže existovať a existuje iba v jednom stave.

Zhrnutie. Schrödinger experiment úplne neopísal. Nie sú to správne (presnejšie povedané, nemožno ich prepojiť) makroskopické a kvantové systémy. V našich makrosystémoch neplatia kvantové zákony. V tomto experimente neinteraguje „mačacie jadro“, ale „mačacie jadro-detektor“. Mačka je z makrokozmu a systém „jadro detektora“ je z mikrokozmu. A len vo svojom kvantovom svete môže byť jadro v dvoch stavoch súčasne. K tomu dochádza pred meraním jadra alebo pred interakciou s detektorom. Ale mačka vo svojom makrokozme môže existovať a existuje len v jednom stave. Preto, Len na prvý pohľad sa zdá, že stav „živej alebo mŕtvej“ mačky je určený v okamihu otvorenia krabice. V skutočnosti je jeho osud určený vo chvíli, keď detektor interaguje s jadrom.

Záverečné zhrnutie. Stav systému „detektor-jadro-mačka“ NIE JE spojený s osobou – pozorovateľom krabice, ale s detektorom – pozorovateľom jadra.

Fuj. Môj mozog takmer začal vrieť! Ale aké pekné je pochopiť riešenie paradoxu sami! Ako v starom študentskom vtipe o učiteľovi: „Keď som to rozprával, sám som to pochopil!“

Sheldonova interpretácia paradoxu Schrödingerovej mačky

Teraz sa môžete pohodlne usadiť a počúvať Sheldonovu najnovšiu interpretáciu Schrödingerovho myšlienkového experimentu. Podstatou jeho výkladu je, že sa dá aplikovať vo vzťahoch medzi ľuďmi. Aby ste pochopili, či je vzťah medzi mužom a ženou dobrý alebo zlý, musíte otvoriť krabicu (ísť na rande). A predtým boli dobrí aj zlí zároveň.

Ako sa vám páči tento „roztomilý experiment“? V súčasnosti by Schrödinger za takéto brutálne myšlienkové experimenty s mačkou dostal od ochrancov zvierat veľa trestov. Alebo to možno nebola mačka, ale Schrödingerova mačka?! Úbohé dievča, dosť trpelo týmto Schrödingerom (((

Uvidíme sa v ďalších publikáciách!

Prajem všetkým pekný deň a príjemný večer!

P.S. Podeľte sa o svoje myšlienky v komentároch. A klásť otázky.

P.S. Prihláste sa na odber blogu – formulár na odber sa nachádza pod článkom.

Existuje malé množstvo rádioaktívnej látky, tak malý, do hodiny Možno len jeden atóm sa rozpadne, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak k tomu dôjde, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, čím sa uvoľní kladivo, ktoré rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou. Ak necháte celý tento systém na hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, tak skoro ako atóm sa nerozpadne. Hneď prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnakých častiach.

Typické pre takéto prípady je, že neistota pôvodne obmedzená na atómový svet sa transformuje na makroskopickú neistotu, ktorá môže byť eliminované prostredníctvom priameho pozorovania. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi rozmazanou alebo neostrou fotkou a fotkou oblakov alebo hmly.

Pôvodný text(nemčina)

Man kann auch ganz burleske Fälle konstruieren. Eine Katze wird in eine Stahlkammer gesperrt, zusammen mit folgender Höllenmaschine (die man gegen den direkten Zugriff der Katze sichern muß): in einem Geigerschen Zählrohr befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, tak wenig, daß im Laufe einer Stunde vielleicht eines von den Atomen zerfällt, ebenso wahrscheinlich aber auch keines; geschieht es, so spricht das Zählrohr an und betätigt über ein Relais ein Hämmerchen, das ein Kölbchen mit Blausäure zertrümmert. Hat man dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, so wird man sich sagen, daß die Katze noch lebt, wenn inzwischen kein Atom zerfallen ist. Der erste Atomzerfall würde sie vergiftet haben. Die ψ -Funktion des ganzen Systems würde das so zum Ausdruck carryen, daß in ihr die lebende und die tote Katze (s.v.v.) zu gleichen Teilen gemischt oder verschmiert sind.
Das Typische an solchen Fällen ist, daß eine ursprünglich auf den Atombereich beschränkte Unbestimmtheit sich in grobsinnliche Unbestimmtheit umsetzt, die sich dann durch direkte Beobachtung entscheiden läßt. Das brzdit uns, v tak naivnej Weise ein „verwaschenes Modell“ als Abbild der Wirklichkeit gelten zu lassen. An sich enthielte es nichts Unklares oder Widerspruchsvolles. Nie je to rozdiel medzi jednotlivými verwackelten alebo unscharf eingestellten Photographie a einer Aufnahme von Wolken und Nebelschwaden.

Podľa kvantovej mechaniky, ak sa jadro nepozoruje, potom je jeho stav opísaný superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov - rozpadnutého jadra a nerozpadnutého jadra, takže mačka sediaca v krabici je živá aj mŕtva. v rovnakom čase. Ak je krabica otvorená, experimentátor môže vidieť iba jeden konkrétny stav - „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“.

Otázka znie takto: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny?Účelom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré naznačujú, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zomrie, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch.

Keďže je jasné, že mačka musí byť buď živá alebo mŕtva (neexistuje žiadny stav, ktorý by spájal život a smrť), bude to podobné pre atómové jadro. Musí byť buď rozpadnutý, alebo nerozpadnutý.

Vo veľkých komplexných systémoch, ktoré pozostávajú z mnohých miliárd atómov, dochádza k dekoherencii takmer okamžite a z tohto dôvodu nemôže byť mačka mŕtva aj živá počas akéhokoľvek merateľného času. Proces dekoherencie je podstatnou súčasťou experimentu.

Pôvodný článok bol publikovaný v roku 1935. Účelom článku bolo diskutovať o Einstein-Podolsky-Rosenovom paradoxe (EPR), ktorý publikovali Einstein, Podolsky a Rosen začiatkom toho roku. Dokumenty EPR a Schrödinger načrtli zvláštnu povahu „kvantového previazania“ (nemecky Verschränkung, anglicky quantum entanglement, termín, ktorý vytvoril Schrödinger), charakteristické pre kvantové stavy, ktoré sú superpozíciou stavov dvoch systémov (napríklad dvoch subatomárnych častíc ).

Kodanská interpretácia

V skutočnosti Hawking a mnohí ďalší fyzici zastávajú názor, že interpretácia kvantovej mechaniky v Kodanskej škole je neopodstatnená pri zdôrazňovaní úlohy pozorovateľa. Konečná jednota medzi fyzikmi v tejto otázke stále nebola dosiahnutá.

Paralelizácia svetov v každom časovom okamihu zodpovedá skutočnému nedeterministickému automatu, na rozdiel od pravdepodobnostného, ​​keď sa v každom kroku vyberá jedna z možných ciest v závislosti od ich pravdepodobnosti.

Wignerov paradox

Toto je komplikovaná verzia Schrödingerovho experimentu. Eugene Wigner predstavil kategóriu „priateľov“. Po dokončení experimentu experimentátor otvorí krabicu a uvidí živú mačku. Stavový vektor mačky v momente otvorenia boxu prechádza do stavu „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“. V laboratóriu bola mačka rozpoznaná ako živá. Mimo laboratória je Priateľ. Priateľ ešte nevie, či je mačka živá alebo mŕtva. Priateľ rozpozná mačku ako živú až vtedy, keď mu experimentátor oznámi výsledok experimentu. Ale všetci ostatní Priatelia mačka ešte nebola rozpoznaná ako živá a bude rozpoznaná až vtedy, keď im bude oznámený výsledok experimentu. Mačka teda môže byť rozpoznaná ako úplne živá (alebo úplne mŕtva), keď všetci ľudia vo vesmíre poznajú výsledok experimentu. Až do tohto momentu, v meradle veľkého vesmíru, zostáva mačka podľa Wignera živá a mŕtva súčasne.

Na moju hanbu sa chcem priznať, že som tento výraz počul, ale vôbec som nevedel, čo znamená a dokonca ani na akú tému bol použitý. Poviem vám, čo som čítal na internete o tejto mačke...

« Shroedingerova mačka» - to je názov slávneho myšlienkového experimentu slávneho rakúskeho teoretického fyzika Erwina Schrödingera, ktorý je aj nositeľom Nobelovej ceny. Pomocou tohto fiktívneho experimentu chcel vedec ukázať neúplnosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych systémov k makroskopickým systémom.

Pôvodný článok Erwina Schrödingera vyšiel v roku 1935. Tu je citát:

Môžete tiež postaviť prípady, v ktorých je celkom burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý by mal byť bez ohľadu na zásah mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívnej látky, tak malé, že sa za hodinu môže rozpadnúť iba jeden atóm, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak sa tak stane, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, čím sa uvoľní kladivo, ktoré rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou.

Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Hneď prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnakých častiach. Typické pre takéto prípady je, že neistota pôvodne obmedzená na atómový svet sa transformuje na makroskopickú neistotu, ktorú je možné eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi rozmazanou alebo neostrou fotkou a fotkou oblakov alebo hmly.

Inými slovami:

1. Je tam krabica a mačka. Krabička obsahuje mechanizmus obsahujúci rádioaktívne atómové jadro a nádobu s jedovatým plynom. Experimentálne parametre boli zvolené tak, aby pravdepodobnosť rozpadu jadra za 1 hodinu bola 50 %. Ak sa jadro rozpadne, otvorí sa nádoba s plynom a mačka zomrie. Ak sa jadro nerozpadne, mačka zostáva živá a zdravá.
2. Zatvoríme mačku do krabice, počkáme hodinu a pýtame sa sami seba: je mačka živá alebo mŕtva?
3. Zdá sa, že kvantová mechanika nám hovorí, že atómové jadro (a teda aj mačka) je vo všetkých možných stavoch súčasne (pozri kvantovú superpozíciu). Predtým, ako otvoríme škatuľku, systém mačka-jadro je v stave „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ s pravdepodobnosťou 50 % a v stave „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“ s pravdepodobnosť 50 %. Ukazuje sa, že mačka sediaca v boxe je živá aj mŕtva zároveň.
4. Podľa modernej kodanskej interpretácie je mačka živá/mŕtva bez akýchkoľvek medzistavov. A výber stavu rozpadu jadra nastáva nie v okamihu otvorenia krabice, ale dokonca aj vtedy, keď jadro vstúpi do detektora. Pretože zníženie vlnovej funkcie systému „mačka-detektor-jadro“ nie je spojené s ľudským pozorovateľom krabice, ale je spojené s detektorom-pozorovateľom jadra.

Podľa kvantovej mechaniky, ak jadro atómu nie je pozorované, potom je jeho stav opísaný zmesou dvoch stavov - rozpadnuté jadro a nerozpadnuté jadro, teda mačka sediaca v krabici a zosobňujúca jadro atómu. je živý aj mŕtvy zároveň. Ak je krabica otvorená, experimentátor môže vidieť iba jeden konkrétny stav - „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“.

Podstata v ľudskom jazyku

Schrödingerov experiment ukázal, že z pohľadu kvantovej mechaniky je mačka živá aj mŕtva, čo nemôže byť. Preto má kvantová mechanika značné nedostatky.

Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny? Účelom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré naznačujú, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zomrie, alebo zostane nažive, ale už nie je zmesou oboch. Keďže je jasné, že mačka musí byť buď živá, alebo mŕtva (medzi životom a smrťou neexistuje žiadny stav), bude to podobné aj pre atómové jadro. Musí byť buď rozpadnutý, alebo nerozpadnutý (Wikipedia).

Ďalšou novšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh, ktorý Sheldon Cooper povedal svojej menej vzdelanej susedke Penny, postava z Teórie veľkého tresku. Pointou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky možno aplikovať na medziľudské vzťahy. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký je medzi nimi vzťah: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Dovtedy je vzťah dobrý aj zlý.

Nižšie je videoklip tejto výmeny teórie veľkého tresku medzi Sheldonom a Peniou.

Schrödingerova ilustrácia je najlepším príkladom na opísanie hlavného paradoxu kvantovej fyziky: podľa jej zákonov existujú častice ako elektróny, fotóny a dokonca aj atómy v dvoch stavoch súčasne („živé“ a „mŕtve“, ak si pamätáte dlho trpiaca mačka). Tieto stavy sa nazývajú superpozície.

Americký fyzik Art Hobson z University of Arkansas (Arkansas State University) navrhol svoje riešenie tohto paradoxu.

„Merania v kvantovej fyzike sú založené na prevádzke určitých makroskopických zariadení, ako je Geigerov počítač, pomocou ktorého sa určuje kvantový stav mikroskopických systémov – atómov, fotónov a elektrónov. Kvantová teória znamená, že ak pripojíte mikroskopický systém (časticu) k nejakému makroskopickému zariadeniu, ktoré rozlišuje dva rôzne stavy systému, potom zariadenie (napríklad Geigerov počítač) prejde do stavu kvantového zapletenia a tiež sa ocitne v dvoch stavoch. superpozície súčasne. Priamo pozorovať tento jav je však nemožné, čo ho robí neprijateľným,“ hovorí fyzik.

Hobson hovorí, že v Schrödingerovom paradoxe mačka zohráva úlohu makroskopického zariadenia, Geigerovho počítača, pripojeného k rádioaktívnemu jadru na určenie stavu rozpadu alebo „nerozpadu“ tohto jadra. V tomto prípade bude živá mačka indikátorom „nerozpadu“ a mŕtva mačka bude indikátorom rozkladu. Ale podľa kvantovej teórie musí mačka, rovnako ako jadro, existovať v dvoch superpozíciách života a smrti.

Fyzik hovorí, že namiesto toho by mal byť kvantový stav mačky prepojený so stavom atómu, čo znamená, že sú vo vzájomnom „nelokálnom vzťahu“. To znamená, že ak sa stav jedného zo zapletených predmetov náhle zmení na opačný, potom sa zmení aj stav jeho páru, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Hobson sa zároveň odvoláva na experimentálne potvrdenie tejto kvantovej teórie.

„Najzaujímavejšia vec na teórii kvantového zapletenia je, že zmena stavu oboch častíc nastáva okamžite: žiadne svetlo ani elektromagnetický signál by nestihol preniesť informácie z jedného systému do druhého. Dá sa teda povedať, že ide o jeden objekt rozdelený na dve časti priestorom, bez ohľadu na to, aká veľká je medzi nimi vzdialenosť,“ vysvetľuje Hobson.

Schrödingerova mačka už nie je živá a mŕtva zároveň. Je mŕtvy, ak k rozpadu dôjde, a živý, ak k rozpadu nikdy nedôjde.

Dodajme, že podobné riešenia tohto paradoxu navrhli za posledných tridsať rokov ešte tri skupiny vedcov, no nebrali ich vážne a zostali v širokých vedeckých kruhoch nepovšimnuté. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, aspoň teoreticky, je absolútne nevyhnutné pre jej hĺbkové pochopenie.

Schrödinger

Ale len nedávno TEORETICI VYSVETĽUJÚ, AKO GRAVITÁCIA ZABÍJA SCHRODINGEROVU MAČKU, ale toto je zložitejšie...

Fyzici spravidla vysvetľujú jav, že superpozícia je možná vo svete častíc, ale nemožná s mačkami alebo inými makroobjektmi, interferenciou z prostredia. Keď kvantový objekt prechádza poľom alebo interaguje s náhodnými časticami, okamžite nadobudne iba jeden stav – ako keby bol zmeraný. Presne takto je zničená superpozícia, ako sa vedci domnievali.

Ale aj keby bolo nejako možné izolovať makroobjekt v stave superpozície od interakcií s inými časticami a poľami, skôr či neskôr by nadobudol jediný stav. Prinajmenšom to platí pre procesy prebiehajúce na povrchu Zeme.

"Niekde v medzihviezdnom priestore by mačka možno mala šancu zachovať kvantovú koherenciu, ale na Zemi alebo v blízkosti akejkoľvek planéty je to extrémne nepravdepodobné." A dôvodom je gravitácia,“ vysvetľuje hlavný autor novej štúdie Igor Pikovski z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovský a jeho kolegovia z Viedenskej univerzity tvrdia, že gravitácia má deštruktívny vplyv na kvantové superpozície makroobjektov, a preto podobné javy v makrokozme nepozorujeme. Mimochodom, základný koncept novej hypotézy je stručne načrtnutý v celovečernom filme „Interstellar“.

Einsteinova teória všeobecnej relativity tvrdí, že extrémne masívny objekt bude ohýbať časopriestor okolo seba. Ak vezmeme do úvahy situáciu na menšej úrovni, môžeme povedať, že pre molekulu umiestnenú blízko povrchu Zeme bude čas plynúť o niečo pomalšie ako pre molekulu umiestnenú na obežnej dráhe našej planéty.

Vplyvom gravitácie na časopriestor zaznamená molekula ovplyvnená týmto vplyvom odchýlku svojej polohy. A to by zase malo ovplyvniť jeho vnútornú energiu – vibrácie častíc v molekule, ktoré sa časom menia. Ak by bola molekula zavedená do stavu kvantovej superpozície dvoch miest, potom by vzťah medzi polohou a vnútornou energiou čoskoro prinútil molekulu „vybrať si“ iba jednu z dvoch pozícií v priestore.

"Vo väčšine prípadov je fenomén dekoherencie spojený s vonkajším vplyvom, ale v tomto prípade interaguje vnútorná vibrácia častíc s pohybom samotnej molekuly," vysvetľuje Pikovsky.

Tento efekt ešte nebol pozorovaný, pretože iné zdroje dekoherencie, ako sú magnetické polia, tepelné žiarenie a vibrácie, sú zvyčajne oveľa silnejšie, čo spôsobuje deštrukciu kvantových systémov dávno pred gravitáciou. Experimentátori sa však snažia hypotézu otestovať.

Podobné nastavenie by sa dalo použiť aj na testovanie schopnosti gravitácie ničiť kvantové systémy. Na to bude potrebné porovnať vertikálne a horizontálne interferometre: v prvom by mala superpozícia čoskoro zmiznúť v dôsledku dilatácie času v rôznych „výškach“ dráhy, zatiaľ čo v druhom môže zostať kvantová superpozícia.

Čo je Schrödingerova mačka, Schrödingerova mačka, všetko o Schrödingerovej mačke, Schrödingerov mačací paradox, Schrödingerov pokus s mačkou, mačka v krabici, ani živá, ani mŕtva mačka, je Schrödingerova mačka živá, mačací experiment

Toto je mačka, ktorá je živá aj mŕtva zároveň. Za tento nešťastný stav vďačí nositeľovi Nobelovej ceny za fyziku, rakúskemu vedcovi Erwinovi Rudolfovi Josephovi Alexandrovi Schrödingerovi.

Sekcie:

Podstata experimentu / paradoxu

Mačka je v uzavretej krabici s mechanizmom obsahujúcim rádioaktívne jadro a nádobu s jedovatým plynom. Charakteristiky experimentu sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť, že sa jadro rozpadne za 1 hodinu, bola 50 %. Ak sa jadro rozpadne, aktivuje mechanizmus, otvorí sa nádoba s plynom a mačka zomrie. Podľa kvantovej mechaniky, ak sa jadro nepozoruje, potom je jeho stav opísaný superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov - rozpadnutého jadra a nerozpadnutého jadra, takže mačka sediaca v krabici je živá aj mŕtva. naraz.

Len čo otvoríte škatuľu, experimentátor by mal vidieť iba jeden stav - „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“. Ale zatiaľ čo v procese nie je žiadny pozorovateľ, nešťastné zviera zostáva „mŕtve“.

Marginalizované

• Nešťastie nikdy nepríde samo
  Spochybňuje sa nielen zdravie chvostového obyvateľa boxu, ale aj jeho pohlavie: v pôvodnom experimente bola Schrödingerova mačka stále mačkou (die Katze).
• Neexistujú žiadne „mŕtve“ mačky
  Je dôležité pripomenúť, že Schrödingerov experiment nemal za cieľ dokázať existenciu „mŕtvych“ mačiek (a na rozdiel od tvrdenia v druhej časti hry „Portál“ nebol vymyslený ako ospravedlnenie pre zabíjanie mačiek). Je zrejmé, že mačka musí byť buď živá alebo mŕtva, pretože neexistuje žiadny prechodný stav.
  Skúsenosti ukazujú, že kvantová mechanika nie je schopná opísať správanie makrosystémov (kam patrí aj mačka): je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré indikujú, kedy si systém vyberie jeden konkrétny stav, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zostane nažive alebo sa stane mŕtvym, ale prestane byť zmesou oboch.

Výklady Kodanská interpretácia popiera, že pred otvorením škatule je mačka v stave zmätku medzi živými a mŕtvymi. Niektorí veria, že pokiaľ je box zatvorený, systém je v superpozícii stavov „rozložené jadro, mŕtva mačka“ a „nerozložené jadro, živá mačka“, a keď sa box otvorí, vlnová funkcia skolabuje až vtedy. na jednu z možností. Iní hovoria, že „pozorovanie“ nastane, keď častica z jadra zasiahne detektor; žiaľ, v kodanskom výklade nie je jasné pravidlo, ktoré hovorí, kedy sa tak stane, a preto je tento výklad neúplný, kým sa doň takéto pravidlo nezavedie alebo sa nepovie, ako ho možno v zásade zaviesť. Everettov výklad mnohých svetov, na rozdiel od toho kodanského nepovažuje proces pozorovania za niečo výnimočné. Tu existujú oba stavy mačky, ale dekohere - to znamená, ako autor chápe, jednota týchto stavov je narušená v dôsledku interakcie s prostredím. Keď pozorovateľ otvorí škatuľu, zapletie sa (zmieša sa) s mačkou, čo vytvorí dva stavy pozorovateľa, jeden zodpovedá živej mačke a druhý mŕtvej. Tieto stavy navzájom neinteragujú. Mačka ako kompetentný pozorovateľ
Autor sa domnieva, že posledné slovo by mala mať mačka, ktorá, aj keď nevie nič o kvantovej mechanike, je určite lepšie ako ktokoľvek iný o svojom stave. Jeho kompetentnosť ako pozorovateľa však medzi vedcami zjavne vyvoláva pochybnosti. Výnimkou sú Hans Moravec, Bruno Marshall a Max Tegmark, ktorí navrhli modifikáciu Schrödingerovho experimentu, známeho ako „kvantová samovražda“, čo je experiment s mačkou z pohľadu mačky. Vedci sledovali cieľ ukázať rozdiel medzi interpretáciou kvantovej mechaniky v Kodani a mnohými svetmi. Ak je interpretácia mnohých svetov správna, mačka sa na radosť svojich sympatizantov stane Tsoi a vždy zostane nažive, pretože účastník môže pozorovať výsledok experimentu iba vo svete, v ktorom prežije.

• Nadav Katz z Kalifornskej univerzity a jeho kolegovia zverejnili výsledky laboratórneho experimentu, v ktorom dokázali „vrátiť“ kvantový stav častice späť a po zmeraní tohto stavu. Takto je možné zachrániť život mačky bez ohľadu na podmienky kolapsu vlnovej funkcie. Nezáleží na tom, či je živý alebo mŕtvy: vždy ho môžete získať späť [odkaz] .
• 06.03.2011 RIA Novosti uviedla, že čínski fyzici dokázali tvoriť osemfotónová "Schrodingerova mačka"[odkaz] , ktorý by mal uľahčiť vývoj budúcich kvantových počítačov

Obraz v kultúre

Snáď nikto neurobil pre popularizáciu kvantovej mechaniky viac ako úbohá mačka. Dokonca aj ľudia, ktorí sú najďalej od tejto komplexnej oblasti poznania, obávajú sa o osud pravdepodobne trpiaceho zvieraťa, sa snažia pochopiť zložitosť experimentu dúfajúc, že ​​nie je všetko také zlé. Mačka inšpiruje umelcov a populárnu kultúru.
Spomeňme jeho hlavné úspechy:

Literatúra: Situáciu so Schrödingerovou mačkou rozoberajú hlavní hrdinovia knihy Douglasa Adamsa „Dirk Gently's Detective Agency“. V knihe Dana Simmonsa Endymion hlavný hrdina Raoul Endymion píše svoj príbeh na obežnej dráhe okolo Armagastu v Schrödingerovej mačacej skrinke. V poslednej tretine knihy Roberta Heinleina The Cat Walks Through Walls sa objavuje zázvorový kocúr Pixel, ktorý má schopnosť Schrödingerovej mačky byť v dvoch stavoch súčasne. Kniha Terryho Pratchetta „The Cat No Fool“ vtipne popisuje plemeno takzvaných „schrodingerských mačiek“, ktoré pochádzajú z tej istej mačky Schrodinger. Tento myšlienkový experiment sa viac ako raz spomína aj v iných Pratchettových dielach, napríklad v románe „Dámy a páni“. V príbehu F. Gwynplaina McIntyra „Ošetrujeme mačku Schrödinger“ sa ukáže, že jednou z postáv je Schrödingerov vlastný maznáčik, kocúr Tibbles. Okolo tejto mačky sa totiž odohráva dej humorného príbehu, štedro okoreneného detailmi z rôznych oblastí fyziky. Dej sci-fi románu Frederika Pohla „The Coming of the Quantum Cats“ (1986) je postavený na myšlienke interakcie medzi „susednými“ vesmírmi. Vo filozofickej a satirickej miniatúre „Schrodingerova mačka“ od Nikolaja Baytova je Schrödingerov paradox obrátený naruby: organizácia s názvom „Liga zvratného času“ monitoruje živú mačku v krabici už 50 rokov bez prerušenia a verí, že kým prebieha pozorovanie - stav, v ktorom mačka býva, by sa nemal meniť. V Lukyanenkovej knihe „Posledná hliadka“ má hlavná postava okolo krku slučku s názvom „Schrödingerova mačka“, ktorej zvláštnosťou je, že kúzelníci nechápu, či je toto stvorenie nažive alebo nie. Spomína sa v románe Grega Egana „Karanténa“, vo fantázii Christophera Stasheffa „Kúzelník liečiteľ“, v príbehu Gregoryho Dalea Beara „Schrödingerov mor“; Poľský spisovateľ Sapkowski spomína Codringherovu mačku. V kyberpunkovom románe 2048 od Mercy Shelleyovej sa hovorí, že „chlap s priezviskom, ktoré sa podobalo spisu, dával nejakého úbohého bioorga do železnej škatule, v ktorej nebolo nič, len fľaštička s jedom“. Báseň Svetlany Shirankovej „Schrodingerova mačka“ má veľmi inšpiratívny začiatok: „Doktor Schrodinger, vaša mačka stále žije.“ Obrazovka: Vo filme bratov Coenovcov Vážny muž študent vyhlási profesorovi: „Rozumiem experimentu s mŕtvou mačkou“, čo, samozrejme, naznačuje opak. Vo filme „Repo Man“ („Zberatelia“, v ruskom vydaní „Rippers“) hlavná postava na začiatku filmu hovorí o neznámom vedcovi, ktorý má mačku. A táto mačka je v stave „...živá aj mŕtva zároveň...“. V jednej z epizód sci-fi série Hviezdna brána SG-1 sa objaví mačka menom Schrödinger. Hlavná postava sci-fi série „Slithers“ má tiež mačku rovnakého mena. V televíznom seriáli Stargate SG-1 bola oranžová mačka menom Schrödinger daná mimozemšťanovi. Mŕtvy kocúr Schrödinger sa objavuje v televíznom seriáli CSI: Las Vegas (8. séria, 15. epizóda: Teória všetkého). Schrödingerova mačka sa spomína aj v televíznom seriáli „Teória veľkého tresku“, kde ako odpoveď na dievčenskú otázku, či má ísť na rande, hrdina nakreslí prirovnanie k Schrödingerovej mačke, čo znamená, že kým to neskúsite, vyhrali ste 't know: "Penny, pretože Ak chcete zistiť, či je mačka živá alebo mŕtva, musíte otvoriť krabicu." V televíznom seriáli Chrobáky stvárnil úlohu Schrödingerovej mačky dôkaz Červeného Merkúra v nastraženom trezore. V japonskom anime Hellsing (OVA) (rovnako ako v mange s rovnakým názvom) je postava mačacieho muža menom Schrödinger, ktorý nie je ani živý, ani mŕtvy, má schopnosť teleportovať sa („byť všade a nikde“). a je úplne nezničiteľný. V anime „To Aru Majutsu no Index“, keď ho dievča požiadalo, aby pomenovalo mačiatko Schrödinger, hlavná postava namieta, že mačky sa týmto menom volať nemôžu. Anime Shigofumi obsahuje aj mačku menom Schrödinger. V japonskom anime a hre Umineko no naku koro ni je skúsenosť použitá v Battlerovom pokuse dokázať nemožnosť mágie (použité aj v „Dôkaz diabla“, „Hempelove vrany“, „Laplaceov démon“). V jednej z epizód Futuramy „Law and Oracle“ Schrödinger ukryl drogy v krabici s mačkou. Komiks/manga: Malý komiks o Schrödingerovej mačke a Maxwellovom démonovi. He's Dead: Schrödinger of the Cat: A ďalšie komiksy na joyreactor.ru. Hry: Existuje pátracia hra „Návrat kvantovej mačky“. V hre "Nethack" je monštrum "Quantum Mechanic", ktoré má občas pri sebe krabicu s mačkou. Stav mačky sa zistí až po otvorení krabice. V hre "Half-Life 2" bola mačka v laboratóriu s teleportmi, o ktorej má Barney "stále" nočné mory. Portrét Schrödingerovej mačky sa nachádza aj v remaku z roku 1998 založenom na Half-Life. - "Black Mesa" (predtým známa ako "Black Mesa: Source"). Odkaz na notársky overenú snímku obrazovky. V každej úrovni Bioshocku je v odľahlom kúte mŕtva mačka, identifikovaná ako Shrodinger. V druhej časti ho môžete tiež nájsť - mačka odpočíva v jednej z ľadových kryh v zamrznutej miestnosti so štyrmi sledovacími kamerami v rohoch. Rovnomenná NPC mačka sa objavuje v japonskej RPG Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. Hlavný slogan hry Portal „Torta je lož“ je chybou jedného z výsledkov Schrödingerovho experimentu, konkrétne „Mačka je nažive“. V druhej časti hry sa tiež nezabúda na mačku. Zmienku o experimente možno nájsť v knihe pravidiel ruskej stolovej hry „Vek Vodnára“. Mačka má dokonca svoj vlastný charakteristický tanier - je úplne prázdny, takže akoby neexistoval. hudba: Takzvaný festival neštandardnej hudby „Schrodingerova mačka“, ktorý sa konal pod heslami „Skutočný život – skutočná smrť – skutočná hudba!“, prešiel niekoľkými etapami. a „Je Schrödingerova mačka živá alebo mŕtva? A ty?" Google tiež uvádza, že názov „KoT Schrödinger“ je takmer hudobný projekt veľmi malej skupiny z Koroleva pri Moskve. Album Saturnine Martial and Lunatic britskej skupiny Tears for Fears obsahuje skladbu s rovnakým názvom. Ruská skupina „Allein Fur“ Immer tiež hrá pieseň s rovnakým názvom. humor:
Akýkoľvek vtip o Schrödingerovej mačke je vtipný a nevtipný zároveň. Schrödinger a Heisenberg idú po diaľnici na konferenciu, Schrödinger šoféruje. Zrazu sa ozve buchot a on zastaví auto. Heisenberg sa pozerá na cestu:
- Preboha, vyzerá to, akoby som udrel mačku!
- Zomrel? - Neviem presne povedať. Umelci venujú pozornosť Schrödingerovej mačke, snažia sa sprostredkovať nejednoznačnosť jeho pozície maľbou a grafikou. Obrázky tohto zvieraťa je možné vidieť aj na tričkách a hrnčekoch. Teroristi, o ktorých nie je známe, že sú mŕtvi alebo živí, sa niekedy nazývajú „Schrodingerovi teroristi“. Zo známych osobností bol v tomto stave napríklad Jásir Arafat, keď bol pred smrťou v kóme, ako aj Usáma Bin Ládin. Podľa Absurdopedie je prasa v žite zjednodušenou verziou Schrödingerovho experimentu s mačkou [odkaz]. Stephen Hawking parafrázoval frázu Hansa Josta: „Keď počujem o kultúre, siaham po zbrani,“ takto: „Keď počujem o Schrödingerovej mačke, moja ruka siaha po zbrani!“ Vysvetľuje to skutočnosť, že podobne ako mnohí iní fyzici, aj Hawking zastáva názor, že interpretácia kvantovej mechaniky „kodanskou školou“ bezdôvodne zdôrazňuje úlohu pozorovateľa. V súvislosti s otvorením Katedry teológie MEPhI sa online rozšíril nasledujúci obrázok:

Všetci sme už počuli o slávnom Schrödingerovom kocúrovi, no vieme, aká mačka to vlastne je? Poďme na to a skúsme sa o slávnej Schrödingerovej mačke porozprávať jednoduchými slovami.

Schrödingerova mačka je experiment, ktorý uskutočnil Erwin Schrödinger, jeden zo zakladateľov kvantovej mechaniky. Navyše nejde o obyčajný fyzikálny experiment, ale duševný.

Treba priznať, že Erwin Schrödinger bol muž s veľmi bohatou fantáziou.

Čo teda máme ako pomyselný základ pre uskutočnenie experimentu? V krabici je umiestnená mačka. Škatuľa obsahuje aj Geigerov počítač s veľmi malým množstvom rádioaktívneho materiálu. Množstvo látky je také, že pravdepodobnosť rozpadu a nerozpadu jedného atómu za hodinu je rovnaká. Ak sa atóm rozpadne, aktivuje sa špeciálny mechanizmus, ktorý rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou a úbohá mačka zomrie. Ak nedôjde k rozpadu, mačka bude naďalej ticho sedieť v krabici a snívať o klobásach.

Čo je podstatou Schrödingerovej mačky? Prečo vôbec prísť s takým neskutočným zážitkom?

Či je mačka živá alebo nie, zistíme podľa výsledkov pokusu až vtedy, keď škatuľu otvoríme. Z pohľadu kvantovej mechaniky je mačka (ako atóm hmoty) súčasne v dvoch stavoch naraz – živá aj mŕtva súčasne. Toto je slávny paradox Schrödingerovej mačky.

To samozrejme nemôže byť. Erwin Schrödinger pripravil tento myšlienkový experiment, aby ukázal nedokonalosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych k makroskopickým systémom.

Tu je Schrödingerova vlastná formulácia:

Môžete tiež postaviť prípady, v ktorých je celkom burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý musí existovať bez ohľadu na zásah mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívnej látky - také malé, že sa za hodinu môže rozpadnúť iba jeden atóm , ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak sa tak stane, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, čím sa uvoľní kladivo, ktoré rozbije banku s kyselinou kyanovodíkovou.

Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Hneď prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte za výraz) v rovnakých častiach. Typické pre takéto prípady je, že neistota pôvodne obmedzená na atómový svet sa transformuje na makroskopickú neistotu, ktorú je možné eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi rozmazanou alebo neostrou fotkou a fotkou oblakov alebo hmly.

Jednoznačným pozitívom tohto experimentu je fakt, že počas jeho priebehu nebolo zranené ani jedno zviera.

Na záver vám na konsolidáciu materiálu odporúčame pozrieť si video zo starého dobrého seriálu „Teória veľkého tresku“.

A ak zrazu máte otázky alebo sa vás váš učiteľ spýtal na problém s kvantovou mechanikou, kontaktujte nás. Spoločne vyriešime všetky problémy oveľa rýchlejšie!