Schrödingerova mačka v jednoduchých slovách je podstatou experimentu. O Schrödingerovej mačke jednoduchými slovami

Určite ste už viackrát počuli, že existuje taký fenomén ako „Schrödingerova mačka“. Ale ak nie ste fyzik, s najväčšou pravdepodobnosťou si len vzdialene predstavujete, aký druh mačky je a prečo je to potrebné.
„Schrödingerova mačka“ je názov slávneho myšlienkového experimentu slávneho rakúskeho teoretického fyzika Erwina Schrödingera, ktorý je aj nositeľom Nobelovej ceny. Pomocou tohto fiktívneho experimentu chcel vedec ukázať neúplnosť kvantovej mechaniky pri prechode od subatomárnych systémov k makroskopickým systémom.
V tomto článku sa pokúšame jednoducho vysvetliť podstatu Schrödingerovej teórie o mačke a kvantovej mechanike tak, aby bola prístupná aj pre človeka, ktorý nemá vyššie technické vzdelanie. Článok tiež predstaví rôzne interpretácie experimentu, vrátane tých zo série Teória veľkého tresku.
Obsah:
1. Popis experimentu
2. Vysvetlenie jednoduchými termínmi
3. Video z The Big Bang Theory
4. Recenzie a komentáre
Popis experimentu
Pôvodný článok Erwina Schrödingera vyšiel v roku 1935. V ňom bol experiment opísaný pomocou techniky porovnávania alebo dokonca personifikácie:

Môžete tiež skonštruovať prípady, v ktorých stačí burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý by mal byť nezávislý od zásahu mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívneho materiálu, tak malé, že sa tam môže rozpadnúť iba jeden atóm. hodinu, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak k tomu dôjde, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, ktoré spustí kladivo, čím sa zlomí kužeľ kyseliny kyanovodíkovej.
Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním v sebe alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte ten výraz) v rovnakých pomeroch. Typické v takýchto prípadoch je, že neistota, pôvodne obmedzená na atómový svet, sa premení na makroskopickú neistotu, ktorú možno eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi neostrou alebo neostrou fotkou a záberom z oblaku alebo hmly.
________________________________________
Inými slovami:
1. Je tam krabica a mačka. Krabička obsahuje mechanizmus obsahujúci rádioaktívne atómové jadro a nádobu s jedovatým plynom. Experimentálne parametre sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť rozpadu jadra za 1 hodinu bola 50 %. Ak sa jadro rozpadne, plynová nádoba sa otvorí a mačka zomrie. Ak nedôjde k rozpadu jadra, mačka zostáva živá a zdravá.
2. Zatvoríme mačku do krabice, počkáme hodinu a pýtame sa sami seba: je mačka živá alebo mŕtva?
3. Kvantová mechanika nám hovorí, že atómové jadro (a teda aj mačka) je vo všetkých možných stavoch súčasne (pozri kvantovú superpozíciu). Predtým, ako sme otvorili škatuľku, je systém "cat-core" v stave "jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva" s pravdepodobnosťou 50% a v stave "jadro sa nerozpadlo, mačka žije" s pravdepodobnosťou 50 %. Ukazuje sa, že mačka sediaca v boxe je živá aj mŕtva zároveň.
4. Podľa modernej kodanskej interpretácie je mačka stále živá / mŕtva bez akýchkoľvek medzistavov. A výber stavu rozpadu jadra nastáva nie v okamihu otvorenia škatule, ale dokonca aj vtedy, keď jadro vstúpi do detektora. Pretože redukcia vlnovej funkcie systému „mačka-detektor-jadro“ nie je spojená s ľudským pozorovateľom krabice, ale je spojená s detektorom-pozorovateľom jadra.

Vysvetlenie jednoduchými slovami
Podľa kvantovej mechaniky, ak jadro atómu nie je pozorované, potom je jeho stav opísaný zmesou dvoch stavov - rozpadnuté jadro a nerozpadnuté jadro, teda mačka sediaca v krabici a zosobňujúca jadro atómu. je živý aj mŕtvy zároveň. Ak sa škatuľka otvorí, potom môže experimentátor vidieť len jeden konkrétny stav – „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“.
Podstata ľudského jazyka: Schrödingerov experiment ukázal, že z pohľadu kvantovej mechaniky je mačka živá aj mŕtva zároveň, čo nemôže byť. V dôsledku toho má kvantová mechanika značné nedostatky.
Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny? Účelom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré špecifikujú, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zomrie, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch. Keďže je jasné, že mačka musí byť nevyhnutne buď živá alebo mŕtva (medzi životom a smrťou neexistuje žiadny medzistav), bude to rovnaké pre atómové jadro. Musí byť nevyhnutne buď rozbité, alebo nerozbité (Wikipedia).
Video z The Big Bang Theory
Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera, hrdinu seriálu Teória veľkého tresku, ktorý nahovoril s menej vzdelanou susedkou Penny. Pointou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky možno aplikovať na vzťahy medzi ľuďmi. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký je medzi nimi vzťah: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Dovtedy sú vzťahy dobré aj zlé.
Nižšie je videoklip tohto dialógu Teória veľkého tresku medzi Sheldonom a Peny.
Bola mačka v dôsledku experimentu stále nažive?
Pre tých, ktorí nečítali článok pozorne, no napriek tomu sa o mačku obávajú - dobrá správa: podľa našich údajov v dôsledku myšlienkového experimentu bláznivého rakúskeho fyzika neznepokojujte sa
ANI JEDNA MAČKA SA NEZRANILA

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

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

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

Môžete tiež skonštruovať prípady, v ktorých stačí burleska. Nechajte nejakú mačku zavrieť do oceľovej komory spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý by mal byť nezávislý od zásahu mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívneho materiálu, tak malé, že sa tam môže rozpadnúť iba jeden atóm. hodinu, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa nemusí rozpadnúť; ak k tomu dôjde, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, ktoré spustí kladivo, čím sa zlomí kužeľ kyseliny kyanovodíkovej.

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

Inými slovami:

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

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

Podstata ľudského jazyka

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

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

Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho myšlienkového experimentu je príbeh Sheldona Coopera, hrdinu seriálu Teória veľkého tresku, ktorý nahovoril s menej vzdelanou susedkou Penny. Pointou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky možno aplikovať na vzťahy medzi ľuďmi. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký je medzi nimi vzťah: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Dovtedy sú vzťahy dobré aj zlé.

Nižšie je videoklip tohto dialógu Teória veľkého tresku medzi Sheldonom a Peny.

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

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

„Merania v kvantovej fyzike sú založené na prevádzke určitých makroskopických zariadení, ako je Geigerov počítač, ktorý určuje kvantový stav mikroskopických systémov – atómov, fotónov a elektrónov. Kvantová teória naznačuje, že ak pripojíte mikroskopický systém (časticu) k nejakému makroskopickému zariadeniu, ktoré rozlišuje medzi dvoma rôznymi stavmi systému, potom zariadenie (napríklad Geigerov počítač) prejde do stavu kvantového zapletenia a bude tiež súčasne v dvoch superpozíciách. Priamo pozorovať tento jav je však nemožné, čo ho robí neprijateľným,“ hovorí fyzik.

Hobson hovorí, že v Schrödingerovom paradoxe mačka zohráva úlohu makroskopického nástroja, Geigerovho počítača, spojeného s rádioaktívnym jadrom, aby určil stav rozpadu alebo „nerozpadu“ tohto jadra. V tomto prípade bude živá mačka indikátorom „nerozkladu“ a mŕtva mačka bude indikátorom rozkladu. Ale podľa kvantovej teórie musí byť mačka, rovnako ako jadro, v dvoch superpozíciách života a smrti.

Namiesto toho musí byť podľa fyzika kvantový stav mačky zapletený so stavom atómu, čo znamená, že sú medzi sebou v „nelokálnom spojení“. To znamená, že ak sa stav jedného zo zapletených predmetov náhle zmení na opačný, potom sa rovnako zmení aj stav jeho páru, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Hobson sa zároveň odvoláva na experimentálne potvrdenie tejto kvantovej teórie.

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

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

Dodávame, že podobné riešenia tohto paradoxu navrhli za posledných tridsať rokov ďalšie tri skupiny vedcov, ktoré však neboli brané vážne a v širokej vedeckej komunite zostali nepovšimnuté. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, aspoň teoretické, je absolútne nevyhnutné pre jej hlboké pochopenie.

Schrödinger

A to len nedávno TEORETICI VYSVETĽUJÚ, AKO GRAVITÁCIA ZABÍJA SCHROEDINGEROVU MAČKU ale je to čoraz ťažšie...

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

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

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

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

Einsteinova všeobecná teória relativity tvrdí, že extrémne masívny objekt bude deformovať časopriestor v jeho blízkosti. Ak vezmeme do úvahy situáciu na menšej úrovni, môžeme povedať, že pre molekulu umiestnenú blízko povrchu Zeme pôjde čas o niečo pomalšie ako pre molekulu, ktorá je na obežnej dráhe našej planéty.

Vplyvom gravitácie na časopriestor zaznamená molekula, ktorá spadá pod tento vplyv, odchýlku svojej polohy. A to by zase malo ovplyvniť aj jeho vnútornú energiu – vibrácie častíc v molekule, ktoré sa časom menia. Ak sa molekula uvedie do stavu kvantovej superpozície dvoch miest, potom by vzťah medzi polohou a vnútornou energiou čoskoro prinútil molekulu „vybrať si“ len jednu z dvoch pozícií v priestore.

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

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

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

Najznámejší paradox kvantovej mechaniky sa spája s menom rakúskeho fyzika Erwina Schrödingera.

Ide o myšlienkový experiment vykonaný na imaginárnej mačke umiestnenej v uzavretej krabici. Krabička obsahuje nádobu s jedovatým plynom, ktorý sa otvorí a zabije mačku po rozpade rádioaktívneho jadra. Pravdepodobnosť, že sa jadro rozpadne do 1 hodiny, je 1/2.

Kvantová mechanika tvrdí, že ak jadro nie je pozorované, jeho stav je zmesou dvoch možných výsledkov. To znamená, že mačka sediaca v krabici je živá aj mŕtva súčasne, kým experimentátor krabicu neotvorí a neuvidí, čo sa skutočne stalo.

Existuje komplikovaná verzia experimentu, ktorý navrhol Wigner. Ak experimentátor otvorí škatuľu a uvidí živú mačku, mačka je v laboratóriu rozpoznaná ako živá. Predpokladajme však, že experimentátor má priateľa mimo laboratória. Mačka spozná ako živú, až keď ho o tom informuje experimentátor. Ale všetci ostatní priatelia ešte nerozpoznali mačku ako živú, kým im nebol oznámený výsledok. Teda až do kým všetci ľudia vo vesmíre nepoznajú priebeh experimentu, mačka zostáva živá a mŕtva zároveň.

Objavili sa dve hlavné interpretácie kvantovej mechaniky, ktoré vysvetľujú Schrödingerov experiment rôznymi spôsobmi.

V kodanskom výklade systém si vyberie jeden z dvoch možných stavov v momente, kedy prebieha pozorovanie.

Experiment s mačkou ukazuje, že povaha samotného pozorovania nie je dostatočne definovaná: vyskytuje sa v momente otvorenia krabice alebo v momente rozpadu častice? V každom prípade pred otvorením škatule mačka vôbec nie je v stave miešania živých a mŕtvych, pretože pre makroskopické objekty neplatia zákony mikrokozmu.

Prívrženci výkladu mnohých svetov nepovažujte proces merania za nič zvláštne: predpokladá sa, že existujú oba stavy mačky. No v momente, keď pozorovateľ škatuľku otvorí, vzniknú dva stavy pozorovateľa, ktoré spolu nijako neinteragujú. To znamená, že vesmír sa rozdelí na dva ďalšie vesmíry, v jednom z ktorých pozorovateľ vidí mŕtvu mačku a v druhom - živú.

Tento výklad sa zdá byť fantastický, hoci mnohí vedci uznávajú jeho právo na existenciu na rovnakej úrovni ako kodanské.

Teória mnohých svetov poslúžila ako inšpirácia pre tvorcov filmov The Prestige (2006), Source Code (2011) a zároveň z nej vychádzajú aj niektoré myšlienky kvantovej kryptografie.

Schrödingerova mačka je známy myšlienkový experiment. Napísal ho slávny laureát Nobelovej ceny za fyziku - rakúsky vedec Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger.

Podstata experimentu bola nasledovná. Mačka bola umiestnená v uzavretej komore (boxe). Box je vybavený mechanizmom, ktorý obsahuje rádioaktívne jadro a jedovatý plyn. Parametre sú zvolené tak, aby pravdepodobnosť jadrového rozpadu za jednu hodinu bola presne päťdesiatpercentná. Ak sa jadro rozpadne, mechanizmus sa uvedie do činnosti a otvorí sa nádoba s jedovatým plynom. Preto Schrödingerova mačka zomrie.

Podľa zákonov, ak nepozorujete jadro, tak jeho stavy budú opísané podľa dvoch hlavných stavov - jadro rozpadnutého a nerozpadnutého. A tu vzniká paradox: Schrödingerova mačka, ktorá sedí v krabici, môže byť mŕtva aj živá zároveň. Ale ak je krabica otvorená, experimentátor uvidí iba jeden konkrétny stav. Buď „jadro sa rozpadlo a mačka je mŕtva“, alebo „jadro sa nerozpadlo a Schrödingerova mačka žije“.

Logicky budeme mať jeden z dvoch výstupov: buď živú mačku alebo mŕtvu. Ale v potenciáli je zviera v oboch stavoch naraz. Schrodinger sa tak pokúsil dokázať svoj názor na obmedzenia kvantovej mechaniky.

Podľa kodanskej interpretácie a najmä tohto experimentu mačka v jednej zo svojich potenciálnych fáz (mŕtva-živá) získava tieto vlastnosti až po zásahu vonkajšieho pozorovateľa do procesu. Ale kým tento pozorovateľ nie je prítomný (to znamená prítomnosť konkrétnej osoby, ktorá má cnosti jasného videnia a vedomia), mačka bude v limbu „medzi životom a smrťou“.

Slávne antické podobenstvo o mačke, ktorá chodí sama od seba, získava v kontexte tohto experimentu nové, zaujímavé odtiene.

Podľa Everetta, ktorý sa od klasického kodanského výrazne líši, sa proces pozorovania nepovažuje za nič výnimočné. Oba štáty, že Schrödingerova mačka môže byť in, môžu v tejto interpretácii existovať. Ale navzájom sa dekoherujú. To znamená, že jednota týchto štátov bude narušená práve v dôsledku interakcie s vonkajším svetom. Je to pozorovateľ, ktorý otvára škatuľu a vnáša nesúlad do stavu mačky.

Existuje názor, že rozhodujúce slovo v tejto veci by malo mať také stvorenie, ako je Schrödingerova mačka. Zmyslom tohto stanoviska je akceptovanie faktu, že v celom danom experimente je práve zviera jediným absolútne kompetentným pozorovateľom. Napríklad vedci Max Tegmark, Bruno Marshal a Hans Moraven predstavili modifikáciu vyššie uvedeného experimentu, kde hlavným uhlom pohľadu je názor mačky. V tomto prípade Schrödingerova mačka nepochybne prežije, pretože len mačka, ktorá prežila, môže pozorovať výsledky. Vedec Nadav Katz ale zverejnil svoje výsledky, v ktorých dokázal „vrátiť“ stav častice späť po zmene jej stavu. Šance na prežitie mačky sa tak výrazne zvyšujú.

Nedávno uverejnený na známom vedeckom portáli "PostNauka" autorský článok Emila Akhmedova o príčinách slávneho paradoxu, ako aj o tom, čo ním nie je.

Fyzik Emil Akhmedov o pravdepodobnostnej interpretácii, uzavretých kvantových systémoch a formulácii paradoxov.

Podľa môjho názoru je najťažšou časťou kvantovej mechaniky, psychologicky aj filozoficky a v mnohých iných ohľadoch, jej pravdepodobnostná interpretácia. Mnoho ľudí argumentovalo pravdepodobnostným výkladom. Napríklad Einstein spolu s Podolským a Rosenom prišli na paradox, ktorý vyvracia pravdepodobnostnú interpretáciu.

Okrem nich Schrödinger polemizoval aj s pravdepodobnostným výkladom kvantovej mechaniky. Ako logický rozpor v pravdepodobnostnej interpretácii kvantovej mechaniky prišiel Schrödinger s takzvaným Schrödingerovým mačacím paradoxom. Môže byť formulovaný rôznymi spôsobmi, napríklad: povedzme, že máte krabicu, v ktorej sedí mačka a k tejto krabici je pripojená fľaša smrtiaceho plynu. K spínaču tohto valca, ktorý pripúšťa alebo neprepúšťa smrtiaci plyn, je pripojené nejaké zariadenie, ktoré funguje nasledovne: je tam polarizačné sklíčko a ak prejde fotón požadovanej polarizácie, tak sa valec zapne, plyn prúdi do mačky; ak fotón nemá správnu polarizáciu, tak sa balónik nezapne, kľúč sa nezapne, balónik neprepustí plyn do mačky.

Predpokladajme, že fotón je kruhovo polarizovaný a zariadenie reaguje na lineárnu polarizáciu. Možno to nie je jasné, ale nie je to veľmi dôležité. S určitou pravdepodobnosťou bude fotón polarizovaný jedným spôsobom, s určitou pravdepodobnosťou - iným. Schrodinger povedal: Ukáže sa taká situácia, že v určitom okamihu, kým neotvoríme veko a neuvidíme, či je mačka mŕtva alebo živá (a systém je zatvorený), bude mačka s určitou pravdepodobnosťou nažive a bude s určitými mierami mŕtva. pravdepodobnosť. Možno len tak mimochodom formulujem paradox, ale výsledkom je zvláštna situácia, že mačka nie je ani živá, ani mŕtva. Takto je formulovaný paradox.

Tento paradox má podľa mňa úplne jasné a presné vysvetlenie. Možno je to môj osobný názor, ale pokúsim sa to vysvetliť. Hlavná vlastnosť kvantovej mechaniky je nasledovná: ak popisujete uzavretý systém, potom kvantová mechanika nie je nič iné ako vlnová mechanika, mechanika vĺn. To znamená, že je popísaný diferenciálnymi rovnicami, ktorých riešením sú vlny. Kde sú vlny a diferenciálne rovnice, tam sú matice a tak ďalej. Sú to dva ekvivalentné popisy: maticový popis a vlnový popis. Maticový popis patrí Heisenbergovi, vlnový patrí Schrödingerovi, ale opisujú rovnakú situáciu.

Dôležité je, že kým je systém uzavretý, je popísaný vlnovou rovnicou a to, čo sa s touto vlnou deje, je popísané nejakou vlnovou rovnicou. Celá pravdepodobnostná interpretácia kvantovej mechaniky vzniká po otvorení systému – zvonku naň pôsobí nejaký veľký klasický, teda nekvantový objekt. V momente dopadu sa prestáva popisovať touto vlnovou rovnicou. Dochádza k takzvanej redukcii vlnovej funkcie a pravdepodobnostnej interpretácii. Až do okamihu otvorenia sa systém vyvíja v súlade s vlnovou rovnicou.

Teraz musíme urobiť niekoľko poznámok o tom, ako sa veľký klasický systém líši od malého kvantového. Vo všeobecnosti možno aj veľký klasický systém opísať pomocou vlnovej rovnice, hoci tento popis je zvyčajne ťažké poskytnúť av skutočnosti je úplne zbytočný. Tieto systémy sa matematicky líšia v činnosti. Takzvaný objekt existuje v kvantovej mechanike, v teórii poľa. Pre klasický veľký systém je akcia obrovská, ale pre kvantovo malý systém je akcia malá. Navyše, gradient tejto akcie - rýchlosť zmeny tejto akcie v čase a priestore - je obrovský pre veľký klasický systém a malý pre malý kvantový. Toto je hlavný rozdiel medzi týmito dvoma systémami. Vzhľadom na to, že dej je pre klasický systém veľmi veľký, je vhodnejšie ho opísať nie nejakými vlnovými rovnicami, ale jednoducho klasickými zákonmi ako Newtonov zákon a pod. Napríklad z tohto dôvodu sa Mesiac neotáča okolo Zeme ako elektrón okolo jadra atómu, ale po určitej, jasne definovanej dráhe, po klasickej dráhe, trajektórii. Zatiaľ čo elektrón, ktorý je malým kvantovým systémom, sa vo vnútri atómu okolo jadra pohybuje ako stojatá vlna, jeho pohyb je opísaný stojatou vlnou, a to je rozdiel medzi týmito dvoma situáciami.

Meranie v kvantovej mechanike je, keď ovplyvníte malý kvantový systém veľkým klasickým systémom. Potom dôjde k zníženiu vlnovej funkcie. Podľa môjho názoru je prítomnosť balóna alebo mačky v Schrödingerovom paradoxe rovnaká ako prítomnosť veľkého klasického systému, ktorý meria polarizáciu fotónu. Meranie teda prebieha nie v momente, keď otvoríme veko škatuľky a uvidíme, či je mačka živá alebo mŕtva, ale v momente, keď fotón interaguje s polarizačným sklom. V tomto momente je teda funkcia fotónových vĺn znížená, balón je v úplne definitívnom stave: buď sa otvorí, alebo sa neotvorí, a mačka zomrie alebo nezomrie. Všetko. Neexistujú žiadne „pravdepodobnostné mačky“, že je s určitou pravdepodobnosťou živý, s určitou pravdepodobnosťou mŕtvy. Keď som povedal, že existuje veľa rôznych formulácií paradoxu Schrodingerovej mačky, povedal som len, že existuje veľa rôznych spôsobov, ako prísť so zariadením, ktoré zabije alebo udrží mačku pri živote. V skutočnosti sa formulácia paradoxu nemení.

Počul som o iných pokusoch vysvetliť tento paradox z hľadiska viacerých svetov a podobne. Podľa môjho názoru všetky tieto vysvetlenia neobstoja pri skúmaní. To, čo som počas tohto videa vysvetlil slovami, sa dá dať do matematickej podoby a overiť si správnosť tohto tvrdenia. Ešte raz zdôrazňujem, že podľa mňa k meraniu a redukcii vlnovej funkcie malého kvantového systému dochádza v momente interakcie s veľkým klasickým systémom. Takýmto veľkým klasickým systémom je mačka so zariadením, ktoré ju zabije, a nie človek, ktorý otvorí krabicu s mačkou a pozrie sa, či mačka žije alebo nie. To znamená, že meranie prebieha v momente interakcie tohto systému s kvantovou časticou a nie v momente kontroly mačky. Takéto paradoxy podľa mňa nachádzajú vysvetlenia z aplikácie teórií a zdravého rozumu.

Podstata experimentu

Pôvodná práca Schrödingera opisuje experiment takto:

Môžete tiež skonštruovať prípady, v ktorých stačí burleska. Istá mačka je zavretá v oceľovej komore spolu s nasledujúcim pekelným strojom (ktorý musí byť chránený pred priamym zásahom mačky): vo vnútri Geigerovho počítača je malé množstvo rádioaktívneho materiálu, tak malé, že sa môže rozpadnúť iba jeden atóm. za hodinu, ale s rovnakou pravdepodobnosťou sa môže a nie rozpadnúť; ak k tomu dôjde, čítacia trubica sa vybije a aktivuje sa relé, ktoré spustí kladivo, čím sa zlomí kužeľ kyseliny kyanovodíkovej. Ak celý tento systém necháme hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že po tomto čase bude mačka nažive, pokiaľ sa atóm nerozpadne. Prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to vyjadrí zmiešaním v sebe alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (prepáčte ten výraz) v rovnakých pomeroch. Typické v takýchto prípadoch je, že neistota, pôvodne obmedzená na atómový svet, sa premení na makroskopickú neistotu, ktorú možno eliminovať priamym pozorovaním. To nám bráni naivne akceptovať „model rozmazania“ ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Je rozdiel medzi neostrou alebo neostrou fotkou a záberom z oblaku alebo hmly. Podľa kvantovej mechaniky, ak jadro nie je pozorované, jeho stav je opísaný superpozíciou (zmiešaním) dvoch stavov - rozpadnutého jadra a nerozpadnutého jadra, takže mačka sediaca v boxe je na mieste živá aj mŕtva. rovnaký čas. Ak sa škatuľka otvorí, potom môže experimentátor vidieť len jeden konkrétny stav – „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“ alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka žije“. Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch stavov a vyberie si jeden konkrétny? Účelom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré špecifikujú, za akých podmienok sa vlnová funkcia zrúti a mačka buď zomrie, alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch.

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

Pôvodný článok vyšiel v roku 1935. Účelom článku bolo diskutovať o paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), ktorý publikovali Einstein, Podolsky a Rosen začiatkom toho roku.