قط شرودنجر بكلمات بسيطة هو جوهر التجربة. عن قطة شرودنغر بكلمات بسيطة

بالتأكيد سمعت أكثر من مرة أن هناك ظاهرة مثل "قط شرودنغر". ولكن إذا لم تكن فيزيائيًا ، فأنت على الأرجح ، على الأرجح ، تتخيل فقط نوع القط الذي هو عليه ولماذا هو مطلوب.
"قطة شرودنغر" هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر ، الحائز أيضًا على جائزة نوبل. بمساعدة هذه التجربة الوهمية ، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.
في هذه المقالة ، تم إجراء محاولة لشرح جوهر نظرية شرودنجر حول القط وميكانيكا الكم بعبارات بسيطة ، بحيث يمكن الوصول إليها من قبل شخص ليس لديه تعليم تقني عالي. ستقدم المقالة أيضًا تفسيرات مختلفة للتجربة ، بما في ذلك تلك من سلسلة Big Bang Theory.
المحتوى:
1. وصف التجربة
2. شرح بعبارات بسيطة
3. فيديو من نظرية الانفجار العظيم
4. المراجعات والتعليقات
وصف التجربة
نُشر المقال الأصلي الذي كتبه إروين شرودنغر في عام 1935. في ذلك ، تم وصف التجربة باستخدام تقنية المقارنة أو حتى التجسيد:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون مستقلة عن تدخل القط): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمال قد لا ينهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.
إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (اغفر التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. يوجد فرق بين الصورة المشوشة أو البعيدة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.
________________________________________
بعبارات أخرى:
1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث تفكك النواة ، فإن القط يبقى على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. ميكانيكا الكم ، كما كانت ، تخبرنا أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في حالة "النواة قد تآكل ، والقط ميت" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" باحتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة الاضمحلال للنواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة للكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

شرح بكلمات بسيطة
وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة".
جوهر اللغة البشرية: أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.
السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ، وإما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القط يجب أن يكون بالضرورة إما على قيد الحياة أو ميتًا (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).
فيديو من The Big Bang Theory
آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.
يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار العظيم بين شيلدون وبيني.
هل كانت القطة لا تزال على قيد الحياة نتيجة التجربة؟
بالنسبة لأولئك الذين لم يقرؤوا المقال بعناية ، لكنهم ما زالوا قلقين بشأن القطة - خبر سار: لا تقلق ، وفقًا لبياناتنا ، كنتيجة لتجربة فكرية قام بها عالم فيزياء نمساوي مجنون
لم تُصاب قطة واحدة

للأسف ، أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير ، لكنني لم أكن أعرف على الإطلاق ما يعنيه ، وعلى الأقل ما هو الموضوع الذي تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة ...

« قطة شرودينجر» - هذا هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر ، الحائز أيضًا على جائزة نوبل. بمساعدة هذه التجربة الوهمية ، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

نُشر المقال الأصلي الذي كتبه إروين شرودنغر في عام 1935. هنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون مستقلة عن تدخل القط): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمال قد لا ينهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.

إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (اغفر التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. يوجد فرق بين الصورة المشوشة أو البعيدة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.

بعبارات أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة ، تظل القطة حية وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. تخبرنا ميكانيكا الكم ، كما كانت ، أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في الحالة "لقد اضمحل اللب ، ومات القط" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" باحتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة الاضمحلال للنواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة للكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة قد اضمحلت ، والقط ميت" أو "النواة لم تتحلل ، القط على قيد الحياة".

جوهر اللغة البشرية

أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ، وإما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القط يجب أن يكون بالضرورة إما على قيد الحياة أو ميتًا (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار العظيم بين شيلدون وبيني.

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية لفيزياء الكم: وفقًا لقوانينها ، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و "ميتة" ، إذا كنت تتذكر القط طويل المعاناة). تسمى هذه الحالات بالتراكب.

قدم الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون (Art Hobson) من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

تستند القياسات في فيزياء الكم إلى تشغيل بعض الأجهزة العيانية ، مثل عداد جيجر ، الذي يحدد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) ببعض الأجهزة العيانية التي تميز بين حالتين مختلفتين من النظام ، فإن الجهاز (عداد جيجر ، على سبيل المثال) سوف يدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في نفس الوقت في تراكبين. ومع ذلك ، من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة مباشرة ، مما يجعلها غير مقبولة "، كما يقول الفيزيائي.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر ، تلعب القطة دور جهاز مجهري ، عداد جيجر ، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة الاضمحلال أو "عدم الانحلال" لهذه النواة. في هذه الحالة ، ستكون القطة الحية مؤشرًا على "عدم التسوس" ، وستكون القطة الميتة مؤشرًا على التسوس. لكن وفقًا لنظرية الكم ، يجب أن يكون القط ، مثل النواة ، في تراكبين من الحياة والموت.

بدلاً من ذلك ، وفقًا للفيزيائي ، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة ، مما يعني أنهما على "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. بمعنى ، إذا تغيرت حالة أحد الكائنات المتشابكة فجأة إلى العكس ، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا بنفس الطريقة ، بغض النظر عن المسافة بينهما. في نفس الوقت ، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لهذه النظرية الكمومية.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمومي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون هناك وقت للإشارة الضوئية أو الكهرومغناطيسية لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه كائن واحد مقسم إلى جزأين حسب المساحة ، بغض النظر عن المسافة بينهما ، "يشرح هوبسون.

لم يعد قط شرودنغر حيًا وميتًا في نفس الوقت. يموت إذا حدث الاضمحلال ، ويكون حيا إذا لم يحدث التفسخ أبدا.

نضيف أن حلولًا مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وظلت غير ملحوظة في دوائر علمية واسعة. يلاحظ هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم ، على الأقل من الناحية النظرية ، ضروري للغاية لفهمها العميق.

شرودنغر

ومؤخرا فقط يشرح المنظرون كيف تقتل الجاذبية قط شرودنجرلكن الأمر يزداد صعوبة ...

كقاعدة عامة ، يشرح الفيزيائيون الظاهرة القائلة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات ، ولكنه مستحيل مع القطط أو الأجسام الكبيرة الأخرى ، التداخل من البيئة. عندما يمر كائن كمي عبر حقل أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية ، فإنه يفترض على الفور حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هكذا ينهار التراكب ، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى إذا أصبح من الممكن بطريقة ما عزل كائن كبير ، وهو في حالة تراكب ، عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى ، فسيظل عاجلاً أم آجلاً يأخذ حالة واحدة. على الأقل ، هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما في الفضاء بين النجوم ، ربما يكون لدى القطة فرصة للحفاظ على التماسك الكمي ، لكن هذا غير محتمل على الأرض أو بالقرب من أي كوكب. والسبب في ذلك هو الجاذبية "، كما يشرح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، إيغور بيكوفسكي ، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يجادل بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا بأن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة ، وبالتالي فإننا لا نلاحظ مثل هذه الظواهر في الكون الكبير. بالمناسبة ، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في الفيلم الطويل Interstellar.

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن الجسم الضخم للغاية سوف يلتف الزمكان بالقرب منه. بالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر ، يمكننا القول أنه بالنسبة لجزيء يتم وضعه بالقرب من سطح الأرض ، فإن الوقت سيكون أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

بسبب تأثير الجاذبية على الزمكان ، فإن الجزيء الذي يقع تحت هذا التأثير سيختبر انحرافًا في موقعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر أيضًا على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء ، والتي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال جزيء في حالة تراكب كمي لموقعين ، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر قريبًا الجزيء على "اختيار" واحد فقط من الموضعين في الفضاء.

يوضح بيكوفسكي: "في معظم الحالات ، ترتبط ظاهرة فك الترابط بتأثير خارجي ، ولكن في هذه الحالة ، يتفاعل التذبذب الداخلي للجسيمات مع حركة الجزيء نفسه".

لم يُلاحظ هذا التأثير بعد ، لأن المصادر الأخرى لفك الترابط ، مثل المجالات المغناطيسية والإشعاع الحراري والاهتزازات ، عادة ما تكون أقوى بكثير ، وتتسبب في تدمير أنظمة الكم قبل فترة طويلة من تأثير الجاذبية. لكن المجربين يسعون لاختبار الفرضية المذكورة.

يمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك ، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول ، سيختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الوقت على "ارتفاعات" مختلفة من المسار ، بينما في الثانية ، قد يستمر التراكب الكمي .

ترتبط المفارقة الأكثر شهرة في ميكانيكا الكم باسم الفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر.

هذه تجربة فكرية تم إجراؤها على قطة وهمية موضوعة في صندوق مغلق. يحتوي الصندوق على حاوية من الغازات السامة التي تفتح وتقتل القطة بعد أن يتحلل اللب المشع. احتمال أن تتحلل النواة في غضون ساعة واحدة هو 1/2.

تنص ميكانيكا الكم على أنه إذا لم يتم ملاحظة النواة ، فإن حالتها هي مزيج من نتيجتين محتملتين. أي أن القطة التي تجلس في الصندوق هي على قيد الحياة وميتة في نفس الوقت ، حتى يفتح المجرب الصندوق ويرى ما حدث بالفعل.

هناك نسخة معقدة من التجربة اقترحها Wigner. إذا فتح المجرب الصندوق ورأى قطة حية ، يتم التعرف على القطة على أنها حية في المختبر. لكن لنفترض أن المجرب لديه صديق خارج المختبر. يتعرف على القطة على أنها حية فقط عندما يخبره المجرب عنها. لكن جميع الأصدقاء الآخرين لم يتعرفوا بعد على القطة على أنها حية ، حتى تم إخبارهم بالنتيجة. هذا هو ، حتى حتى يعرف كل الناس في الكون مسار التجربة ، تظل القطة حية وميتة في نفس الوقت.

ظهر تفسيران رئيسيان لميكانيكا الكم يشرحان تجربة شرودنغر بطرق مختلفة.

في تفسير كوبنهاغنيختار النظام إحدى الحالتين المحتملتين في الوقت الذي تحدث فيه الملاحظة.

تُظهر التجربة مع القطة أن طبيعة الملاحظة نفسها غير محددة بشكل كافٍ: هل تحدث في اللحظة التي يتم فيها فتح الصندوق أم في اللحظة التي يتحلل فيها الجسيم؟ على أي حال ، قبل فتح الصندوق ، القطة ليست في حالة اختلاط على الإطلاق بين الأحياء والأموات ، لأن قوانين العالم المجهري لا تنطبق على الأشياء العيانية.

أتباع تفسير العوالم المتعددةلا تعتبر عملية القياس شيئًا خاصًا: من المفترض أن كلا الحالتين للقط موجودان. لكن في اللحظة التي يفتح فيها المراقب الصندوق ، تظهر حالتان للمراقب لا تتفاعل مع بعضهما بأي شكل من الأشكال. أي أن الكون ينقسم إلى كونين آخرين ، في أحدهما يرى الراصد قطة ميتة ، والآخر - واحد حي.

يبدو هذا التفسير رائعًا ، على الرغم من أن العديد من العلماء يعترفون بحقه في الوجود على قدم المساواة مع تفسير كوبنهاجن.

كانت نظرية العوالم المتعددة بمثابة مصدر إلهام لصانعي الأفلام في The Prestige (2006) ، Source Code (2011) ، وفي نفس الوقت تستند بعض أفكار التشفير الكمومي عليها.

قطة شرودنجر هي تجربة فكرية مشهورة. تم وضعه من قبل الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء الشهير - العالم النمساوي إروين رودولف جوزيف ألكسندر شرودنغر.

كان جوهر التجربة على النحو التالي. تم وضع قطة في غرفة مغلقة (صندوق). الصندوق مزود بآلية تحتوي على نواة مشعة وغازات سامة. يتم اختيار المعلمات بحيث يكون احتمال حدوث انحلال نووي في ساعة واحدة بالضبط خمسين بالمائة. في حالة تفكك اللب ، ستدخل الآلية حيز التنفيذ وسيتم فتح حاوية بها غاز سام. لذلك ، ستموت قطة شرودنغر.

وفقًا للقوانين ، إذا لم تلتزم بالنواة ، فسيتم وصف حالاتها وفقًا لحالتين رئيسيتين - نواة المتحللة وليست متحللة. وهنا تبرز مفارقة: قط شرودنجر ، الذي يجلس في صندوق ، يمكن أن يكون ميتًا وحيًا في نفس الوقت. ولكن إذا تم فتح الصندوق ، فلن يرى المجرب سوى حالة واحدة محددة. إما أن "النواة تفككت والقط ميت" أو "النواة لم تتفكك وقط شرودنغر على قيد الحياة".

منطقيًا ، سيكون لدينا أحد المخرجين: إما قطة حية أو قطة ميتة. لكن من المحتمل أن يكون الحيوان في كلتا الحالتين في وقت واحد. وهكذا حاول شرودنجر إثبات رأيه حول حدود ميكانيكا الكم.

وفقًا لتفسير كوبنهاجن وهذه التجربة على وجه الخصوص ، فإن القطة في إحدى مراحلها المحتملة (ميتة على قيد الحياة) تكتسب هذه الخصائص فقط بعد أن يتدخل مراقب خارجي في العملية. ولكن طالما أن هذا المراقب غير موجود (وهذا يعني وجود شخص معين لديه فضائل وضوح الرؤية والوعي) ، فإن القطة ستكون في طي النسيان "بين الحياة والموت".

يكتسب المثل القديم الشهير عن قطة تمشي بمفردها ظلال جديدة ومثيرة للاهتمام في سياق هذه التجربة.

وفقًا لإيفريت ، الذي يختلف بشكل ملحوظ عن كوبنهاجن الكلاسيكي ، فإن عملية المراقبة لا تعتبر شيئًا خاصًا. يقول كلاهما أن قطة شرودنجر يمكن أن تكون موجودة في هذا التفسير. لكنهم يفككون مع بعضهم البعض. وهذا يعني أن وحدة هذه الدول ستنتهك على وجه التحديد نتيجة التفاعل مع العالم الخارجي. إن المراقب هو الذي يفتح الصندوق ويجلب الخلاف إلى حالة القط.

هناك رأي مفاده أنه يجب ترك الكلمة الحاسمة في هذا الأمر لمخلوق مثل قطة شرودنغر. معنى هذا الرأي هو قبول حقيقة أنه في التجربة بأكملها ، يكون الحيوان هو المراقب الوحيد المؤهل تمامًا. على سبيل المثال ، قدم العلماء Max Tegmark و Bruno Marshal و Hans Moraven تعديلاً للتجربة المذكورة أعلاه ، حيث وجهة النظر الرئيسية هي رأي القط. في هذه الحالة ، يبقى قط شرودنغر على قيد الحياة بلا شك ، لأن القطة الباقية فقط هي التي يمكنها مراقبة النتائج. لكن العالم نداف كاتس نشر نتائجه التي تمكن من "إعادة" حالة الجسيم إلى الوراء بعد تغيير حالتها. وبالتالي ، تزداد فرص بقاء القط بشكل ملحوظ.

نُشر مؤخرًا على البوابة العلمية المعروفة "PostNauka" مقال لمؤلفه إميل أحمدوف حول أسباب التناقض الشهير وما هو ليس كذلك.

الفيزيائي إميل أحمدوف يتحدث عن التفسير الاحتمالي وأنظمة الكم المغلقة وصياغة المفارقة.

في رأيي ، فإن أصعب جزء من ميكانيكا الكم ، من الناحيتين النفسية والفلسفية ، وفي كثير من النواحي الأخرى ، هو تفسيرها الاحتمالي. جادل كثير من الناس مع التفسير الاحتمالي. على سبيل المثال ، توصل أينشتاين ، جنبًا إلى جنب مع بودولسكي وروزين ، إلى مفارقة تدحض التفسير الاحتمالي.

بالإضافة إلى ذلك ، جادل شرودنجر أيضًا مع التفسير الاحتمالي لميكانيكا الكم. كتناقض منطقي في التفسير الاحتمالي لميكانيكا الكم ، توصل شرودنغر إلى ما يسمى بمفارقة قطة شرودنغر. يمكن صياغته بطرق مختلفة ، على سبيل المثال: لنفترض أن لديك صندوقًا تجلس فيه قطة ، وتم توصيل أسطوانة غاز مميت بهذا الصندوق. بالنسبة لمفتاح هذه الأسطوانة ، الذي يسمح أو لا يسمح بدخول الغاز القاتل ، يتم توصيل بعض الأجهزة ، والتي تعمل على النحو التالي: يوجد زجاج مستقطب ، وإذا كان فوتون يمر من الاستقطاب المطلوب ، يتم تشغيل الأسطوانة ، يتدفق الغاز إلى القط ؛ إذا لم يكن الفوتون من الاستقطاب الصحيح ، فلن يتم تشغيل البالون ، ولا يتم تشغيل المفتاح ، ولا يسمح البالون بدخول الغاز إلى القط.

لنفترض أن الفوتون مستقطب دائريًا ، والجهاز يستجيب للاستقطاب الخطي. قد لا يكون الأمر واضحًا ، لكنه ليس مهمًا جدًا. مع وجود بعض الاحتمالات ، سيكون الفوتون مستقطبًا بطريقة ما ، مع بعض الاحتمالات - بطريقة أخرى. قال شرودنجر: اتضح مثل هذا الموقف أنه في مرحلة ما ، حتى نفتح الغطاء ونرى ما إذا كانت القطة ميتة أم حية (والنظام مغلق) ، ستبقى القطة على قيد الحياة مع بعض الاحتمالات وستموت مع البعض احتمالا. ربما أقوم بصياغة مفارقة عرضية ، لكن النتيجة هي موقف غريب أن القطة ليست حية ولا ميتة. هذه هي الطريقة التي تصاغ بها المفارقة.

في رأيي ، لهذه المفارقة تفسير واضح ودقيق تمامًا. ربما تكون هذه وجهة نظري الشخصية ، لكني سأحاول شرحها. الخاصية الرئيسية لميكانيكا الكم هي ما يلي: إذا وصفت نظامًا مغلقًا ، فإن ميكانيكا الكم ليست سوى ميكانيكا الموجات ، ميكانيكا الموجات. هذا يعني أنه موصوف بواسطة المعادلات التفاضلية التي حلولها موجات. حيث توجد موجات ومعادلات تفاضلية ، توجد مصفوفات وما إلى ذلك. هذان وصفان متكافئان: وصف المصفوفة ووصف الموجة. وصف المصفوفة ينتمي إلى Heisenberg ، وصف الموجة ينتمي إلى Schrödinger ، لكنهما يصفان نفس الموقف.

الشيء المهم هو أنه أثناء إغلاق النظام ، يتم وصفه بواسطة معادلة موجية ، وما يحدث لهذه الموجة يتم وصفه بواسطة بعض المعادلات الموجية. ينشأ التفسير الاحتمالي الكامل لميكانيكا الكم بعد فتح النظام - يتأثر من الخارج ببعض الأشياء الكلاسيكية الكبيرة ، أي ، الأشياء غير الكمومية. في لحظة التأثير ، لم يعد يتم وصفها بواسطة معادلة الموجة هذه. هناك ما يسمى بتقليل وظيفة الموجة والتفسير الاحتمالي. حتى لحظة الافتتاح ، يتطور النظام وفقًا لمعادلة الموجة.

نحتاج الآن إلى إبداء بعض الملاحظات حول كيفية اختلاف النظام الكلاسيكي الكبير عن النظام الكمي الصغير. بشكل عام ، حتى النظام الكلاسيكي الكبير يمكن وصفه باستخدام معادلة الموجة ، على الرغم من صعوبة تقديم هذا الوصف ، وهو في الواقع غير ضروري تمامًا. هذه الأنظمة تختلف رياضيا في العمل. الكائن المزعوم موجود في ميكانيكا الكم ، في نظرية المجال. بالنسبة للنظام الكلاسيكي الكبير ، يكون الإجراء ضخمًا ، ولكن بالنسبة للنظام الكمي الصغير ، يكون الإجراء صغيرًا. علاوة على ذلك ، فإن تدرج هذا الإجراء - معدل تغير هذا الإجراء في الزمان والمكان - ضخم بالنسبة لنظام كلاسيكي كبير ، وصغير لنظام كمي صغير. هذا هو الفرق الرئيسي بين النظامين. نظرًا لحقيقة أن الإجراء كبير جدًا بالنسبة للنظام الكلاسيكي ، فمن الأنسب وصفه ليس من خلال بعض المعادلات الموجية ، ولكن ببساطة عن طريق القوانين الكلاسيكية مثل قانون نيوتن وما إلى ذلك. على سبيل المثال ، لهذا السبب ، لا يدور القمر حول الأرض مثل الإلكترون حول نواة الذرة ، ولكن على مدار مدار محدد بوضوح ، على طول مسار كلاسيكي. بينما الإلكترون ، كونه نظام كمي صغير ، داخل الذرة حول النواة يتحرك مثل الموجة الواقفة ، يتم وصف حركته بموجة ثابتة ، وهذا هو الفرق بين الحالتين.

القياس في ميكانيكا الكم هو عندما تؤثر على نظام كمي صغير بنظام كلاسيكي كبير. بعد ذلك ، يحدث انخفاض في وظيفة الموجة. في رأيي ، وجود منطاد أو قطة في مفارقة شرودنغر هو نفسه وجود نظام كلاسيكي كبير يقيس استقطاب الفوتون. وفقًا لذلك ، لا يتم القياس في الوقت الذي نفتح فيه غطاء الصندوق ونرى ما إذا كانت القطة حية أم ميتة ، ولكن في الوقت الذي يتفاعل فيه الفوتون مع الزجاج المستقطب. وهكذا ، في هذه اللحظة ، يتم تقليل وظيفة موجة الفوتون ، ويكون البالون في حالة محددة تمامًا: إما أن يفتح أو لا يفتح ، وتموت القطة أو لا تموت. كل شىء. لا توجد "قطط احتمالية" أنه على قيد الحياة مع بعض الاحتمالات ، ميت مع بعض الاحتمالات. عندما قلت أن مفارقة قطة شرودنجر لها العديد من الصيغ المختلفة ، كنت أقول فقط أن هناك العديد من الطرق المختلفة لابتكار الجهاز الذي يقتل أو يترك القط على قيد الحياة. في الواقع ، فإن صياغة المفارقة لا تتغير.

لقد سمعت عن محاولات أخرى لشرح هذا التناقض من منظور عوالم متعددة وما إلى ذلك. في رأيي ، كل هذه التفسيرات لا تصمد أمام التدقيق. ما شرحته خلال هذا الفيديو بالكلمات يمكن وضعه في شكل رياضي ويمكن التحقق من صحة هذا البيان. أؤكد مرة أخرى ، في رأيي ، أن قياس وتقليل الدالة الموجية لنظام كمي صغير يحدث في لحظة التفاعل مع نظام كلاسيكي كبير. مثل هذا النظام الكلاسيكي الكبير هو قطة بجهاز يقتله ، وليس شخصًا يفتح صندوقًا به قطة ويرى ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم لا. أي أن القياس يحدث في لحظة تفاعل هذا النظام مع الجسيم الكمي ، وليس في لحظة فحص القط. مثل هذه المفارقات ، في رأيي ، تجد تفسيرات من تطبيق النظريات والفطرة السليمة.

جوهر التجربة

تصف ورقة شرودنجر الأصلية التجربة على النحو التالي:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. يتم قفل قطة معينة في حجرة فولاذية جنبًا إلى جنب مع الآلة الجهنمية التالية (والتي يجب حمايتها من التدخل المباشر للقطط): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا بحيث يمكن لذرة واحدة فقط أن تتحلل فيها ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمالية يمكن أن تنهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك. إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (اغفر التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. يوجد فرق بين الصورة المشوشة أو البعيدة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية. وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة النواة ، فسيتم وصف حالتها من خلال تراكب (خلط) من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، فإن القطة التي تجلس في الصندوق هي حية وميتة في نفس الوقت. نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة". السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ، وإما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين.

نظرًا لأنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون بالضرورة على قيد الحياة أو ميتة (لا توجد حالة تجمع بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة أن تكون إما فاسدة أو غير فاسدة.

ظهر المقال الأصلي في عام 1935. كان الغرض من المقال مناقشة مفارقة أينشتاين - بودولسكي - روزن (EPR) التي نشرها أينشتاين وبودولسكي وروزين في وقت سابق من ذلك العام.