Neprarask. Prenumeruokite ir gaukite nuorodą į straipsnį savo el. paštu.

Tikrai ne kartą girdėjote, kad egzistuoja toks reiškinys kaip „Schrödingerio katė“. Bet jei nesate fizikas, greičiausiai turite tik miglotą supratimą apie tai, kokia tai katė ir kodėl ji reikalinga.

« Šrodingerio katė“ – taip vadinasi garsaus austrų fiziko teorinio Erwino Schrödingerio, kuris taip pat yra Nobelio premijos laureatas, minties eksperimentas. Šio fiktyvaus eksperimento pagalba mokslininkas norėjo parodyti neužbaigtumą Kvantinė mechanika pereinant nuo subatominių sistemų prie makroskopinių sistemų.

Šiame straipsnyje bandoma paaiškinti paprastais žodžiais Schrödingerio teorijos apie katę ir kvantinę mechaniką esmė, kad ji būtų prieinama žmogui, neturinčiam aukštojo techninio išsilavinimo. Straipsnyje taip pat bus pateiktos įvairios eksperimento interpretacijos, įskaitant tas, kurios iš TV serialo „Didžiojo sprogimo teorija“.

Eksperimento aprašymas

Originalus Erwino Schrödingerio straipsnis buvo paskelbtas 1935 m. Jame eksperimentas buvo aprašytas naudojant ar net personifikuojant:

Taip pat galite konstruoti atvejus, kuriuose yra gana burleska. Leiskite katę užrakinti plieninėje kameroje su tokia velniška mašina (kuri turėtų būti, nepaisant katės įsikišimo): Geigerio skaitiklio viduje yra nedidelis radioaktyviosios medžiagos kiekis, toks mažas, kad per valandą gali suirti tik vienas atomas, bet su ta pačia tikimybe gali nesuirti; jei taip atsitiks, skaitymo vamzdelis išsikrauna ir įjungiama relė, atleidžiamas plaktukas, kuris sulaužo kolbą vandenilio cianido rūgštimi.

Jei visą šią sistemą paliksime sau valandai, tada galime sakyti, kad po šio laiko katė bus gyva, jei tik atomas nesuirs. Pats pirmasis atomo suirimas nunuodytų katę. Sistemos kaip visumos psi funkcija tai išreikš sumaišydama arba sutepdama gyvą ir negyvą katę (atleiskite už posakį) lygiomis dalimis. Tokiais atvejais būdinga tai, kad neapibrėžtumas, iš pradžių apsiribojęs atominiu pasauliu, paverčiamas makroskopiniu neapibrėžtumu, kurį galima pašalinti tiesioginiu stebėjimu. Tai neleidžia mums naiviai priimti „neryškaus modelio“ kaip tikrovės atspindžio. Tai savaime nereiškia nieko neaiškaus ar prieštaringo. Yra skirtumas tarp neryškios arba nefokusuotos nuotraukos ir debesų ar rūko nuotraukos.

Kitaip tariant:

1. Yra dėžė ir katė. Dėžutėje yra mechanizmas, kuriame yra radioaktyviųjų medžiagų atomo branduolys ir indą su nuodingomis dujomis. Eksperimentiniai parametrai parinkti taip, kad branduolio skilimo per 1 valandą tikimybė būtų 50%. Jei branduolys suyra, atsidaro dujų talpa ir katė miršta. Jei branduolys nesuyra, katė lieka gyva ir sveika.
2. Sudarome katę į dėžę, palaukiame valandą ir užduodame klausimą: ar katė gyva ar mirusi?
3. Atrodo, kad kvantinė mechanika mums sako, kad atomo branduolys (taigi ir katė) yra visose įmanomose būsenose vienu metu (žr. kvantinę superpoziciją). Prieš atidarant dėžutę, katės šerdies sistema yra būsenoje „branduolys suiro, katė negyva“ su 50% tikimybe, o būsena „branduolys nesuiręs, katė gyva“ tikimybe 50%. Pasirodo, dėžėje sėdinti katė yra ir gyva, ir mirusi vienu metu.
4. Pagal šiuolaikinę Kopenhagos interpretaciją, katė yra gyva/negyva be jokių tarpinių būsenų. Ir branduolio skilimo būsenos pasirinkimas įvyksta ne dėžutės atidarymo momentu, o net tada, kai branduolys patenka į detektorių. Nes sistemos „katė-detektorius-branduolys“ banginės funkcijos sumažinimas nėra siejamas su žmogaus dėžės stebėtoju, o su branduolio detektoriumi-stebėtoju.

Paaiškinimas paprastais žodžiais

Remiantis kvantine mechanika, jei atomo branduolys nepastebimas, tai jo būsena apibūdinama dviejų būsenų mišiniu - suirusio branduolio ir nesuirusio branduolio, todėl katė sėdi dėžėje ir personifikuoja atomo branduolį. yra ir gyvas, ir miręs vienu metu. Jei dėžutė atidaroma, eksperimentatorius gali matyti tik vieną konkrečią būseną - „branduolys suiro, katė negyva“ arba „branduolys nesuiręs, katė gyva“.

Esmė žmonių kalba: Schrödingerio eksperimentas parodė, kad kvantinės mechanikos požiūriu katė yra ir gyva, ir mirusi, o tai negali būti. Todėl kvantinė mechanika turi didelių trūkumų.

Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirenka vieną konkrečią? Eksperimento tikslas – parodyti, kad kvantinė mechanika yra neišsami be tam tikrų taisyklių, nurodančių, kokiomis sąlygomis banginė funkcija žlunga, ir katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu. Kadangi aišku, kad katė turi būti arba gyva, arba negyva (nėra tarpinės būsenos tarp gyvybės ir mirties), tai panašiai bus ir su atominiu branduoliu. Jis turi būti suiręs arba nesuiręs (Wikipedia).

Vaizdo įrašas iš Didžiojo sprogimo teorijos

Kita naujesnė Schrödingerio minties eksperimento interpretacija yra istorija, kurią Sheldonas Cooperis, Didžiojo sprogimo teorijos herojus, papasakojo savo mažiau išsilavinusiai kaimynei Penny. Sheldono istorijos esmė ta, kad Schrödingerio katės koncepciją galima pritaikyti žmonių santykiams. Norint suprasti, kas vyksta tarp vyro ir moters, kokie santykiai tarp jų: ​​geri ar blogi, tereikia atidaryti dėžutę. Iki tol santykiai yra ir geri, ir blogi.

Žemiau yra vaizdo klipas apie šį Didžiojo sprogimo teorijos mainus tarp Sheldon ir Penia.

Ar katė liko gyva dėl eksperimento?

Tiems, kurie neperskaitė straipsnio atidžiai, bet vis tiek nerimauja dėl katės, gera žinia: mūsų duomenimis, nesijaudinkite dėl pamišusio austrų fiziko minties eksperimento

NĖRA KATINĖ SUKALSTA

Sveiki atvykę į tinklaraštį!

Jei jus domina straipsnis šia tema iš Kvantinė fizika, tada yra didelė tikimybė, kad jums patinka serialas „Didžiojo sprogimo teorija“. Taigi, Sheldon Cooper pateikė naują interpretaciją Schrödingerio minties eksperimentas(Vaizdo įrašą su šiuo fragmentu rasite straipsnio pabaigoje). Tačiau norėdami suprasti Sheldono dialogą su kaimyne Penny, pirmiausia atsigręžkime į klasikinę interpretaciją. Taigi, Šriodingerio katė paprastais žodžiais.

Šiame straipsnyje apžvelgsime:

• Trumpas istorinis fonas
• Eksperimento su Šriodingerio katinu aprašymas
• Schrödingerio katės paradokso sprendimas
• Sheldono Schrödingerio katės paradokso interpretacija

Iškart geros naujienos. Eksperimento metu Šriodingerio katė nenukentėjo. Mat fizikas Erwinas Schrödingeris, vienas iš kvantinės mechanikos kūrėjų, atliko tik minties eksperimentą.

Trumpas istorinis fonas

Prieš pasinerdami į eksperimento aprašymą, padarykime mini ekskursiją į istoriją.

Praėjusio amžiaus pradžioje mokslininkams pavyko pažvelgti į mikropasaulį. Nepaisant išorinio „atomo-elektrono“ modelio panašumo su „Saulės-Žemės“ modeliu, paaiškėjo, kad žinomi Niutono klasikinės fizikos dėsniai mikrokosmose neveikia. Dėl to ir atsirado naujas mokslas– kvantinė fizika ir jos komponentas – kvantinė mechanika. Visi mikroskopiniai mikropasaulio objektai buvo vadinami kvantais.

Dėmesio! Vienas iš kvantinės mechanikos postulatų yra „superpozicija“. Mums bus naudinga suprasti Schrödingerio eksperimento esmę.

„Superpozicija“ – tai kvanto (tai gali būti elektronas, fotonas, atomo branduolys) gebėjimas būti ne vienoje, o keliose būsenose vienu metu arba keliuose erdvės taškuose tuo pačiu metu. laikas, jei niekas jo nestebi

Mums tai sunku suprasti, nes mūsų pasaulyje objektas gali turėti tik vieną būseną, pavyzdžiui, būti gyvas arba miręs. Ir jis gali būti tik vienoje konkrečioje erdvės vietoje. Galite perskaityti apie „superpoziciją“ ir nuostabius kvantinės fizikos eksperimentų rezultatus Šiame straipsnyje.

Štai paprastas mikro ir makro objektų elgsenos skirtumo pavyzdys.Įdėkite kamuolį į vieną iš 2 dėžių. Nes kamuolys yra mūsų makro pasaulio objektas, drąsiai pasakysite: „Kamuolis guli tik vienoje iš dėžių, o antroji tuščia“. Jei vietoj rutulio paimsite elektroną, tada teiginys, kad jis vienu metu yra 2 dėžutėse, bus teisingas. Taip veikia mikropasaulio dėsniai. Pavyzdys: Elektronas iš tikrųjų nesisuka aplink atomo branduolį, bet yra visuose sferos taškuose aplink branduolį vienu metu. Fizikoje ir chemijoje šis reiškinys vadinamas „elektronų debesiu“.

Santrauka. Supratome, kad labai mažo ir didelio objekto elgesiui galioja skirtingi dėsniai. Atitinkamai kvantinės fizikos ir klasikinės fizikos dėsniai.

Tačiau nėra mokslo, kuris apibūdintų perėjimą iš makropasaulio į mikropasaulį. Taigi Erwinas Schrödingeris savo minties eksperimentą aprašė būtent tam, kad parodytų neišsamumą bendroji teorija fizika. Jis norėjo, kad Schrödingerio paradoksas parodytų, jog yra mokslas, apibūdinantis didelius objektus (klasikinė fizika), ir mokslas, apibūdinantis mikro objektus (kvantinė fizika). Bet nėra pakankamai mokslo, kad apibūdintų perėjimą nuo kvantinių sistemų prie makrosistemų.

Eksperimento su Šriodingerio katinu aprašymas

Erwinas Schrödingeris aprašė minties eksperimentą su kate 1935 m. Originali versija eksperimento aprašymai pateikiami Vikipedijoje ( Schrödingerio katė Vikipedija).

Štai Schrödingerio katės eksperimento aprašymo versija paprastais žodžiais:

• Katė buvo įdėta į uždarą plieninę dėžę.
• „Schrödinger Box“ yra įtaisas su radioaktyviu branduoliu ir nuodingomis dujomis, įdėtais į konteinerį.
• Branduolys gali suirti per 1 valandą arba ne. Skilimo tikimybė – 50%.
• Jei branduolys suyra, Geigerio skaitiklis tai užfiksuos. Relė veiks ir plaktukas sulaužys dujų baką. Schrödingerio katė mirs.
• Jei ne, tada Schrödingerio katė bus gyva.

Pagal kvantinės mechanikos „superpozicijos“ dėsnį, tuo metu, kai mes nestebime sistemos, atomo branduolys (taigi ir katė) yra 2 būsenose vienu metu. Branduolys yra suirusios/nesuirusios būsenos. Ir katė tuo pačiu metu yra gyva/negyva.

Bet mes tikrai žinome, kad atidarius „Schrödingerio dėžutę“, katė gali būti tik vienoje iš būsenų:

• jei branduolys nesuyra, mūsų katė gyva
• jei branduolys suyra, katė negyva

Eksperimento paradoksas yra tas pagal kvantinę fiziką: prieš atidarant dėžutę katė yra ir gyva, ir mirusi vienu metu, bet pagal mūsų pasaulio fizikos dėsnius tai neįmanoma. Katė gali būti vienoje konkrečioje būsenoje – būti gyvam arba mirusiam. Tuo pačiu metu nėra mišrios būsenos „katė gyva / mirusi“.

Prieš gaudami atsakymą, pažiūrėkite šį nuostabų vaizdo įrašą, iliustruojantį Šriodingerio katės eksperimento paradoksą (mažiau nei 2 minutes):

Schrödingerio katės paradokso sprendimas – Kopenhagos interpretacija

Dabar sprendimas. Atkreipkite dėmesį į ypatingą kvantinės mechanikos paslaptį - stebėtojo paradoksas. Mikropasaulio objektas (mūsų atveju šerdis) yra keliose būsenose vienu metu tik kol nestebime sistemos.

Pavyzdžiui, garsusis eksperimentas su 2 plyšiais ir stebėtoju. Kai elektronų spindulys buvo nukreiptas į nepermatomą plokštę su 2 vertikaliais plyšiais, elektronai ekrane už plokštės nupiešė „bangų raštą“ – vertikalias kintančias tamsias ir šviesias juosteles. Bet kai eksperimentuotojai norėjo „pažiūrėti“, kaip elektronai skrenda pro plyšius, ir ekrano šone įrengė „stebėtoją“, elektronai ekrane nupiešė ne „bangų raštą“, o 2 vertikalias juosteles. Tie. elgėsi ne kaip bangos, o kaip dalelės.

Atrodo, kad kvantinės dalelės pačios nusprendžia, kokią būseną jos turėtų įgyti tuo metu, kai jos yra „matuojamos“.

Remiantis tuo, šiuolaikinis Kopenhagos „Schrödingerio katės“ fenomeno paaiškinimas (interpretacija) skamba taip:

Nors niekas nestebi „katės šerdies“ sistemos, branduolys tuo pačiu metu yra suiręs / nesuiręs. Tačiau klaidinga sakyti, kad katė yra gyva/negyva tuo pačiu metu. Kodėl? Taip, nes makrosistemose kvantiniai reiškiniai nepastebimi. Teisingiau būtų kalbėti ne apie „cat-core“, o apie „core-detector (Geiger counter)“ sistemą.

Branduolys stebėjimo (arba matavimo) momentu pasirenka vieną iš būsenų (suirusią/nesuirusią). Bet šis pasirinkimas neįvyksta tuo metu, kai eksperimentatorius atidaro dėžutę (dėžės atidarymas įvyksta makropasaulyje, labai toli nuo branduolio pasaulio). Branduolys pasirenka savo būseną tuo metu, kai patenka į detektorių. Faktas yra tai, kad sistema eksperimente nėra pakankamai aprašyta.

Taigi, Kopenhagos Šriodingerio katės paradokso interpretacija neigia, kad iki pat dėžutės atidarymo momento Šriodingerio katė buvo superpozicijos būsenoje – ji tuo pat metu buvo gyvos/negyvos katės būsenoje. Katė makrokosmose gali egzistuoti ir egzistuoja tik vienoje būsenoje.

Santrauka. Schrödingeris iki galo neaprašė eksperimento. Neteisinga (tiksliau, neįmanoma sujungti) makroskopinės ir kvantinės sistemos. Kvantiniai dėsniai netaikomi mūsų makrosistemoms. Šiame eksperimente sąveikauja ne „katės branduolys“, o „katės detektoriaus branduolys“. Katė yra iš makrokosmoso, o „detektoriaus šerdies“ sistema yra iš mikrokosmoso. Ir tik savo kvantiniame pasaulyje branduolys vienu metu gali būti dviejose būsenose. Tai įvyksta prieš išmatuojant branduolį arba sąveikaujant su detektoriumi. Tačiau katė savo makrokosmose gali egzistuoti ir egzistuoja tik vienoje būsenoje. Štai kodėl, Tik iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad katės būsena „gyva ar mirusi“ nustatoma tuo metu, kai atidaroma dėžė. Tiesą sakant, jo likimas nulemtas tuo metu, kai detektorius sąveikauja su branduoliu.

Galutinė santrauka. Sistemos „detektorius-branduolis-katė“ būsena siejama NE su žmogumi – dėžės stebėtoju, o su detektoriumi – branduolio stebėtoju.

pfu. Mano smegenys beveik pradėjo virti! Bet kaip malonu pačiam suprasti paradokso sprendimą! Kaip sename mokinių pokšte apie mokytoją: „Kol pasakojau, supratau!

Sheldono Schrödingerio katės paradokso interpretacija

Dabar galite sėdėti ir klausytis naujausios Sheldono Schrödingerio minties eksperimento interpretacijos. Jo interpretacijos esmė ta, kad ją galima pritaikyti žmonių tarpusavio santykiuose. Suprasti geri santykiai tarp vyro ir moters ar blogai – reikia atidaryti dėžutę (nueiti į pasimatymą). O prieš tai jie buvo ir geri, ir blogi tuo pačiu metu.

Na, kaip jums patinka šis „mielas eksperimentas“? Šiais laikais už tokius žiaurius minčių eksperimentus su kate Schrödingeris gautų daug bausmių iš gyvūnų teisių aktyvistų. O gal tai buvo ne katė, o Šriodingerio katė?! Vargšė mergina, ji pakankamai kentėjo nuo šito Šriodingerio (((

Iki pasimatymo kituose leidiniuose!

Linkiu visiems geros dienos ir gražaus vakaro!

P.S. Pasidalykite savo mintimis komentaruose. Ir užduoti klausimus.

P.S. Prenumeruokite tinklaraštį - prenumeratos forma yra po straipsniu.

Vaikinai, mes įdėjome savo sielą į svetainę. Ačiū už tai
kad atrandi šį grožį. Ačiū už įkvėpimą ir žąsų odą.
Prisijunk prie mūsų Facebook Ir Susisiekus su

Schrödingeris sugebėjo įgyti ekscentriko reputaciją net tarp kolegų, kurie patys dažnai buvo nesusiję su gyvenimu. Mokslininkas apsirengė taip paprastai, kad jo nenorėjo leisti į viešbutį, nes paėmė jį valkata. Kartą svarbioje konferencijoje Schrödingeris atsisakė kalbėti apie branduolinę energetiką ir skaitė paskaitą apie filosofiją.

Šis prieštaringai vertinamas asmuo nusprendė suvilioti mokslo bendruomenę ir sugalvojo žiaurų eksperimentą su kate ir mirtinomis dujomis. Laimei, nė viena katė nenukentėjo. Ir viskas todėl, kad eksperimentas buvo protinis ir viskas vyko tik atskiro fiziko vaizduotėje.

Keletas žodžių apie kvantinę mechaniką

Štai paprastas kvantinės fizikos pavyzdys. Paimkite 2 tuščius degtukų dėžutė. Įdėkite degtuką į vieną iš jų - tai mums pažįstamo makrokosmoso objektas. Dabar galima sakyti, kad degtukas yra tik vienoje dėžutėje, o kitoje nieko nėra. Taip veikia mums pažįstama Niutono fizika.

Viskas pasikeičia, jei vietoj degtuko paimsite elektroną: jis bus lokalizuotas tuo pačiu metu 2 dėžėse. Taip veikia kvantinės fizikos dėsniai.

1935 m. fizikas atliko savo garsųjį minties eksperimentą. Originalus tekstas yra vokiečių kalba. Na, mes išvertėme jums iš mokslininkų kalbos į paprastų žmonių kalbą.

• Katė dedama į uždarą plieninę dėžę.
• Be katės dėžutėje yra pragariška mašina su radioaktyvia šerdimi ir nuodingomis dujomis. Dujos yra sandariame stikliniame inde.
• Radioaktyvus branduolys gali suirti per 1 valandą. O gal ir nesugrius. Įvykio tikimybė yra 50%. (Pastaba: branduolio skilimas yra lengviausias pavyzdys, kuris atėjo į galvą mokslininkui, nes šiuo atveju branduolys turi tik 2 galimybes. Jei jis būtų pasirinkęs bet kurį kitą kintamąjį, eksperimento rezultatus būtų buvę sunku numatyti.)
• Jei branduolys suirs, katei nepasiseks. Kadangi branduolio irimą aptiks Geigerio skaitiklis, veiks relė, o specialus plaktukas sulaužys ampulę nuodingomis dujomis. Katė negyva.
• Jei branduolys nesuyra, katė lieka gyva.

Norėdami suprasti Schrödingerio eksperimento esmę, turite susipažinti su kitu kvantinės mechanikos principu - stebėtojo paradoksas .

Radioaktyvusis branduolys, keliantis grėsmę mūsų katei, yra superpozicijoje lygiai tiek pat, kiek ir mes mes nepastebime už sistemos. Kai tik stebėtojas prisijungia prie sistemos ir bando pamatyti, kas apskritai vyksta, branduolys (atomai, fotonai) galutinai nustatomas ir užima tam tikrą padėtį.

Jei sistemos niekas nestebi (neina į dėžę su savo matavimo prietaisais), tai branduolys suiro / nesuiro vienu metu.

Bet katė – visai kitas reikalas. Jis yra visiškai gyvas arba visiškai miręs. Kadangi katė, t.y. makrosistema, nėra veikiama kvantinių dėsnių – ji susideda iš daugelio skirtingos dalelės. Radioaktyvusis branduolys yra viename pasaulyje, o katė gyvena didelių dalykų pasaulyje.

Katei nerūpi, kai atidarote dangtį. Šis branduolys suirs / nesuirs, kai pasirodys stebėtojas. Ir katė bus gyva arba mirusi, nesvarbu, ar į ją žiūrėsite, ar ne.

Kaip branduolys „žino“, kad yra stebimas? Kai žmonės ar prietaisai pradeda stebėti ar matuoti, dalelės patiria banginį (kvantinį) kolapsą: jos kurį laiką buvo neapibrėžtumo būsenoje (jie turi daug galimybių), o matavimas/stebėjimas lemia branduolio padėtį erdvėje/ laikas. Paprastais žodžiais tariant, šerdis iš mikropasaulio patenka į makropasaulį. Jis palieka kvantinės fizikos dėsnių veikimo zoną ir patenka į Niutono fizikos poveikį.

Neseniai žinomame moksliniame portale „PostScience“ publikuotas Emilio Achmedovo autorinis straipsnis apie garsiojo paradokso atsiradimo priežastis, taip pat apie tai, kas jis nėra.

Fizikas Emilis Akhmedovas apie tikimybinį aiškinimą, uždaras kvantines sistemas ir paradokso formulavimą.

Mano nuomone, psichologiniu, filosofiniu ir daugeliu kitų atžvilgių sunkiausia kvantinės mechanikos dalis yra tikimybinis jos aiškinimas. Daugelis žmonių ginčijosi su tikimybine interpretacija. Pavyzdžiui, Einšteinas kartu su Podolskiu ir Rosenu sugalvojo paradoksą, paneigiantį tikimybinę interpretaciją.

Be jų, Schrödingeris taip pat ginčijosi su tikimybine kvantinės mechanikos interpretacija. Kaip loginį prieštaravimą tikimybinei kvantinės mechanikos interpretacijai, Schrödingeris sugalvojo vadinamąjį Šriodingerio katės paradoksą. Ją galima suformuluoti įvairiai, pavyzdžiui: tarkime, kad turite dėžę, kurioje sėdi katė, o prie šios dėžės prijungtas balionas mirtinų dujų. Prie šio cilindro jungiklio prijungtas kažkoks prietaisas, kuris leidžia arba neįleidžia mirtinas dujas, kuris veikia taip: yra poliarizacinis stiklas, o jei praeinantis fotonas yra reikiamos poliarizacijos, tai cilindras sukasi. įjungta, dujos teka į katę; jei fotonas yra netinkamos poliarizacijos, tai cilindras neįsijungia, raktas neįsijungia, cilindras nepraleidžia dujų į katę.

Tarkime, fotonas yra cirkuliariai poliarizuotas, o prietaisas reaguoja į tiesinę poliarizaciją. Tai gali būti neaišku, bet tai nėra labai svarbu. Su tam tikra tikimybe fotonas bus poliarizuotas vienaip, su tam tikra tikimybe – kitaip. Schrödingeris sakė: situacija susiklosto taip, kad tam tikru momentu, kol neatversime dangčio ir nepažiūrėsime, ar katė negyva, ar gyva (ir sistema uždaryta), katė su tam tikra tikimybe bus gyva ir su tam tikra tikimybe mirs. Gal nerūpestingai formuluoju paradoksą, bet galutinis rezultatas – keista situacija: katė nei gyva, nei mirusi. Taip suformuluotas paradoksas.

Mano nuomone, šis paradoksas turi visiškai aiškų ir tikslų paaiškinimą. Galbūt tai mano asmeninis požiūris, bet pabandysiu paaiškinti. Pagrindinė kvantinės mechanikos savybė yra tokia: jei aprašome uždarą sistemą, tai kvantinė mechanika yra ne kas kita, kaip bangų mechanika, bangų mechanika. Tai reiškia, kad jis apibūdinamas diferencialinėmis lygtimis, kurių sprendiniai yra bangos. Kur yra bangos ir diferencialines lygtis, yra matricos ir pan. Tai yra du lygiaverčiai aprašymai: matricos aprašymas ir bangos aprašymas. Matricos aprašymas priklauso Heisenbergui, banginis – Schrödingeriui, tačiau jie apibūdina tą pačią situaciją.

Svarbu: kol sistema uždara, ji aprašoma bangine lygtimi, o tai, kas atsitinka su šia banga, aprašoma kažkokia bangų lygtimi. Visa tikimybinė kvantinės mechanikos interpretacija atsiranda atsivėrus sistemą – ją iš išorės veikia koks nors didelis klasikinis, tai yra ne kvantinis, objektas. Smūgio momentu ji nustoja aprašyta šia bangų lygtimi. Atsiranda vadinamoji bangos funkcijos redukcija ir tikimybinė interpretacija. Iki atsidarymo momento sistema vystosi pagal bangos lygtį.

Dabar turime pateikti keletą pastabų apie tai, kuo didelė klasikinė sistema skiriasi nuo mažos kvantinės. Paprastai tariant, net ir didelę klasikinę sistemą galima apibūdinti naudojant bangų lygtį, nors tokį aprašymą paprastai pateikti sunku, o realiai jis visiškai nereikalingas. Šios sistemos matematiškai skiriasi savo veiksmais. Vadinamasis objektas egzistuoja kvantinėje mechanikoje, lauko teorijoje. Klasikinei didelei sistemai veiksmas yra didžiulis, bet kvantinėje mažoje sistemoje veiksmas yra mažas. Be to, šio veiksmo gradientas – šio veiksmo kitimo laike ir erdvėje greitis – yra didžiulis didelei klasikinei sistemai, o mažas – mažai kvantinei. Tai yra pagrindinis skirtumas tarp dviejų sistemų. Dėl to, kad veiksmas yra labai didelis klasikinei sistemai, patogiau jį apibūdinti ne kokiomis nors bangų lygtimis, o tiesiog klasikiniais dėsniais, tokiais kaip Niutono dėsnis ir pan. Pavyzdžiui, dėl šios priežasties Mėnulis sukasi aplink Žemę ne kaip elektronas aplink atomo branduolį, o tam tikra, aiškiai apibrėžta orbita, klasikine orbita, trajektorija. Nors elektronas, būdamas maža kvantinė sistema, juda kaip stovi banga atomo viduje aplink branduolį, jo judėjimą apibūdina stovinti banga, ir tai yra skirtumas tarp dviejų situacijų.

Kvantinės mechanikos matavimas yra tada, kai įtakojate mažą kvantinę sistemą su didele klasikine sistema. Po to bangos funkcija sumažinama. Mano nuomone, baliono ar katės buvimas Šriodingerio paradokse yra tas pats, kas didelės klasikinės sistemos, matuojančios fotono poliarizaciją, buvimas. Atitinkamai, matavimas vyksta ne tuo momentu, kai atidarome dėžutės dangtį ir žiūrime, ar katė gyva, ar negyva, o tuo metu, kai fotonas sąveikauja su poliarizaciniu stiklu. Taigi šiuo momentu fotonų bangos funkcija sumažėja, balionas atsiduria labai specifinėje būsenoje: arba atsidaro, arba neatsidaro, o katė miršta arba nemiršta. Visi. Nėra „tikimybių kačių“, kad jis yra gyvas, o su tam tikra tikimybe jis miręs. Kai sakiau, kad Schrödingerio katės paradoksas turi daug skirtingų formuluočių, aš tik pasakiau, kad yra daug įvairių būdų sugalvoti prietaisą, kuris užmuša arba palieka katę gyvą. Iš esmės paradokso formuluotė nesikeičia.

Girdėjau apie kitus bandymus paaiškinti šį paradoksą naudojant pasaulių daugumą ir pan. Mano nuomone, visi šie paaiškinimai neatlaiko kritikos. Tai, ką paaiškinau žodžiais per šį vaizdo įrašą, gali būti išreikšta matematine forma ir galima patikrinti šio teiginio teisingumą. Dar kartą pabrėžiu, kad, mano nuomone, mažos kvantinės sistemos banginės funkcijos matavimas ir sumažinimas vyksta sąveikos su didele klasikine sistema momentu. Tokia didelė klasikinė sistema yra katė kartu su prietaisu, kuris ją užmuša, o ne žmogus, kuris atidaro dėžę su kate ir žiūri, ar katė gyva, ar ne. Tai reiškia, kad matavimas vyksta šios sistemos sąveikos su kvantine dalele momentu, o ne katės patikrinimo momentu. Tokie paradoksai, mano nuomone, randa paaiškinimų taikant teorijas ir sveiką protą.

Paties eksperimento esmė

Originaliame Schrödingerio dokumente eksperimentas buvo aprašytas taip:

Taip pat galite konstruoti atvejus, kuriuose yra gana burleska. Tam tikra katė uždaroma į plieninę kamerą su tokia pragariška mašina (kuri turi būti apsaugota nuo tiesioginio katės įsikišimo): Geigerio skaitiklio viduje yra nedidelis radioaktyviosios medžiagos kiekis, toks mažas, kad per valandą gali suirti tik vienas atomas. , bet su ta pačia tikimybe, kad ir nesugrius; jei taip atsitiks, skaitymo vamzdelis išsikrauna ir įjungiama relė, atleidžiamas plaktukas, kuris sulaužo kolbą vandenilio cianido rūgštimi. Jei visą šią sistemą paliksime sau valandai, tada galime sakyti, kad po šio laiko katė bus gyva, jei tik atomas nesuirs. Pats pirmasis atomo suirimas nunuodytų katę. Sistemos kaip visumos psi funkcija tai išreikš sumaišydama arba sutepdama gyvą ir negyvą katę (atleiskite už posakį) lygiomis dalimis. Tokiais atvejais būdinga tai, kad neapibrėžtumas, iš pradžių apsiribojęs atominiu pasauliu, paverčiamas makroskopiniu neapibrėžtumu, kurį galima pašalinti tiesioginiu stebėjimu. Tai neleidžia mums naiviai priimti „neryškaus modelio“ kaip tikrovės atspindžio. Tai savaime nereiškia nieko neaiškaus ar prieštaringo. Yra skirtumas tarp neryškios arba nefokusuotos nuotraukos ir debesų ar rūko nuotraukos. Pagal kvantinę mechaniką, jei branduolys nėra stebimas, tai jo būsena apibūdinama dviejų būsenų superpozicija (susimaišymu) - suirusio branduolio ir nesuirusio branduolio, todėl dėžėje sėdinti katė yra ir gyva, ir mirusi. Tuo pačiu metu. Jei dėžutė atidaroma, eksperimentatorius gali matyti tik vieną konkrečią būseną - „branduolys suiro, katė negyva“ arba „branduolys nesuiręs, katė gyva“. Kyla klausimas: kada sistema nustoja egzistuoti kaip dviejų būsenų mišinys ir pasirenka vieną konkrečią? Eksperimento tikslas – parodyti, kad kvantinė mechanika yra neišsami be tam tikrų taisyklių, nurodančių, kokiomis sąlygomis banginė funkcija žlunga, ir katė arba miršta, arba lieka gyva, bet nustoja būti abiejų mišiniu.

Kadangi aišku, kad katė turi būti arba gyva, arba negyva (nėra būsenos, jungiančios gyvybę ir mirtį), tai panašiai bus ir su atominiu branduoliu. Jis turi būti sugedęs arba nesuiręs.

Originalus straipsnis buvo paskelbtas 1935 m. Straipsnio tikslas buvo aptarti Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksą (EPR), kurį anksčiau tais metais paskelbė Einšteinas, Podolskis ir Rosenas.

Buvo savotiška „antrinė“ kokybė. Jis pats retai užsiimdavo tam tikrais mokslinė problema. Mėgstamiausias jo kūrybos žanras buvo atsakas į kažkieno mokslinius tyrimus, šio kūrinio plėtojimas ar kritika. Nepaisant to, kad pats Schrödingeris iš prigimties buvo individualistas, jam visada reikėjo kažkieno minties, paramos tolimesniam darbui. Nepaisant šio savotiško požiūrio, Schrödingeris sugebėjo padaryti daug atradimų.

Biografinė informacija

Šriodingerio teorija dabar žinoma ne tik fizikos ir matematikos katedrų studentams. Tai bus įdomu visiems, kurie domisi populiariuoju mokslu. Šią teoriją sukūrė garsus fizikas E. Schrödingeris, į istoriją įėjęs kaip vienas iš kvantinės mechanikos kūrėjų. Mokslininkas gimė 1887 metų rugpjūčio 12 dieną alyvos fabriko savininko šeimoje. Būsimasis mokslininkas, visame pasaulyje išgarsėjęs savo mįsle, vaikystėje mėgo botaniką ir piešimą. Pirmasis jo mentorius buvo tėvas. 1906 metais Schrödingeris pradėjo studijas Vienos universitete, per kurias pradėjo žavėtis fizika. Kai atėjo Pirmasis Pasaulinis karas, mokslininkas išvyko tarnauti artileristu. IN Laisvalaikis studijavo Alberto Einšteino teorijas.

Iki 1927 m. pradžios moksle susidarė dramatiška padėtis. E. Schrödingeris manė, kad kvantinių procesų teorijos pagrindas turėtų būti bangų tęstinumo idėja. Heisenbergas, priešingai, manė, kad šios žinių srities pagrindas turėtų būti bangų diskretiškumo samprata, taip pat kvantinių šuolių idėja. Nielsas Bohras nepriėmė nė vienos pozicijos.

Mokslo pažanga

Už bangų mechanikos koncepcijos sukūrimą 1933 m. Schrödingeris gavo Nobelio premija. Tačiau išugdytas klasikinės fizikos tradicijų, mokslininkas negalėjo mąstyti kitomis kategorijomis ir nelaikė kvantinės mechanikos visaverte žinių šaka. Jis negalėjo būti patenkintas dvigubu dalelių elgesiu ir bandė jį redukuoti tik į bangų elgesį. Diskusijoje su N. Bohru Schrödingeris tai pasakė taip: „Jei planuojame išsaugoti šiuos kvantinius šuolius moksle, tai apskritai apgailestauju, kad savo gyvenimą susiejau su atomų fizika“.

Tolesnis tyrėjo darbas

Be to, Schrödingeris buvo ne tik vienas iš šiuolaikinės kvantinės mechanikos kūrėjų. Būtent jis buvo mokslininkas, įvedęs terminą „apibūdinimo objektyvumas“. Tai yra mokslinių teorijų gebėjimas apibūdinti tikrovę nedalyvaujant stebėtojui. Tolesni jo tyrimai buvo skirti reliatyvumo teorijai, termodinaminiai procesai, netiesinė Borno elektrodinamika. Mokslininkai taip pat keletą kartų bandė sukurti vieninga teorija laukai. Be to, E. Schrödingeris mokėjo šešias kalbas.

Garsiausia mįslė

Schrödingerio teorija, kurioje pasirodo ta pati katė, išaugo iš mokslininko kritikos kvantinei teorijai. Vienas iš pagrindinių jos postulatų teigia, kad nors sistema nėra stebima, ji yra superpozicijos būsenoje. Būtent dviejose ar daugiau būsenų, kurios atmeta viena kitos egzistavimą. Superpozicijos būsena moksle apibrėžiama taip: tai kvanto, kuris taip pat gali būti elektronas, fotonas arba, pavyzdžiui, atomo branduolys, gebėjimas vienu metu būti dviejose būsenose arba net dviejuose taškuose. erdvėje tuo metu, kai niekas jo nestebi.

Objektai skirtinguose pasauliuose

Paprastam žmogui labai sunku suprasti tokį apibrėžimą. Juk kiekvienas materialaus pasaulio objektas gali būti arba viename erdvės taške, arba kitame. Šį reiškinį galima iliustruoti taip. Stebėtojas paima dvi dėžes ir į vieną iš jų įdeda teniso kamuoliuką. Bus aišku, kad vienoje dėžutėje yra, o kitoje – ne. Bet jei į vieną iš talpyklų įdėsite elektroną, bus teisingas toks teiginys: ši dalelė vienu metu yra dviejose dėžėse, kad ir kaip paradoksaliai tai atrodytų. Lygiai taip pat elektronas atome vienu ar kitu metu nėra griežtai apibrėžtame taške. Jis sukasi aplink šerdį, esančią visuose orbitos taškuose vienu metu. Moksle šis reiškinys vadinamas „elektronų debesimi“.

Ką mokslininkas norėjo įrodyti?

Taigi mažų ir didelių objektų elgesys įgyvendinamas pagal visiškai skirtingas taisykles. Kvantiniame pasaulyje galioja vieni dėsniai, o makropasaulyje – visai kiti. Tačiau nėra koncepcijos, kuri paaiškintų perėjimą iš žmonėms pažįstamo materialių objektų pasaulio į mikropasaulį. Schrödingerio teorija buvo sukurta siekiant įrodyti fizikos srities tyrimų nepakankamumą. Mokslininkas norėjo parodyti, kad yra mokslas, kurio tikslas yra apibūdinti mažus objektus, ir yra žinių sritis, tirianti paprastus objektus. Daugiausia mokslininko darbo dėka fizika buvo padalinta į dvi sritis: kvantinę ir klasikinę.

Schrödingerio teorija: aprašymas

Savo garsųjį minties eksperimentą mokslininkas aprašė 1935 m. Ją vykdydamas Schrödingeris rėmėsi superpozicijos principu. Schrödingeris pabrėžė, kad kol mes nestebime fotono, jis gali būti arba dalelė, arba banga; tiek raudona, tiek žalia; tiek apvalios, tiek kvadratinės. Šį neapibrėžtumo principą, kuris tiesiogiai išplaukia iš kvantinio dualizmo sampratos, Schrödingeris panaudojo savo garsiojoje mįslėje apie katę. Eksperimento prasmė trumpai yra tokia:

• Katė dedama į uždarą dėžę, taip pat talpyklą, kurioje yra vandenilio cianido rūgštis ir radioaktyvi medžiaga.
• Branduolys gali suirti per valandą. To tikimybė yra 50%.
• Jei atomo branduolys suyra, jį užfiksuos Geigerio skaitiklis. Mechanizmas veiks, ir nuodų dėžutė bus sulaužyta. Katė mirs.
• Jei irimas neįvyks, tada Schrödingerio katė bus gyva.

Pagal šią teoriją, kol katė nepastebima, ji vienu metu yra dviejose būsenose (gyva ir mirusi), kaip ir atomo branduolys (suiręs arba nesuiręs). Žinoma, tai įmanoma tik pagal įstatymus kvantinis pasaulis. Makrokosmose katė negali vienu metu būti ir gyva, ir mirusi.

Stebėtojo paradoksas

Norint suprasti Schrödingerio teorijos esmę, būtina suprasti ir stebėtojo paradoksą. Jo prasmė ta, kad mikropasaulio objektai vienu metu gali būti dviejose būsenose tik tada, kai jie nėra stebimi. Pavyzdžiui, moksle žinomas vadinamasis „Eksperimentas su 2 plyšiais ir stebėtoju“. Mokslininkai nukreipė elektronų spindulį ant nepermatomos plokštės, kurioje buvo padaryti du vertikalūs plyšiai. Už plokštės esančiame ekrane elektronai nupiešė bangų raštą. Kitaip tariant, jie paliko juodas ir baltas juosteles. Kai mokslininkai norėjo stebėti, kaip elektronai praskrieja pro plyšius, dalelės ekrane rodė tik dvi vertikalias juosteles. Jie elgėsi kaip dalelės, o ne kaip bangos.

Kopenhagos paaiškinimas

Šiuolaikinis Schrödingerio teorijos paaiškinimas vadinamas Kopenhagos. Remiantis stebėtojo paradoksu, tai skamba taip: kol niekas nestebi sistemoje esančio atomo branduolio, jis vienu metu yra dviejų būsenų – suirusio ir nesuirusio. Tačiau teiginys, kad katė yra gyva ir mirusi vienu metu, yra itin klaidingas. Juk makrokosmose niekada nepastebimi tie patys reiškiniai kaip mikrokosmose.

Štai kodėl mes kalbame apie ne apie „katės branduolio“ sistemą, o apie tai, kad Geigerio skaitiklis ir atomo branduolys yra tarpusavyje susiję. Branduolys gali pasirinkti vieną ar kitą būseną tuo metu, kai atliekami matavimai. Tačiau toks pasirinkimas neįvyksta tuo metu, kai eksperimentatorius atidaro dėžutę su Schrödingerio kate. Tiesą sakant, dėžutės atidarymas vyksta makrokosme. Kitaip tariant, sistemoje, kuri yra labai toli nuo atominis pasaulis. Todėl branduolys savo būseną pasirenka būtent tuo momentu, kai atsitrenkia į Geigerio skaitiklio detektorių. Taigi Erwinas Schrödingeris savo minties eksperimente nepakankamai išsamiai apibūdino sistemą.

Bendrosios išvados

Taigi ne visai teisinga makrosistemą sieti su mikroskopiniu pasauliu. Makrokosme kvantiniai dėsniai praranda savo jėgą. Atomo branduolys vienu metu gali būti dviejose būsenose tik mikrokosme. To negalima pasakyti apie katę, nes ji yra makrokosmoso objektas. Todėl tik iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad katė iš superpozicijos pereina į vieną iš būsenų tuo momentu, kai atidaroma dėžė. Realiai jo likimas nulemtas tuo momentu, kai atomo branduolys sąveikauja su detektoriumi. Išvadą galima padaryti taip: sistemos būsena Erwino Schrödingerio mįslėje neturi nieko bendra su asmeniu. Tai priklauso ne nuo eksperimentatoriaus, o nuo detektoriaus - objekto, kuris „stebi“ branduolį.

Koncepcijos tęsinys

Schrödingerio teorija paprastais žodžiais apibūdinama taip: kol stebėtojas nežiūri į sistemą, ji vienu metu gali būti dviejose būsenose. Tačiau kitas mokslininkas Eugenijus Wigneris nuėjo toliau ir nusprendė Schrödingerio koncepciją privesti iki visiško absurdo. „Atsiprašau!“ – tarė Wigner, „o jei jo kolega stovi šalia eksperimentuotojo ir stebi katę? Partneris nežino, ką tiksliai matė pats eksperimentatorius tuo metu, kai atidarė dėžutę su katinu. Šriodingerio katė išnyra iš superpozicijos. Tačiau ne kolegai stebėtojui. Tik tą akimirką, kai pastarasis sužinos katės likimą, gyvūnas gali būti galutinai pavadintas gyvu arba negyvu. Be to, Žemės planetoje gyvena milijardai žmonių. O galutinis verdiktas gali būti priimtas tik tada, kai eksperimento rezultatas taps visų gyvų būtybių nuosavybe. Žinoma, galima visiems žmonėms trumpai papasakoti apie katės likimą ir Šriodingerio teoriją, tačiau tai labai ilgas ir daug darbo reikalaujantis procesas.

Kvantinio dualizmo principai fizikoje niekada nebuvo paneigti minties eksperimentasŠriodingeris. Tam tikra prasme apie kiekvieną būtybę galima sakyti, kad ji nėra nei gyva, nei mirusi (superpozicijoje), kol yra bent vienas jos nestebintis žmogus.