Котката на Шрьодингер по квантова физика. Известната мистерия на "Котката на Шрьодингер" с прости думи

Както ни обясни Хайзенберг, поради принципа на неопределеността описанието на обектите на квантовия микросвет е от различно естество от обичайното описание на обектите от нютоновия макрокосмос. Вместо пространствени координати и скорост, които използвахме, за да опишем механичното движение на, например, топка върху билярдна маса, в квантовата механика обектите се описват с т. нар. вълнова функция. Гребенът на "вълната" съответства на максималната вероятност за намиране на частица в пространството в момента на измерване. Движението на такава вълна се описва с уравнението на Шрьодингер, което ни казва как състоянието на квантовата система се променя с времето.

Сега за котката. Всеки знае, че котките обичат да се крият в кутии (). Ервин Шрьодингер също беше наясно. Освен това, с чисто скандинавска дивачество, той използва тази функция в известен мисловен експеримент. Същността му беше, че котка беше заключена в кутия с адска машина. Машината е свързана чрез реле към квантова система, например радиоактивно разпадащо се вещество. Вероятността за разпад е известна и е 50%. Адската машина работи, когато квантовото състояние на системата се промени (възникне разпад) и котката умира напълно. Ако оставите системата "Котка-кутия-адска машина-кванти" сама за един час и си спомните, че състоянието на квантовата система е описано като вероятност, тогава става ясно, че вероятно няма да работи, за да разберете дали котката е жива или не в даден момент, точно както няма да се получи точно да се предвиди падането на монета върху глави или опашки предварително. Парадоксът е много прост: вълновата функция, описваща квантова система, смесва две състояния на котка - тя е жива и мъртва едновременно, точно както свързан електрон с еднаква вероятност може да бъде разположен навсякъде в пространството, на равно разстояние от атомното ядро. Ако не отворим кутията, не знаем как точно е котката. Без да правим наблюдения (четене на измервания) върху атомното ядро, можем да опишем неговото състояние само чрез суперпозиция (смесване) на две състояния: разложено и неразпаднало ядро. Ядрено пристрастена котка е едновременно жива и мъртва. Въпросът е следният: кога една система престава да съществува като смес от две състояния и избира едно конкретно?

Копенхагенската интерпретация на експеримента ни казва, че системата престава да бъде смес от състояния и избира едно от тях в момента, в който се извършва наблюдение, което също е измерване (кутето се отваря). Тоест самият факт на измерване променя физическата реалност, което води до колапс на вълновата функция (котката или става мъртва, или остава жива, но престава да бъде смесица от двете)! Помислете за това, експериментът и съпътстващите го измервания променят реалността около нас. Лично този факт прави мозъка ми много по-силен от алкохола. Известният Стив Хокинг също приема този парадокс трудно, като повтаря, че когато чуе за котката на Шрьодингер, ръката му посяга към Браунинг. Остротата на реакцията на изключителния физик-теоретик се дължи на факта, че според него ролята на наблюдателя в колапса на вълновата функция (изпадането й до едно от двете вероятностни) състояния е силно преувеличена.

Разбира се, когато професор Ервин замисля своята котешка измама през 1935 г., това беше хитър начин да се покаже несъвършенството на квантовата механика. Всъщност котката не може да бъде жива и мъртва едновременно. В резултат на това една от интерпретациите на експеримента беше очевидното противоречие между законите на макросвета (например вторият закон на термодинамиката - котката е или жива, или мъртва) и микросвета (котка е жив и мъртъв едновременно).

Горното се прилага на практика: в квантовите изчисления и в квантовата криптография. Оптичен кабел изпраща светлинен сигнал, който е в суперпозиция на две състояния. Ако нападателите се свържат към кабела някъде по средата и направят там сигнален кран, за да подслушват предаваната информация, тогава това ще срине вълновата функция (от гледна точка на интерпретацията от Копенхаген ще се направи наблюдение) и светлината ще отиде в едно от състоянията. След извършване на статистически тестове на светлината в приемния край на кабела, ще бъде възможно да се установи дали светлината е в суперпозиция на състояния или вече е наблюдавана и предадена на друга точка. Това дава възможност за създаване на средства за комуникация, които изключват незабележимо прихващане и подслушване на сигнал.

Друга най-нова интерпретация на мисловния експеримент на Шрьодингер е историята на Шелдън Купър от теорията за големия взрив, който разговаря с по-малко образования съсед на Пени. Смисълът на историята на Шелдън е, че концепцията за котката на Шрьодингер може да се приложи към отношенията между хората. За да разберете какво се случва между мъж и жена, какви отношения между тях: добри или лоши, просто трябва да отворите кутията. Дотогава отношенията са както добри, така и лоши.

Имаше един вид "вторично". Самият той рядко се е занимавал с конкретен научен проблем. Любимият му жанр на работа беше отговор на нечие научно изследване, развитие на това произведение или неговата критика. Въпреки факта, че самият Шрьодингер беше индивидуалист по природа, той винаги се нуждаеше от чужда мисъл, подкрепа за по-нататъшна работа. Въпреки този особен подход, Шрьодингер успява да направи много открития.

Биографична информация

Теорията на Шрьодингер вече е известна не само на студентите от катедрата по физика и математика. Ще представлява интерес за всеки, който се интересува от научнопопулярна. Тази теория е създадена от известния физик Е. Шрьодингер, който влезе в историята като един от създателите на квантовата механика. Ученият е роден на 12 август 1887 г. в семейството на собственика на фабрика за мушама. Бъдещият учен, който стана известен в цял свят със своята мистерия, като дете обичаше ботаниката и рисуването. Първият му наставник е баща му. През 1906 г. Шрьодингер започва обучението си във Виенския университет, по време на което започва да се възхищава на физиката. Когато дойде Първата световна война, ученият отиде да служи като артилерист. В свободното си време изучава теориите на Алберт Айнщайн.

До началото на 1927 г. в науката се развива драматична ситуация. Е. Шрьодингер смята, че идеята за непрекъснатостта на вълните трябва да послужи като основа за теорията на квантовите процеси. Хайзенберг, напротив, смята, че концепцията за дискретността на вълните, както и идеята за квантовите скокове, трябва да бъдат основата за тази област на знанието. Нилс Бор не прие нито една от позициите.

Напредък в науката

За концепцията за вълновата механика през 1933 г. Шрьодингер получава Нобелова награда. Въпреки това, възпитан в традициите на класическата физика, ученият не може да мисли в други категории и не смята квантовата механика за пълноправен клон на знанието. Той не можеше да се задоволи с двойственото поведение на частиците и се опита да го сведе изключително до поведението на вълната. В дискусията си с Н. Бор Шрьодингер го формулира по следния начин: „Ако планираме да запазим тези квантови скокове в науката, тогава като цяло съжалявам, че свързах живота си с атомната физика“.

По-нататъшна работа на изследователя

В същото време Шрьодингер е не само един от основателите на съвременната квантова механика. Именно той въведе термина „обективност на описанието“ в научна употреба. Това е способността на научните теории да описват реалността без участието на наблюдател. По-нататъшните му изследвания са посветени на теорията на относителността, термодинамичните процеси, нелинейната електродинамика на Борн. Също така учените са направили няколко опита да създадат единна теория на полето. Освен това Е. Шрьодингер говорел шест езика.

Най-известната гатанка

Теорията на Шрьодингер, в която се появява същата котка, израства от критиката на учения към квантовата теория. Един от основните му постулати е, че докато системата не се спазва, тя е в състояние на суперпозиция. А именно в две или повече състояния, които изключват съществуването едно на друго. Състоянието на суперпозиция в науката има следното определение: това е способността на квант, който може да бъде и електрон, фотон или, например, ядро ​​на атом, да бъде едновременно в две състояния или дори в две точки в пространството в момент, когато никой не го наблюдава.

Обекти в различни светове

За обикновен човек е много трудно да разбере такова определение. В крайна сметка всеки обект от материалния свят може да бъде или в една точка на пространството, или в друга. Това явление може да се илюстрира по следния начин. Наблюдателят взема две кутии и поставя топка за тенис в една от тях. Ще стане ясно, че е в едната кутия, а в другата не. Но ако в един от контейнерите се постави електрон, тогава ще бъде вярно следното твърдение: тази частица се намира едновременно в две кутии, колкото и парадоксално да изглежда. По същия начин електронът в атома не се намира в строго определена точка в един или друг момент. Той се върти около ядрото, като се намира във всички точки на орбитата по едно и също време. В науката това явление се нарича "електронен облак".

Какво искаше да докаже ученият?

По този начин поведението на малки и големи обекти се реализира по напълно различни правила. В квантовия свят има едни закони, а в макрокосмоса – съвсем други. Няма обаче такова понятие, което да обясни прехода от света на материалните обекти, познат на хората, към микросвета. Теорията на Шрьодингер е създадена, за да демонстрира недостатъчността на изследванията в областта на физиката. Ученият искаше да покаже, че има наука, чиято цел е да описва малки обекти, и има област на знанието, която изучава обикновени обекти. До голяма степен благодарение на работата на учения, физиката беше разделена на две области: квантова и класическа.

Теорията на Шрьодингер: описание

Ученият описва известния си мисловен експеримент през 1935 г. При прилагането му Шрьодингер залага на принципа на суперпозицията. Шрьодингер подчерта, че докато не наблюдаваме фотона, той може да бъде или частица, или вълна; както червено, така и зелено; както кръгли, така и квадратни. Този принцип на несигурност, който пряко следва от концепцията за квантовия дуализъм, е използван от Шрьодингер в известната му гатанка за котки. Значението на експеримента накратко е следното:

• В затворена кутия се поставя котка, както и контейнер, съдържащ циановодородна киселина и радиоактивно вещество.
• Ядрото може да се разпадне в рамките на един час. Вероятността за това е 50%.
• Ако атомното ядро ​​се разпадне, това ще бъде записано от брояча на Гайгер. Механизмът ще работи и кутията с отрови ще бъде счупена. Котката ще умре.
• Ако разпадът не се случи, тогава котката на Шрьодингер ще бъде жива.

Според тази теория, докато котката не бъде наблюдавана, тя е едновременно в две състояния (мъртва и жива), точно като ядрото на атом (разпаднало се или неразложено). Разбира се, това е възможно само според законите на квантовия свят. В макрокосмоса котката не може да бъде едновременно жива и мъртва.

Парадокс на наблюдателя

За да се разбере същността на теорията на Шрьодингер, е необходимо също така да се разбере парадокса на наблюдателя. Смисълът му е, че обектите на микрокосмоса могат да бъдат едновременно в две състояния само когато не се наблюдават. Например в науката е познат т. нар. „Експеримент с 2 процепа и наблюдател”. Върху непрозрачна плоча, в която са направени два вертикални прореза, учените насочиха лъч от електрони. На екрана зад плочата електроните нарисуваха вълнов модел. С други думи, оставиха черни и бели ивици. Когато изследователите искаха да наблюдават как електроните летят през процепите, частиците показаха само две вертикални ивици на екрана. Те се държаха като частици, а не като вълни.

Копенхагенско обяснение

Съвременното обяснение на теорията на Шрьодингер се нарича Копенхагенско. Въз основа на парадокса на наблюдателя, звучи така: докато никой не наблюдава ядрото на атом в системата, то е едновременно в две състояния – разложено и неразложено. Въпреки това твърдението, че котката е жива и мъртва едновременно, е изключително погрешно. В крайна сметка в макрокосмоса никога не се наблюдават същите явления, както в микрокосмоса.

Следователно не говорим за системата „котешко ядро“, а за факта, че броячът на Гайгер и ядрото на атома са взаимосвързани. Ядрото може да избере едно или друго състояние в момента, в който се извършват измерванията. Този избор обаче не става в момента, в който експериментаторът отваря кутията с котката на Шрьодингер. Всъщност отварянето на кутията става в макрокосмоса. С други думи, в система, която е много далеч от атомния свят. Следователно, ядрото избира своето състояние точно в момента, в който удари детектора на брояча на Гайгер. Така Ервин Шрьодингер в своя мисловен експеримент не описва напълно системата.

Общи изводи

Следователно, не е напълно правилно да се свързва макросистемата с микроскопичния свят. В макрокосмоса квантовите закони губят своята сила. Ядрото на атома може да бъде едновременно в две състояния само в микрокосмоса. Същото не може да се каже за котката, тъй като тя е обект на макрокосмоса. Следователно само на пръв поглед изглежда, че котката преминава от суперпозицията в едно от състоянията в момента на отваряне на кутията. Всъщност съдбата му се определя в момента, когато атомното ядро ​​взаимодейства с детектора. Изводът може да се направи по следния начин: състоянието на системата в гатанката на Ервин Шрьодингер няма нищо общо с човек. Не зависи от експериментатора, а от детектора – обект, който „наблюдава” ядрото.

Продължение на концепцията

Теорията на Шрьодингер се описва с прости думи, както следва: докато наблюдателят не гледа системата, тя може да бъде в две състояния едновременно. Въпреки това, друг учен - Юджийн Вигнер, отиде по-далеч и реши да доведе концепцията за Шрьодингер до пълен абсурд. „Извинете – каза Уигнер, – ами ако до експериментатора, който наблюдава котката, е негов колега?“ Партньорът не знае какво точно е видял самият експериментатор в момента, когато е отворил кутията с котката. Котката на Шрьодингер напуска състоянието на суперпозиция. Но не и за колега наблюдател. Само в този момент, когато съдбата на котката стане известна на последния, животното най-накрая може да бъде наречено живо или мъртво. Освен това на планетата Земя има милиарди хора. И окончателната присъда може да бъде произнесена само когато резултатът от експеримента стане собственост на всички живи същества. Разбира се, на всички хора може да се разкаже накратко съдбата на котката и теорията на Шрьодингер, но това е много дълъг и трудоемък процес.

Принципите на квантовия дуализъм във физиката никога не са били опровергани от мисловния експеримент на Шрьодингер. В известен смисъл всяко същество не може да се нарече нито живо, нито мъртво (в суперпозиция), стига да има поне един човек, който не го наблюдава.

Всички сме чували за известната котка на Шрьодингер, но знаем ли каква котка всъщност е тя? Нека го разберем и се опитаме да говорим за известната котка на Шрьодингер с прости думи.

Котката на Шрьодингер е експеримент, проведен от Ервин Шрьодингер, един от основателите на квантовата механика. Освен това това не е обикновен физически експеримент, а психически.

Трябва да се признае, че Ервин Шрьодингер беше човек с много въображение.

И така, какво имаме като въображаема основа за експеримента? Има котка, поставена в кутия. Кутията съдържа и брояч на Гайгер с някои много малки количества радиоактивен материал. Количеството материя е такова, че вероятността за разпад и неразпад на един атом в рамките на един час е еднаква. Ако атомът се разпадне, ще стартира специален механизъм, който ще счупи колбата с циановодородна киселина и горката котка ще умре. Ако сривът не се случи, котката ще продължи да седи тихо в кутията си и да мечтае за колбаси.

Каква е същността на котката на Шрьодингер? Защо изобщо измисляте такова сюрреалистично преживяване?

Според резултатите от експеримента ще разберем дали котката е жива или не само когато отворим кутията. От гледна точка на квантовата механика котката едновременно (като атом на материята) се намира едновременно в две състояния – и жива, и мъртва едновременно. Това е известният парадокс на котката на Шрьодингер.

Естествено, това не може да бъде. Ервин Шрьодингер постави този мисловен експеримент, за да покаже несъвършенството на квантовата механика при преминаване от субатомни към макроскопични системи.

Ето формулировката на Шрьодингер:

Можете също така да конструирате случаи, в които бурлеската е достатъчна. Нека някоя котка бъде заключена в стоманена камера заедно със следната дяволска машина (която трябва да е независима от намесата на котката): вътре в брояча на Гайгер има малко количество радиоактивен материал - толкова малък, че само един атом може да се разпадне в час, но със същата вероятност може да не се разпадне; ако това се случи, четящата тръба се разрежда и се задейства реле, спускащо чука, което разбива конуса на циановодородната киселина.

Ако оставим цялата тази система сама за един час, тогава можем да кажем, че котката ще бъде жива след това време, стига атомът да не се разпадне. Първият разпад на атом би отровил котката. Пси-функцията на системата като цяло ще изрази това чрез смесване в себе си или размазване на живата и мъртвата котка (простете за израза) в равни пропорции. Типично в такива случаи е, че несигурността, първоначално ограничена до атомния свят, се трансформира в макроскопска несигурност, която може да бъде елиминирана чрез директно наблюдение. Това ни пречи наивно да приемем „модела на размазване“ като отразяващ реалността. Само по себе си това не означава нищо неясно или противоречиво. Има разлика между размита или разфокусирана снимка и снимка в облак или мъгла.

Определено положителен момент в този експеримент е фактът, че нито едно животно не е наранено по време на неговото протичане.

И накрая, за да консолидирате материала, ви предлагаме да гледате видео от добрата стара поредица "Теорията за Големия взрив".

И ако изведнъж имате въпроси или учителят е задал проблем по квантовата механика, моля, свържете се. Заедно ще решим всички проблеми много по-бързо!

Юрий Гордеев
Програмист, разработчик на игри, дизайнер, художник

„Котката на Шрьодингер“ е мисловен експеримент, предложен от един от пионерите на квантовата физика, за да покаже колко странни изглеждат квантовите ефекти, когато се прилагат към макроскопични системи.

Ще се опитам да обясня с наистина прости думи: господа физици, не прецизно. Фразата "грубо казано" се подразбира допълнително преди всяко изречение.

В много, много малък мащаб светът е съставен от неща, които се държат по много необичайни начини. Една от най-странните характеристики на такива обекти е възможността да бъдат едновременно в две взаимно изключващи се състояния.

Това, което е още по-необичайно от интуитивна гледна точка (някой дори ще каже, зловещо) е, че актът на целенасочено наблюдение елиминира тази несигурност и обект, който току-що е бил в две противоречиви състояния по едно и също време, се появява пред наблюдателя в само един от тях, сякаш в нищо не се е случвало, поглежда настрани и невинно подсвирква.

На субатомно ниво всички отдавна са свикнали с тези лудории. Има математически апарат, който описва тези процеси и знанията за тях са намерили различни приложения: например в компютрите и криптографията.

На макроскопско ниво тези ефекти не се наблюдават: познатите ни обекти винаги са в едно специфично състояние.

А сега мисловен експеримент. Взимаме котка и я поставяме в кутия. Поставяме там също колба с отровен газ, радиоактивен атом и брояч на Гайгер. Радиоактивният атом може или не може да се разпадне по всяко време. Ако се разпадне, броячът ще открие радиация, прост механизъм ще счупи колбата с газ и нашата котка ще умре. Ако не, котката ще живее.

Затваряме кутията. Оттук нататък, от гледна точка на квантовата механика, нашият атом е в състояние на несигурност - той се е разпаднал с вероятност от 50% и не се е разпаднал с вероятност от 50%. Преди да отворим кутията и да погледнем вътре (да направим наблюдение), тя ще бъде в двете състояния наведнъж. И тъй като съдбата на котката пряко зависи от състоянието на този атом, се оказва, че котката също е буквално жива и мъртва едновременно („... размазване на жива и мъртва котка (извинете за израза) в равни пропорции...” - пише авторът на експеримента). Ето как квантовата теория би описала тази ситуация.

Шрьодингер едва ли предполагаше какво вълнение ще предизвика идеята му. Разбира се, самият експеримент, дори и в оригинала, е описан изключително грубо и без претенции за научна точност: авторът искаше да предаде на колегите си идеята, че теорията трябва да бъде допълнена с по-ясни дефиниции на такива процеси като „наблюдение“ за да изключи от нейната юрисдикция сценарии с котки в боксове.

Идеята за котка дори беше използвана за „доказване“ на съществуването на Бог като свръхразум, който чрез непрекъснатото си наблюдение прави възможно самото ни съществуване. В действителност "наблюдението" не изисква съзнателен наблюдател, което лишава квантовите ефекти от някаква мистика. Но дори и така, квантовата физика днес остава фронтът на науката с много необясними явления и техните интерпретации.

Иван Болдин
Кандидат на физико-математическите науки, научен сътрудник, завършил МФТИ

Поведението на обектите в микросвета (елементарни частици, атоми, молекули) се различава значително от поведението на обектите, с които обикновено се налага да имаме работа. Например, един електрон може да лети едновременно през две пространствено отдалечени места или да бъде едновременно в няколко орбити в един атом. За да се опишат тези явления, е създадена теория – квантовата физика. Според тази теория, например, частиците могат да бъдат размазани в пространството, но ако все пак искате да определите къде е частицата, тогава винаги ще намерите цялата частица на някакво място, тоест тя ще се срине от размазано състояние до някакво конкретно място. Тоест, смята се, че докато не измерите позицията на частица, тя изобщо няма позиция и физиката може само да предскаже с каква вероятност на какво място можете да намерите частица.

Ервин Шрьодингер, един от създателите на квантовата физика, си зададе въпроса: какво ще стане, ако, в зависимост от резултата от измерването на състоянието на микрочастицата, настъпи или не настъпи събитие. Например, това може да се приложи по следния начин: радиоактивен атом се взема с период на полуразпад, да речем, един час. Атом може да се постави в непрозрачна кутия, да се постави там устройство, което, когато продуктите от радиоактивния разпад на атома го ударят, разбива ампула с отровен газ и поставя котка в тази кутия. Тогава няма да видите отвън дали атомът се е разложил или не, тоест според квантовата теория той едновременно се е разпаднал и не се е разпаднал и котката следователно е и жива, и мъртва. Такава котка стана известна като котката на Шрьодингер.

Може да изглежда изненадващо, че котката може да бъде жива и мъртва едновременно, въпреки че формално тук няма противоречие и това не е опровержение на квантовата теория. Въпреки това могат да възникнат въпроси, например: кой може да извърши колапса на атом от размазано състояние в определено състояние и кой при такъв опит сам преминава в размазано състояние? Как протича този процес на колапс? Или как става така, че този, който извършва колапса, сам не се подчинява на законите на квантовата физика? Все още не е ясно дали тези въпроси имат смисъл и ако да, какви са отговорите на тях.

Георги Панин
завършва РХТУ им. DI. Менделеев, главен специалист на отдел „Маркетингови изследвания”

Както ни обясни Хайзенберг, поради принципа на неопределеността описанието на обектите на квантовия микросвет е от различно естество от обичайното описание на обектите от нютоновия макрокосмос. Вместо пространствени координати и скорост, които използвахме, за да опишем механичното движение на, например, топка върху билярдна маса, в квантовата механика обектите се описват с т. нар. вълнова функция. Гребенът на "вълната" съответства на максималната вероятност за намиране на частица в пространството в момента на измерване. Движението на такава вълна се описва с уравнението на Шрьодингер, което ни казва как състоянието на квантовата система се променя с времето.

Сега за котката. Всеки знае, че котките обичат да се крият в кутии (thequestion.ru). Ервин Шрьодингер също беше наясно. Освен това, с чисто скандинавска дивачество, той използва тази функция в известен мисловен експеримент. Същността му беше, че котка беше заключена в кутия с адска машина. Машината е свързана чрез реле към квантова система, например радиоактивно разпадащо се вещество. Вероятността за разпад е известна и е 50%. Адската машина работи, когато квантовото състояние на системата се промени (възникне разпад) и котката умира напълно. Ако оставим системата „Котка-кутия-адска машина-кванти“ сама за един час и си спомним, че състоянието на квантовата система е описано като вероятност, тогава става ясно, че е невъзможно да се разбере дали котката е жив или не, в даден момент със сигурност, както няма да се получи точно да се предвиди падането на монета върху глави или опашки предварително. Парадоксът е много прост: вълновата функция, описваща квантова система, смесва две състояния на котка - тя е жива и мъртва едновременно, точно както свързан електрон с еднаква вероятност може да бъде разположен навсякъде в пространството, на равно разстояние от атомното ядро. Ако не отворим кутията, не знаем как точно е котката. Без да правим наблюдения (четене на измервания) върху атомното ядро, можем да опишем неговото състояние само чрез суперпозиция (смесване) на две състояния: разложено и неразпаднало ядро. Ядрено пристрастена котка е едновременно жива и мъртва. Въпросът е следният: кога една система престава да съществува като смес от две състояния и избира едно конкретно?

Копенхагенската интерпретация на експеримента ни казва, че системата престава да бъде смес от състояния и избира едно от тях в момента, в който се извършва наблюдение, което също е измерване (кутето се отваря). Тоест самият факт на измерване променя физическата реалност, което води до колапс на вълновата функция (котката или става мъртва, или остава жива, но престава да бъде смесица от двете)! Помислете за това, експериментът и съпътстващите го измервания променят реалността около нас. Лично този факт прави мозъка ми много по-силен от алкохола. Известният Стив Хокинг също приема този парадокс трудно, като повтаря, че когато чуе за котката на Шрьодингер, ръката му посяга към Браунинг. Остротата на реакцията на изключителния физик-теоретик се дължи на факта, че според него ролята на наблюдателя в колапса на вълновата функция (изпадането й до едно от двете вероятностни) състояния е силно преувеличена.

Разбира се, когато професор Ервин замисля своята котешка измама през 1935 г., това беше хитър начин да се покаже несъвършенството на квантовата механика. Всъщност котката не може да бъде жива и мъртва едновременно. В резултат на това една от интерпретациите на експеримента беше очевидното противоречие между законите на макросвета (например вторият закон на термодинамиката - котката е или жива, или мъртва) и микросвета (котка е жив и мъртъв едновременно).

Горното се прилага на практика: в квантовите изчисления и в квантовата криптография. Оптичен кабел изпраща светлинен сигнал, който е в суперпозиция на две състояния. Ако нападателите се свържат към кабела някъде по средата и направят там сигнален кран, за да подслушват предаваната информация, тогава това ще срине вълновата функция (от гледна точка на интерпретацията от Копенхаген ще се направи наблюдение) и светлината ще отиде в едно от състоянията. След извършване на статистически тестове на светлината в приемния край на кабела, ще бъде възможно да се установи дали светлината е в суперпозиция на състояния или вече е наблюдавана и предадена на друга точка. Това дава възможност за създаване на средства за комуникация, които изключват незабележимо прихващане и подслушване на сигнал.

Друга най-нова интерпретация на мисловния експеримент на Шрьодингер е историята на Шелдън Купър от теорията за големия взрив, който разговаря с по-малко образования съсед на Пени. Смисълът на историята на Шелдън е, че концепцията за котката на Шрьодингер може да се приложи към отношенията между хората. За да разберете какво се случва между мъж и жена, какви отношения между тях: добри или лоши, просто трябва да отворите кутията. Дотогава отношенията са както добри, така и лоши. youtube.com

За мой срам искам да призная, че чух този израз, но изобщо не знаех какво означава и поне на каква тема е използван. Нека ви кажа какво прочетох в интернет за тази котка...

« Котката на Шрьодингер”- това е името на известния мисловен експеримент на известния австрийски физик-теоретик Ервин Шрьодингер, който също е носител на Нобелова награда. С помощта на този фиктивен експеримент ученият искаше да покаже непълнотата на квантовата механика при прехода от субатомни системи към макроскопични системи.

Оригиналната статия на Ервин Шрьодингер е публикувана през 1935 г. Ето цитата:

Можете също така да конструирате случаи, в които бурлеската е достатъчна. Нека някоя котка бъде заключена в стоманена камера, заедно със следната дяволска машина (която трябва да е независима от намесата на котката): вътре в брояча на Гайгер има малко количество радиоактивен материал, толкова малък, че само един атом може да се разпадне в час, но със същата вероятност може да не се разпадне; ако това се случи, четящата тръба се разрежда и се задейства реле, спускащо чука, което разбива конуса на циановодородната киселина.

Ако оставим цялата тази система сама за един час, тогава можем да кажем, че котката ще бъде жива след това време, стига атомът да не се разпадне. Първият разпад на атом би отровил котката. Пси-функцията на системата като цяло ще изрази това чрез смесване в себе си или размазване на живата и мъртвата котка (простете за израза) в равни пропорции. Типично в такива случаи е, че несигурността, първоначално ограничена до атомния свят, се трансформира в макроскопска несигурност, която може да бъде елиминирана чрез директно наблюдение. Това ни пречи наивно да приемем „модела на размазване“ като отразяващ реалността. Само по себе си това не означава нищо неясно или противоречиво. Има разлика между размита или разфокусирана снимка и снимка в облак или мъгла.

С други думи:

1. Има кутия и котка. Кутията съдържа механизъм, съдържащ радиоактивно атомно ядро ​​и контейнер с отровен газ. Експерименталните параметри са избрани така, че вероятността от ядрен разпад за 1 час да е 50%. Ако сърцевината се разпадне, газовият контейнер се отваря и котката умира. Ако не се случи разпадането на ядрото, котката остава жива и здрава.
2. Затваряме котката в кутия, чакаме един час и се питаме: котката жива ли е или мъртва?
3. Квантовата механика сякаш ни казва, че атомното ядро ​​(и следователно котката) е във всички възможни състояния по едно и също време (вижте квантовата суперпозиция). Преди да отворим кутията, системата "cat-core" е в състояние "ядрото се е разложило, котката е мъртва" с вероятност 50% и в състояние "ядрото не се е разпаднало, котката е жива" с вероятност 50%. Оказва се, че котката, която седи в кутията, е едновременно жива и мъртва.
4. Според съвременната Копенхагенска интерпретация котката е все още жива/мъртва без никакви междинни състояния. И изборът на състоянието на разпад на ядрото се случва не в момента на отваряне на кутията, а дори когато ядрото влезе в детектора. Защото редуцирането на вълновата функция на системата "котка-детектор-ядро" не е свързано с човешкия наблюдател на кутията, а е свързано с детектора-наблюдател на ядрото.

Според квантовата механика, ако ядрото на атома не се наблюдава, тогава неговото състояние се описва със смес от две състояния - разложено ядро ​​и неразложено ядро, следователно котка, седяща в кутия и олицетворяваща ядрото на атом е едновременно жив и мъртъв. Ако кутията се отвори, тогава експериментаторът може да види само едно конкретно състояние – „ядрото се е разпаднало, котката е мъртва“ или „ядрото не се е разпаднало, котката е жива“.

Същност на човешки език: Експериментът на Шрьодингер показа, че от гледна точка на квантовата механика котката е едновременно жива и мъртва, което не може да бъде. Следователно квантовата механика има значителни недостатъци.

Въпросът е следният: кога една система престава да съществува като смес от две състояния и избира едно конкретно? Целта на експеримента е да покаже, че квантовата механика е непълна без някои правила, които определят при какви условия вълновата функция се срива и котката или умира, или остава жива, но престава да бъде смес от двете. Тъй като е ясно, че котката непременно трябва да е жива или мъртва (няма междинно състояние между живота и смъртта), това ще бъде същото и за атомното ядро. Непременно трябва да бъде или разбита, или да не е разбита (Уикипедия).

Друга най-нова интерпретация на мисловния експеримент на Шрьодингер е историята на Шелдън Купър от теорията за големия взрив, който разговаря с по-малко образования съсед на Пени. Смисълът на историята на Шелдън е, че концепцията за котката на Шрьодингер може да се приложи към отношенията между хората. За да разберете какво се случва между мъж и жена, какви отношения между тях: добри или лоши, просто трябва да отворите кутията. Дотогава отношенията са както добри, така и лоши.

По-долу е даден видеоклип на този диалог на теорията за Големия взрив между Шелдън и Пени.

Илюстрацията на Шрьодингер е най-добрият пример за описване на основния парадокс на квантовата физика: според нейните закони частици като електрони, фотони и дори атоми съществуват в две състояния едновременно („живи“ и „мъртви“, ако си спомняте многострадалната котка). Тези състояния се наричат ​​суперпозиции.

Американският физик Арт Хобсън (Art Hobson) от Университета на Арканзас (Arkansas State University) предложи своето решение на този парадокс.

„Измерванията в квантовата физика се основават на работата на определени макроскопични устройства, като брояча на Гайгер, които определят квантовото състояние на микроскопичните системи – атоми, фотони и електрони. Квантовата теория предполага, че ако свържете микроскопична система (частица) към някакво макроскопично устройство, което прави разлика между две различни състояния на системата, тогава устройството (броячът на Гайгер, например) ще премине в състояние на квантово заплитане и също ще бъде едновременно в две суперпозиции. Невъзможно е обаче да се наблюдава директно това явление, което го прави неприемливо”, казва физикът.

Хобсън казва, че в парадокса на Шрьодингер котката играе ролята на макроскопско устройство, брояч на Гайгер, свързан с радиоактивно ядро, за да определи състоянието на разпад или „неразпад“ на това ядро. В този случай жива котка ще бъде индикатор за "неразпад", а мъртва котка - индикатор за разпад. Но според квантовата теория котката, подобно на ядрото, трябва да бъде в две суперпозиции на живот и смърт.

Вместо това, според физика, квантовото състояние на котката трябва да бъде заплетено със състоянието на атома, което означава, че те са в "нелокална връзка" един с друг. Тоест, ако състоянието на един от заплетените обекти внезапно се промени на обратното, тогава състоянието на неговата двойка също ще се промени по същия начин, независимо колко далеч са те. В същото време Хобсън се позовава на експерименталното потвърждение на тази квантова теория.

„Най-интересното в теорията на квантовото заплитане е, че промяната в състоянието и на двете частици настъпва моментално: нито един светлинен или електромагнитен сигнал няма да има време да прехвърли информация от една система в друга. Така че можете да кажете, че това е един обект, разделен на две части от пространство, без значение колко голямо е разстоянието между тях“, обяснява Хобсън.

Котката на Шрьодингер вече не е жива и мъртва едновременно. Той е мъртъв, ако разпадът се случи, и жив, ако разпадът никога не се случи.

Добавяме, че подобни решения на този парадокс бяха предложени от още три групи учени през последните тридесет години, но те не бяха взети сериозно и останаха незабелязани в широката научна общност. Хобсън отбелязва, че решението на парадоксите на квантовата механика, поне теоретично, е абсолютно необходимо за нейното дълбоко разбиране.

Шрьодингер

И съвсем наскоро ТЕОРЕТИТЕ ОБЯСНАХА КАК ГРАВИТАЦИЯТА УБИВА КОТКАТА НА ШРОДИНГЕР, но това вече е по-сложно ...

По правило физиците обясняват явлението, че суперпозицията е възможна в света на частиците, но невъзможна при котки или други макрообекти, намеса от околната среда. Когато квантов обект преминава през поле или взаимодейства със случайни частици, той веднага приема само едно състояние - сякаш е измерен. Ето как се срива суперпозицията, както смятаха учените.

Но дори ако по някакъв начин стане възможно да се изолира макрообектът, който е в състояние на суперпозиция, от взаимодействия с други частици и полета, тогава той все пак рано или късно ще приеме едно състояние. Поне това важи за процесите, протичащи на повърхността на Земята.

„Някъде в междузвездното пространство може би котка ще има шанс да поддържа квантова кохерентност, но на Земята или близо до която и да е планета това е изключително малко вероятно. И причината за това е гравитацията“, обяснява Игор Пиковски, водещ автор на новото изследване, от Центъра по астрофизика Харвард-Смитсониън.

Пиковски и колегите му от Виенския университет твърдят, че гравитацията има разрушителен ефект върху квантовите суперпозиции на макрообекти и затова ние не наблюдаваме подобни явления в макрокосмоса. Основната концепция на новата хипотеза, между другото, е очертана накратко в игралния филм Interstellar.

Общата теория на относителността на Айнщайн гласи, че изключително масивен обект ще изкриви пространство-времето близо до него. Като се има предвид ситуацията на по-малко ниво, можем да кажем, че за молекула, поставена близо до повърхността на Земята, времето ще тече малко по-бавно, отколкото за молекула, която е в орбитата на нашата планета.

Поради влиянието на гравитацията върху пространство-времето, молекула, която попада под това влияние, ще претърпи отклонение в позицията си. А това от своя страна би трябвало да се отрази и на нейната вътрешна енергия - вибрации на частици в една молекула, които се променят с времето. Ако една молекула бъде въведена в състояние на квантова суперпозиция на две места, тогава връзката между позицията и вътрешната енергия скоро ще принуди молекулата да „избере“ само една от двете позиции в пространството.

„В повечето случаи феноменът на декохерентност е свързан с външно влияние, но в този случай вътрешната вибрация на частиците взаимодейства с движението на самата молекула“, обяснява Пиковски.

Този ефект все още не е наблюдаван, тъй като други източници на декохерентност, като магнитни полета, топлинна радиация и вибрации, обикновено са много по-силни и причиняват разрушаване на квантовите системи много преди гравитацията. Но експериментаторите се стремят да проверят изложената хипотеза.

Подобна настройка може да се използва и за тестване на способността на гравитацията да унищожава квантовите системи. За да направите това, ще е необходимо да се сравнят вертикалните и хоризонталните интерферометри: в първия суперпозицията скоро ще изчезне поради разширяването на времето при различни "височини" на пътя, докато във втория квантовата суперпозиция може да се запази .