Pisica lui Schrödinger în cuvinte simple este esența experimentului. Despre pisica lui Schrödinger în cuvinte simple

Cu siguranță ați auzit de mai multe ori că există un astfel de fenomen precum „Pisica lui Schrödinger”. Dar dacă nu ești fizician, atunci, cel mai probabil, îți imaginezi doar de la distanță ce fel de pisică este și de ce este nevoie de ea.
„Pisica lui Schrödinger” este numele celebrului experiment de gândire al celebrului fizician teoretician austriac Erwin Schrödinger, care este și laureat al Premiului Nobel. Cu ajutorul acestui experiment fictiv, omul de știință a dorit să arate incompletitudinea mecanicii cuantice în trecerea de la sistemele subatomice la sistemele macroscopice.
În acest articol se încearcă explicarea în termeni simpli a esenței teoriei lui Schrödinger despre pisica și mecanica cuantică, astfel încât să fie accesibilă unei persoane care nu are studii tehnice superioare. Articolul va prezenta și diverse interpretări ale experimentului, inclusiv cele din seria Big Bang Theory.
Conţinut:
1. Descrierea experimentului
2. Explicarea în termeni simpli
3. Videoclip din The Big Bang Theory
4. Recenzii și comentarii
Descrierea experimentului
Articolul original al lui Erwin Schrödinger a fost publicat în 1935. În el, experimentul a fost descris folosind tehnica comparației sau chiar a personificării:

Puteți construi și cazuri în care burlescul este suficient. Lasă o pisică să fie închisă într-o cameră de oțel, împreună cu următoarea mașină diabolică (care ar trebui să fie independentă de intervenția pisicii): în interiorul contorului Geiger se află o cantitate mică de material radioactiv, atât de mică încât doar un atom se poate descompune. o oră, dar cu aceeași probabilitatea s-ar putea să nu se destrame; dacă se întâmplă acest lucru, tubul de citire este descărcat și se activează un releu, coborând ciocanul, care rupe conul de acid cianhidric.
Dacă lăsăm întregul sistem în sine timp de o oră, atunci putem spune că pisica va fi în viață după acest timp, atâta timp cât atomul nu se descompune. Prima dezintegrare a unui atom ar fi otrăvit pisica. Funcția psi a sistemului în ansamblu va exprima acest lucru amestecând în sine sau mânjind pisica vie și moartă (iertați expresia) în proporții egale. Tipic în astfel de cazuri este faptul că incertitudinea, limitată inițial la lumea atomică, este transformată într-o incertitudine macroscopică care poate fi eliminată prin observare directă. Acest lucru ne împiedică să acceptăm naiv „modelul blur” ca reflectând realitatea. În sine, acest lucru nu înseamnă nimic neclar sau contradictoriu. Există o diferență între o fotografie neclară sau nefocalizată și o fotografie în nor sau ceață.
________________________________________
Cu alte cuvinte:
1. Există o cutie și o pisică. Cutia conține un mecanism care conține un nucleu atomic radioactiv și un recipient cu gaz otrăvitor. Parametrii experimentali sunt aleși astfel încât probabilitatea dezintegrarii nucleare într-o oră să fie de 50%. Dacă miezul se dezintegrează, recipientul de gaz se deschide și pisica moare. Dacă nu are loc dezintegrarea nucleului, pisica rămâne în viață și sănătoasă.
2. Închidem pisica într-o cutie, așteptăm o oră și ne întrebăm: pisica este vie sau moartă?
3. Mecanica cuantică, așa cum spune, ne spune că nucleul atomic (și, prin urmare, pisica) se află în toate stările posibile în același timp (vezi suprapunerea cuantică). Înainte de a deschide cutia, sistemul „cat-core” este în starea „nucleul s-a degradat, pisica este moartă” cu o probabilitate de 50% și în starea „nucleul nu s-a degradat, pisica este în viață” cu o probabilitate de 50%. Se dovedește că pisica care stă în cutie este și vie și moartă în același timp.
4. Conform interpretării moderne de la Copenhaga, pisica este încă vie/moartă fără stări intermediare. Și alegerea stării de dezintegrare a nucleului nu are loc în momentul deschiderii cutiei, ci chiar și atunci când nucleul intră în detector. Deoarece reducerea funcției de undă a sistemului „pisica-detector-nucleu” nu este legată de observatorul uman al cutiei, ci este legată de detector-observator al nucleului.

Explicație în cuvinte simple
Conform mecanicii cuantice, dacă nucleul unui atom nu este observat, atunci starea acestuia este descrisă printr-un amestec de două stări - un nucleu degradat și un nucleu nedescompus, prin urmare, o pisică așezată într-o cutie și personifică nucleul unui atom. este viu și mort în același timp. Dacă cutia este deschisă, atunci experimentatorul poate vedea o singură stare specifică - „nucleul s-a dezintegrat, pisica este moartă” sau „nucleul nu s-a dezintegrat, pisica este vie”.
Esența limbajului uman: experimentul lui Schrödinger a arătat că, din punctul de vedere al mecanicii cuantice, o pisică este și vie și moartă în același timp, ceea ce nu poate fi. În consecință, mecanica cuantică are defecte semnificative.
Întrebarea este următoarea: când un sistem încetează să existe ca un amestec de două stări și alege una concretă? Scopul experimentului este de a arăta că mecanica cuantică este incompletă fără niște reguli care specifică în ce condiții funcția de undă se prăbușește, iar pisica fie devine moartă, fie rămâne în viață, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor. Deoarece este clar că pisica trebuie să fie în mod necesar fie vie, fie moartă (nu există o stare intermediară între viață și moarte), acest lucru va fi același pentru nucleul atomic. Trebuie neapărat să fie rupt sau nu (Wikipedia).
Videoclip din The Big Bang Theory
O altă interpretare cea mai recentă a experimentului de gândire al lui Schrödinger este povestea lui Sheldon Cooper de la Big Bang Theory, care a vorbit cu vecinul mai puțin educat al lui Penny. Ideea poveștii lui Sheldon este că conceptul de pisica lui Schrödinger poate fi aplicat relațiilor dintre oameni. Pentru a înțelege ce se întâmplă între un bărbat și o femeie, ce fel de relație între ei: bună sau rea, trebuie doar să deschideți cutia. Până atunci, relațiile sunt atât bune, cât și rele.
Mai jos este un videoclip al acestui dialog Big Bang Theory dintre Sheldon și Peny.
Era pisica încă în viață ca urmare a experimentului?
Pentru cei care citesc articolul cu neatenție, dar încă își fac griji pentru pisică - vești bune: nu vă faceți griji, conform datelor noastre, ca urmare a unui experiment de gândire al unui fizician austriac nebun
NU A FOST RĂNIT NICIO PISICĂ

Spre rusinea mea, vreau sa recunosc ca am auzit aceasta expresie, dar nu stiam deloc ce inseamna si macar pe ce subiect a fost folosita. Să vă spun ce am citit pe internet despre această pisică...

« Pisica lui Shroedinger» - acesta este numele celebrului experiment de gândire al celebrului fizician teoretic austriac Erwin Schrödinger, care este și laureat al Premiului Nobel. Cu ajutorul acestui experiment fictiv, omul de știință a dorit să arate incompletitudinea mecanicii cuantice în trecerea de la sistemele subatomice la sistemele macroscopice.

Articolul original al lui Erwin Schrödinger a fost publicat în 1935. Iată citatul:

Puteți construi și cazuri în care burlescul este suficient. Lasă o pisică să fie închisă într-o cameră de oțel, împreună cu următoarea mașină diabolică (care ar trebui să fie independentă de intervenția pisicii): în interiorul contorului Geiger se află o cantitate mică de material radioactiv, atât de mică încât doar un atom se poate descompune. o oră, dar cu aceeași probabilitatea s-ar putea să nu se destrame; dacă se întâmplă acest lucru, tubul de citire este descărcat și se activează un releu, coborând ciocanul, care rupe conul de acid cianhidric.

Dacă lăsăm întregul sistem singur timp de o oră, atunci putem spune că pisica va fi în viață după acest timp, atâta timp cât atomul nu se descompune. Prima dezintegrare a unui atom ar fi otrăvit pisica. Funcția psi a sistemului în ansamblu va exprima acest lucru amestecând în sine sau mânjind pisica vie și moartă (iertați expresia) în proporții egale. Tipic în astfel de cazuri este faptul că incertitudinea, limitată inițial la lumea atomică, este transformată într-o incertitudine macroscopică care poate fi eliminată prin observare directă. Acest lucru ne împiedică să acceptăm naiv „modelul blur” ca reflectând realitatea. În sine, acest lucru nu înseamnă nimic neclar sau contradictoriu. Există o diferență între o fotografie neclară sau nefocalizată și o fotografie în nor sau ceață.

Cu alte cuvinte:

1. Există o cutie și o pisică. Cutia conține un mecanism care conține un nucleu atomic radioactiv și un recipient cu gaz otrăvitor. Parametrii experimentali sunt aleși astfel încât probabilitatea dezintegrarii nucleare într-o oră să fie de 50%. Dacă miezul se dezintegrează, recipientul de gaz se deschide și pisica moare. Dacă nucleul nu se descompune, pisica rămâne în viață și sănătoasă.
2. Închidem pisica într-o cutie, așteptăm o oră și ne întrebăm: pisica este vie sau moartă?
3. Mecanica cuantică, așa cum spune, ne spune că nucleul atomic (și, prin urmare, pisica) se află în toate stările posibile în același timp (vezi suprapunerea cuantică). Înainte de a deschide cutia, sistemul de miez al pisicii se află în starea „nucleul s-a degradat, pisica este moartă” cu o probabilitate de 50% și în starea „nucleul nu s-a degradat, pisica este în viață” cu o probabilitate de 50%. Se dovedește că pisica care stă în cutie este și vie și moartă în același timp.
4. Conform interpretării moderne de la Copenhaga, pisica este încă vie / moartă fără stări intermediare. Și alegerea stării de dezintegrare a nucleului nu are loc în momentul deschiderii cutiei, ci chiar și atunci când nucleul intră în detector. Deoarece reducerea funcției de undă a sistemului „pisica-detector-nucleu” nu este legată de observatorul uman al cutiei, ci este legată de detector-observator al nucleului.

Conform mecanicii cuantice, dacă nucleul unui atom nu este observat, atunci starea acestuia este descrisă printr-un amestec de două stări - un nucleu degradat și un nucleu nedescompus, prin urmare, o pisică așezată într-o cutie și personifică nucleul unui atom. este viu și mort în același timp. Dacă cutia este deschisă, atunci experimentatorul poate vedea o singură stare specifică - „nucleul s-a degradat, pisica este moartă” sau „nucleul nu s-a degradat, pisica este vie”.

Esența limbajului uman

Experimentul lui Schrödinger a arătat că, din punctul de vedere al mecanicii cuantice, o pisică este atât vie, cât și moartă în același timp, ceea ce nu poate fi. În consecință, mecanica cuantică are defecte semnificative.

Întrebarea este următoarea: când un sistem încetează să existe ca un amestec de două stări și alege una concretă? Scopul experimentului este de a arăta că mecanica cuantică este incompletă fără niște reguli care specifică în ce condiții funcția de undă se prăbușește, iar pisica fie devine moartă, fie rămâne în viață, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor. Deoarece este clar că pisica trebuie să fie în mod necesar fie vie, fie moartă (nu există o stare intermediară între viață și moarte), acest lucru va fi același pentru nucleul atomic. Trebuie neapărat să fie rupt sau nu (Wikipedia).

O altă interpretare cea mai recentă a experimentului de gândire al lui Schrödinger este povestea lui Sheldon Cooper de la Big Bang Theory, care a vorbit cu vecinul mai puțin educat al lui Penny. Ideea poveștii lui Sheldon este că conceptul de pisică a lui Schrödinger poate fi aplicat relațiilor dintre oameni. Pentru a înțelege ce se întâmplă între un bărbat și o femeie, ce fel de relație între ei: bună sau rea, trebuie doar să deschideți cutia. Până atunci, relațiile sunt atât bune, cât și rele.

Mai jos este un videoclip al acestui dialog Big Bang Theory dintre Sheldon și Peny.

Ilustrația lui Schrödinger este cel mai bun exemplu pentru a descrie principalul paradox al fizicii cuantice: conform legilor sale, particule precum electronii, fotonii și chiar atomii există în două stări în același timp („viu” și „mort”, dacă vă amintiți). pisica îndelung răbdătoare). Aceste stări se numesc suprapoziții.

Fizicianul american Art Hobson (Art Hobson) de la Universitatea din Arkansas (Universitatea de Stat din Arkansas) și-a oferit soluția la acest paradox.

„Măsurătorile în fizica cuantică se bazează pe funcționarea anumitor dispozitive macroscopice, cum ar fi contorul Geiger, care determină starea cuantică a sistemelor microscopice - atomi, fotoni și electroni. Teoria cuantică implică faptul că, dacă conectați un sistem microscopic (particulă) la un dispozitiv macroscopic care face distincția între două stări diferite ale sistemului, atunci dispozitivul (contorul Geiger, de exemplu) va intra într-o stare de întricare cuantică și va fi, de asemenea, simultan. în două suprapuneri. Cu toate acestea, este imposibil de observat direct acest fenomen, ceea ce îl face inacceptabil”, spune fizicianul.

Hobson spune că, în paradoxul lui Schrödinger, pisica joacă rolul unui dispozitiv macroscopic, un contor Geiger, conectat la un nucleu radioactiv pentru a determina starea de dezintegrare sau „nedezintegrare” a acestui nucleu. În acest caz, o pisică vie va fi un indicator al „nedegradării”, iar o pisică moartă va fi un indicator al dezintegrarii. Dar, conform teoriei cuantice, pisica, ca și nucleul, trebuie să se afle în două suprapuneri ale vieții și ale morții.

În schimb, potrivit fizicianului, starea cuantică a pisicii trebuie să fie încurcată cu starea atomului, ceea ce înseamnă că acestea se află într-o „conexiune non-locală” între ele. Adică, dacă starea unuia dintre obiectele încurcate se schimbă brusc la opus, atunci și starea perechii sale se va schimba în același mod, indiferent cât de departe sunt acestea. În același timp, Hobson se referă la confirmarea experimentală a acestei teorii cuantice.

„Cel mai interesant lucru despre teoria întanglementării cuantice este că schimbarea stării ambelor particule are loc instantaneu: niciun semnal luminos sau electromagnetic nu ar avea timp să transfere informații de la un sistem la altul. Deci, puteți spune că este un obiect împărțit în două părți de spațiu, indiferent cât de mare este distanța dintre ele”, explică Hobson.

Pisica lui Schrödinger nu mai este în viață și moartă în același timp. El este mort dacă se întâmplă decăderea și viu dacă dezintegrarea nu are loc niciodată.

Adăugăm că soluții similare la acest paradox au fost propuse de încă trei grupuri de oameni de știință în ultimii treizeci de ani, dar nu au fost luate în serios și au rămas neobservate în comunitatea științifică largă. Hobson notează că soluția paradoxurilor mecanicii cuantice, cel puțin teoretică, este absolut necesară pentru înțelegerea ei profundă.

Schrödinger

Și doar recent TEORIICII EXPLICĂ CUM GRAVITATEA OMĂ PIICA LUI SCHROEDINGER dar e din ce in ce mai greu...

De regulă, fizicienii explică fenomenul că suprapunerea este posibilă în lumea particulelor, dar imposibilă cu pisici sau alte macro-obiecte, interferențe din mediu. Atunci când un obiect cuantic trece printr-un câmp sau interacționează cu particule aleatorii, acesta presupune imediat o singură stare - ca și cum ar fi măsurat. Așa se prăbușește suprapunerea, așa cum credeau oamenii de știință.

Dar chiar dacă într-un fel ar deveni posibil să se izoleze macroobiectul, care se află într-o stare de suprapunere, de interacțiunile cu alte particule și câmpuri, atunci tot mai devreme sau mai târziu ar căpăta o singură stare. Cel puțin, acest lucru este valabil pentru procesele care au loc pe suprafața Pământului.

„Undeva în spațiul interstelar, poate că o pisică ar avea șansa să mențină coerența cuantică, dar pe Pământ sau aproape de orice planetă acest lucru este extrem de puțin probabil. Iar motivul pentru aceasta este gravitația”, explică autorul principal al noului studiu, Igor Pikovski, de la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică.

Pikovsky și colegii săi de la Universitatea din Viena susțin că gravitația are un efect distructiv asupra suprapunerilor cuantice ale macroobiectelor și, prin urmare, nu observăm astfel de fenomene în macrocosmos. Conceptul de bază al noii ipoteze, de altfel, este subliniat pe scurt în lungmetrajul Interstellar.

Teoria generală a relativității a lui Einstein afirmă că un obiect extrem de masiv va deforma spațiu-timp în apropierea lui. Având în vedere situația la un nivel mai mic, putem spune că pentru o moleculă plasată lângă suprafața Pământului, timpul va merge ceva mai încet decât pentru una care se află pe orbita planetei noastre.

Datorită influenței gravitației asupra spațiu-timpului, o moleculă care se încadrează sub această influență va experimenta o abatere a poziției sale. Și aceasta, la rândul său, ar trebui să-i afecteze și energia internă - vibrațiile particulelor dintr-o moleculă, care se schimbă în timp. Dacă o moleculă este introdusă într-o stare de suprapunere cuantică a două locații, atunci relația dintre poziție și energia internă ar forța în curând molecula să „alege” doar una dintre cele două poziții în spațiu.

„În majoritatea cazurilor, fenomenul de decoerență este asociat cu o influență externă, dar în acest caz, vibrația internă a particulelor interacționează cu mișcarea moleculei în sine”, explică Pikovsky.

Acest efect nu a fost încă observat, deoarece alte surse de decoerență, cum ar fi câmpurile magnetice, radiațiile termice și vibrațiile, sunt de obicei mult mai puternice și provoacă distrugerea sistemelor cuantice cu mult înainte ca gravitația să o facă. Dar experimentatorii caută să testeze ipoteza declarată.

O configurație similară ar putea fi folosită și pentru a testa capacitatea gravitației de a distruge sistemele cuantice. Pentru a face acest lucru, va fi necesar să comparați interferometrele verticale și orizontale: în primul, suprapunerea va dispărea în curând din cauza dilatației timpului la diferite „înălțimi” ale căii, în timp ce în al doilea, suprapunerea cuantică poate persista. .

Cel mai faimos paradox al mecanicii cuantice este asociat cu numele fizicianului austriac Erwin Schrödinger.

Acesta este un experiment de gândire efectuat pe o pisică imaginară plasată într-o cutie închisă. Cutia conține un recipient cu gaz otrăvitor care se deschide și ucide pisica după ce miezul radioactiv se descompune. Probabilitatea ca nucleul să se descompună în decurs de 1 oră este de 1/2.

Mecanica cuantică afirmă că, dacă nucleul nu este observat, atunci starea lui este un amestec de două rezultate posibile. Adică pisica care stă în cutie este și vie și moartă în același timp, până când experimentatorul deschide cutia și vede ce s-a întâmplat cu adevărat.

Există o versiune complicată a experimentului propus de Wigner. Dacă experimentatorul deschide cutia și vede o pisică vie, pisica este recunoscută ca fiind vie în laborator. Dar să presupunem că experimentatorul are un prieten în afara laboratorului. El recunoaște pisica ca fiind vie doar atunci când experimentatorul îl informează despre asta. Dar toți ceilalți prieteni nu au recunoscut încă pisica ca în viață, până când li s-a spus rezultatul. Adică până când până când toți oamenii din univers cunosc cursul experimentului, pisica rămâne vie și moartă în același timp.

Au apărut două interpretări principale ale mecanicii cuantice care explică experimentul Schrödinger în moduri diferite.

În interpretarea de la Copenhaga sistemul alege una dintre cele două stări posibile în momentul în care are loc observația.

Experimentul cu pisica arată că natura observației în sine nu este suficient de definită: are loc în momentul deschiderii cutiei sau în momentul în care particula se descompune? În orice caz, înainte de a deschide cutia, pisica nu se află deloc într-o stare de amestec între vii și morți, deoarece legile microlumii nu se aplică obiectelor macroscopice.

Adepții Interpretării Multe Lumi nu considerați că procesul de măsurare este ceva special: se presupune că există ambele stări ale pisicii. Dar în momentul în care observatorul deschide cutia, apar două stări ale observatorului, care nu interacționează între ele în niciun fel. Adică, Universul se împarte în alte două universuri, în unul dintre care observatorul vede o pisică moartă, iar în celălalt - una vie.

Această interpretare pare fantastică, deși mulți savanți îi recunosc dreptul de a exista la egalitate cu cea de la Copenhaga.

Teoria Many Worlds a servit drept inspirație pentru realizatorii filmelor The Prestige (2006), Source Code (2011) și, în același timp, unele dintre ideile criptografiei cuantice se bazează pe ea.

Pisica lui Schrödinger este un experiment de gândire celebru. A fost pusă de celebrul laureat al Nobel pentru fizică - omul de știință austriac Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger.

Esența experimentului a fost următoarea. O pisică a fost plasată într-o cameră închisă (cutie). Cutia este echipată cu un mecanism care conține un miez radioactiv și gaz otrăvitor. Parametrii sunt aleși astfel încât probabilitatea unei dezintegrare nucleară într-o oră să fie exact cincizeci la sută. Dacă miezul se dezintegrează, mecanismul va intra în acțiune și se va deschide un recipient cu gaz otrăvitor. Prin urmare, pisica lui Schrödinger va muri.

Conform legilor, dacă nu respectați nucleul, atunci stările sale vor fi descrise în funcție de două stări principale - nucleul celui degradat și cel nedegradat. Și aici apare un paradox: pisica lui Schrödinger, care stă într-o cutie, poate fi și moartă și vie în același timp. Dar dacă cutia este deschisă, experimentatorul va vedea o singură stare specifică. Fie „nucleul s-a dezintegrat și pisica este moartă”, fie „nucleul nu s-a dezintegrat și pisica lui Schrödinger este în viață”.

În mod logic, vom avea una dintre cele două ieșiri: fie o pisică vie, fie una moartă. Dar în potențial animalul se află în ambele stări deodată. Schrodinger a încercat astfel să-și demonstreze părerea despre limitările mecanicii cuantice.

Conform interpretării de la Copenhaga și a acestui experiment în special, o pisică aflată într-una dintre fazele sale potențiale (mort-vie) dobândește aceste proprietăți numai după ce un observator extern interferează cu procesul. Dar atâta timp cât acest observator nu este prezent (acest lucru implică prezența unei anumite persoane care are virtuțile clarității viziunii și conștiinței), pisica va fi în limb „între viață și moarte”.

Celebra pildă antică despre o pisică care se plimbă singură capătă nuanțe noi, interesante în contextul acestui experiment.

Potrivit lui Everett, care diferă net de cel clasic de la Copenhaga, procesul de observare nu este considerat ceva special. Ambele afirmații că pisica lui Schrödinger poate fi în pot exista în această interpretare. Dar se decoerează unul cu celălalt. Aceasta înseamnă că unitatea acestor stări va fi încălcată tocmai ca urmare a interacțiunii cu lumea exterioară. Observatorul este cel care deschide cutia și aduce discordie în starea pisicii.

Există o părere că cuvântul decisiv în această chestiune ar trebui lăsat unei astfel de creaturi precum pisica lui Schrödinger. Sensul acestei opinii este acceptarea faptului că, în întregul experiment dat, animalul este singurul observator absolut competent. De exemplu, oamenii de știință Max Tegmark, Bruno Marshal și Hans Moraven au prezentat o modificare a experimentului de mai sus, unde punctul de vedere principal este opinia pisicii. În acest caz, pisica lui Schrödinger supraviețuiește fără îndoială, deoarece doar pisica supraviețuitoare poate observa rezultatele. Dar omul de știință Nadav Katz și-a publicat rezultatele, în care a reușit să „returneze” starea particulei după ce și-a schimbat starea. Astfel, șansele de supraviețuire ale pisicii cresc semnificativ.

Publicat recent pe cunoscutul portal științific „PostNauka” articolul autorului lui Emil Akhmedov despre cauzele celebrului paradox, precum și despre ce nu este.

Fizicianul Emil Akhmedov despre interpretarea probabilistică, sistemele cuantice închise și formularea paradoxului.

În opinia mea, cea mai dificilă parte a mecanicii cuantice, atât din punct de vedere psihologic, cât și filozofic, și în multe alte privințe, este interpretarea probabilistică a acesteia. Mulți oameni au argumentat cu interpretarea probabilistică. De exemplu, Einstein, împreună cu Podolsky și Rosen, au venit cu un paradox care respinge interpretarea probabilistică.

Pe lângă ei, Schrödinger a argumentat și interpretarea probabilistică a mecanicii cuantice. Ca o contradicție logică în interpretarea probabilistică a mecanicii cuantice, Schrödinger a venit cu așa-numitul paradox al pisicii lui Schrödinger. Poate fi formulat în diferite moduri, de exemplu: să presupunem că aveți o cutie în care stă o pisică, iar la această cutie este conectată o butelie de gaz letal. La comutatorul acestui cilindru, care admite sau nu lasă gaz letal, se conectează un dispozitiv care funcționează astfel: există un geam polarizant, iar dacă un foton care trece de polarizarea necesară, atunci cilindrul pornește, gazul curge către pisică; dacă fotonul nu are aceeași polarizare, atunci balonul nu se aprinde, cheia nu se aprinde, balonul nu lasă gaz în pisică.

Să presupunem că un foton este polarizat circular, iar dispozitivul răspunde la polarizarea liniară. Poate că nu este clar, dar nu este foarte important. Cu o anumită probabilitate, fotonul va fi polarizat într-un fel, cu o anumită probabilitate - în altul. Schrodinger a spus: se dovedește o astfel de situație încât, la un moment dat, până când deschidem capacul și vedem dacă pisica este moartă sau vie (și sistemul este închis), pisica va fi vie cu o oarecare probabilitate și va fi moartă cu ceva. probabilitate. Poate formulez cu dezinvoltură un paradox, dar rezultatul este o situație ciudată că pisica nu este nici vie, nici moartă. Așa se formulează paradoxul.

În opinia mea, acest paradox are o explicație perfect clară și precisă. Poate că acesta este punctul meu de vedere personal, dar voi încerca să explic. Principala proprietate a mecanicii cuantice este următoarea: dacă descrii un sistem închis, atunci mecanica cuantică nu este altceva decât mecanica ondulatorie, mecanica undelor. Aceasta înseamnă că este descris prin ecuații diferențiale ale căror soluții sunt unde. Acolo unde există unde și ecuații diferențiale, există matrice și așa mai departe. Acestea sunt două descrieri echivalente: descrierea matricei și descrierea valului. Descrierea matricei îi aparține lui Heisenberg, descrierea undelor îi aparține lui Schrödinger, dar ei descriu aceeași situație.

Important este că, în timp ce sistemul este închis, este descris de o ecuație de undă, iar ceea ce se întâmplă cu această undă este descris de o ecuație de undă. Întreaga interpretare probabilistică a mecanicii cuantice apare după ce sistemul este deschis - este afectat din exterior de un obiect clasic mare, adică non-cuantic. În momentul impactului, acesta încetează să fie descris de această ecuație de undă. Există o așa-numită reducere a funcției de undă și o interpretare probabilistică. Până în momentul deschiderii, sistemul evoluează în conformitate cu ecuația undei.

Acum trebuie să facem câteva observații despre modul în care un sistem clasic mare diferă de unul cuantic mic. În general, chiar și un sistem clasic mare poate fi descris folosind ecuația de undă, deși această descriere este de obicei dificil de furnizat și, în realitate, este complet inutilă. Aceste sisteme diferă matematic în acțiune. Așa-numitul obiect există în mecanica cuantică, în teoria câmpului. Pentru un sistem clasic mare, acțiunea este uriașă, dar pentru un sistem cuantic mic, acțiunea este mică. Mai mult, gradientul acestei acțiuni - rata de schimbare a acestei acțiuni în timp și spațiu - este uriaș pentru un sistem clasic mare și mic pentru unul cuantic mic. Aceasta este principala diferență dintre cele două sisteme. Datorită faptului că acțiunea este foarte mare pentru un sistem clasic, este mai convenabil să o descriem nu prin anumite ecuații de undă, ci pur și simplu prin legi clasice precum legea lui Newton și așa mai departe. De exemplu, din acest motiv, Luna nu se rotește în jurul Pământului ca un electron în jurul nucleului unui atom, ci pe o anumită orbită, clar definită, de-a lungul unei orbite clasice, traiectorie. În timp ce electronul, fiind un mic sistem cuantic, în interiorul atomului din jurul nucleului se mișcă ca o undă staționară, mișcarea lui este descrisă de o undă staționară, iar aceasta este diferența dintre cele două situații.

Măsurarea în mecanica cuantică este atunci când influențezi un sistem cuantic mic cu un sistem clasic mare. După aceea, are loc reducerea funcției de undă. În opinia mea, prezența unui balon sau a unei pisici în paradoxul Schrödinger este aceeași cu prezența unui sistem clasic mare care măsoară polarizarea unui foton. În consecință, măsurarea are loc nu în momentul în care deschidem capacul cutiei și vedem dacă pisica este vie sau moartă, ci în momentul în care fotonul interacționează cu sticla polarizată. Astfel, în acest moment, are loc reducerea funcției de undă fotonică, balonul este într-o stare complet determinată: ori se deschide, ori nu se deschide, iar pisica moare ori nu moare. Tot. Nu există „pisici probabilistice” că el este viu cu o oarecare probabilitate, mort cu o oarecare probabilitate. Când am spus că paradoxul pisicii lui Schrodinger are multe formulări diferite, spuneam doar că există multe moduri diferite de a veni cu dispozitivul care ucide sau lasă pisica în viață. De fapt, formularea paradoxului nu se schimbă.

Am auzit de alte încercări de a explica acest paradox în termeni de lumi multiple și așa mai departe. În opinia mea, toate aceste explicații nu rezistă examinării. Ceea ce am explicat în timpul acestui videoclip în cuvinte poate fi pus în formă matematică, iar corectitudinea acestei afirmații poate fi verificată. Subliniez încă o dată că, în opinia mea, măsurarea și reducerea funcției de undă a unui sistem cuantic mic are loc în momentul interacțiunii cu un sistem clasic mare. Un astfel de sistem clasic mare este o pisică cu un dispozitiv care o omoară, și nu o persoană care deschide o cutie cu o pisică și vede dacă pisica este în viață sau nu. Adică, măsurarea are loc în momentul interacțiunii acestui sistem cu o particulă cuantică, și nu în momentul verificării pisicii. Astfel de paradoxuri, după părerea mea, găsesc explicații din aplicarea teoriilor și a bunului simț.

Esența experimentului

Lucrarea originală a lui Schrödinger descrie experimentul după cum urmează:

Puteți construi și cazuri în care burlescul este suficient. O anumită pisică este închisă într-o cameră de oțel, împreună cu următoarea mașinărie infernală (care trebuie protejată de intervenția directă a unei pisici): în interiorul unui contor Geiger se află o cantitate infimă de material radioactiv, atât de mică încât doar un atom se poate descompune. într-o oră, dar cu aceeași probabilitate se poate și nu se destramă; dacă se întâmplă acest lucru, tubul de citire este descărcat și se activează un releu, coborând ciocanul, care rupe conul de acid cianhidric. Dacă lăsăm întregul sistem singur timp de o oră, atunci putem spune că pisica va fi în viață după acest timp, atâta timp cât atomul nu se descompune. Prima dezintegrare a unui atom ar fi otrăvit pisica. Funcția psi a sistemului în ansamblu va exprima acest lucru amestecând în sine sau mânjind pisica vie și moartă (iertați expresia) în proporții egale. Tipic în astfel de cazuri este faptul că incertitudinea, limitată inițial la lumea atomică, este transformată într-o incertitudine macroscopică care poate fi eliminată prin observare directă. Acest lucru ne împiedică să acceptăm naiv „modelul blur” ca reflectând realitatea. În sine, acest lucru nu înseamnă nimic neclar sau contradictoriu. Există o diferență între o fotografie neclară sau nefocalizată și o fotografie în nor sau ceață. Conform mecanicii cuantice, dacă nu se face nicio observație asupra nucleului, atunci starea acestuia este descrisă printr-o suprapunere (amestecare) a două stări - un nucleu degradat și un nucleu nedegradat, prin urmare, pisica care stă în cutie este atât vie, cât și moartă. in acelasi timp. Dacă cutia este deschisă, atunci experimentatorul poate vedea o singură stare specifică - „nucleul s-a dezintegrat, pisica este moartă” sau „nucleul nu s-a dezintegrat, pisica este vie”. Întrebarea este următoarea: când un sistem încetează să existe ca un amestec de două stări și alege una concretă? Scopul experimentului este de a arăta că mecanica cuantică este incompletă fără niște reguli care specifică în ce condiții funcția de undă se prăbușește, iar pisica fie devine moartă, fie rămâne în viață, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor.

Deoarece este clar că pisica trebuie să fie în mod necesar fie vie, fie moartă (nu există nicio stare care să combine viața și moartea), acest lucru va fi același pentru nucleul atomic. Trebuie să fie în mod necesar fie degradat, fie nedegradat.

Articolul original a apărut în 1935. Scopul articolului a fost să discute despre paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) publicat de Einstein, Podolsky și Rosen la începutul aceluiași an.