Kísérlet macska egy dobozban. Mi Schrödinger macskája egyszerű szavakkal? A tapasztalat lényege emberi nyelven
Mindannyian hallottunk már a híres Schrödinger macskájáról, de tudjuk-e, hogy valójában milyen macska? Találjuk ki, és próbáljunk meg egyszerű szavakkal beszélni a híres Schrödinger macskájáról.
A Schrödinger macskája Erwin Schrödinger, a kvantummechanika egyik alapító atyja által végzett kísérlet. Ráadásul ez nem egy közönséges fizikai kísérlet, hanem szellemi.
El kell ismerni, hogy Erwin Schrödinger igen gazdag képzelőerővel rendelkező ember volt.
Tehát mi a képzeletbeli alapunk egy kísérlet elvégzéséhez? Egy macska van egy dobozban. A dobozban egy Geiger-számláló is található, nagyon kis mennyiségű radioaktív anyaggal. Az anyag mennyisége olyan, hogy egy atom órán belüli bomlásának és el nem bomlásának valószínűsége azonos. Ha az atom elbomlik, akkor egy speciális mechanizmus aktiválódik, amely hidrogén-cianiddal széttöri a lombikot, és szegény macska meghal. Ha a szétesés nem történik meg, akkor a macska továbbra is csendben ül a dobozban, és kolbászról álmodik.
Mi a lényege Schrödinger macskájának? Miért is kell ilyen szürreális élménnyel előállni?
A kísérlet eredménye szerint csak a doboz kinyitásakor derül ki, hogy a macska él-e vagy sem. A kvantummechanika szempontjából a macska (mint az anyag atomja) egyszerre két állapotban van - egyszerre él és hal. Ez Schrödinger macskájának híres paradoxona.
Ez természetesen nem lehet. Erwin Schrödinger ezt a gondolatkísérletet azért végezte, hogy bemutassa a kvantummechanika tökéletlenségét a szubatomi rendszerekről a makroszkopikus rendszerekre való átmenet során.
Íme Schrödinger saját megfogalmazása:
Olyan eseteket is készíthetsz, amelyekben elég burleszk van. Zárjanak be egy macskát egy acélkamrába a következő ördögi géppel együtt (amelynek a macska beavatkozásától függetlenül léteznie kell): egy Geiger-számlálóban van egy kis mennyiségű radioaktív anyag - olyan kicsi, hogy egy óra alatt csak egy atom bomlik le. , de ugyanolyan valószínűséggel nem bomlik szét; ha ez megtörténik, a leolvasócső lemerül, és a relé működésbe lép, elengedi a kalapácsot, ami hidrogén-cianiddal széttöri a lombikot.
Ha egy órára magára hagyjuk ezt az egész rendszert, akkor azt mondhatjuk, hogy a macska élni fog ennyi idő után, amíg az atom nem bomlik fel. Az atom legelső szétesése megmérgezné a macskát. A rendszer egészének pszi-funkciója ezt egy élő és egy döglött macska (elnézést a kifejezésért) egyenlő arányban történő összekeverésével vagy bekenésével fejezi ki. Ilyenkor jellemző, hogy az eredetileg az atomi világra korlátozódó bizonytalanság makroszkopikus bizonytalansággá alakul át, ami közvetlen megfigyeléssel kiküszöbölhető. Ez megakadályozza, hogy naivan elfogadjuk a „homályos modellt”, mint a valóságot. Ez önmagában nem jelent semmi tisztázatlant vagy ellentmondást. Különbség van az elmosódott vagy életlen fénykép és a felhőket vagy ködöt ábrázoló fotó között.
Ennek a kísérletnek határozott pozitívuma az a tény, hogy egyetlen állat sem sérült meg a kísérlet során.
Végül az anyag megszilárdítása érdekében javasoljuk, hogy nézzen meg egy videót a „The Big Bang Theory” című, jó öreg sorozatból.
És ha hirtelen bármilyen kérdése van, vagy a tanára kvantummechanikával kapcsolatos problémát kérdezett, kérjük, lépjen kapcsolatba velünk szerzőinknek. Együtt sokkal gyorsabban megoldunk minden problémát!
Ahogy Heisenberg elmagyarázta nekünk, a bizonytalansági elv miatt a kvantum-mikrovilágban a tárgyak leírása más jellegű, mint a newtoni makrovilágban szokásos objektumok leírása. A mechanikai mozgás leírásához megszokott térbeli koordináták és sebesség helyett, például egy golyó a biliárdasztalon, a kvantummechanikában az objektumokat az úgynevezett hullámfüggvény írja le. A „hullám” csúcsa annak a maximális valószínűségnek felel meg, hogy a mérés pillanatában egy részecske megtalálható a térben. Egy ilyen hullám mozgását a Schrödinger-egyenlet írja le, amely megmondja, hogyan változik egy kvantumrendszer állapota az idő múlásával.
Most a macskáról. Mindenki tudja, hogy a macskák szeretnek dobozokba bújni (). Erwin Schrödinger is tisztában volt vele. Sőt, pusztán északi fanatizmussal egy híres gondolatkísérletben használta fel ezt a tulajdonságát. A lényeg az volt, hogy egy macskát bezártak egy dobozba egy pokolgéppel. A gép egy relén keresztül csatlakozik egy kvantumrendszerhez, például egy radioaktívan bomló anyaghoz. A bomlás valószínűsége ismert, és 50%. A pokolgép akkor indul el, amikor a rendszer kvantumállapota megváltozik (bomlás következik be), és a macska teljesen meghal. Ha egy órára magára hagyod a „Macskadoboz-pokolgép-kvanta” rendszert, és eszedbe jut, hogy a kvantumrendszer állapota a valószínűséggel van leírva, akkor világossá válik, hogy ezt valószínűleg nem lehet majd kideríteni. hogy a macska életben van-e vagy sem egy adott pillanatban, ahogyan az érme fejére vagy farkára esését sem lehet előre pontosan megjósolni. A paradoxon nagyon egyszerű: a kvantumrendszert leíró hullámfüggvény összekeveri a macska két állapotát - egyszerre élő és halott, mint ahogy egy kötött elektron azonos valószínűséggel a tér bármely pontján, egyenlő távolságra található. az atommag. Ha nem nyitjuk ki a dobozt, nem tudjuk pontosan, hogy van a macska. Az atommag megfigyelései (olvasási mérése) nélkül csak két állapot szuperpozíciójával (keverésével) írhatjuk le az atommag állapotát: egy bomlott és nem bomlott magot. A nukleáris függőségben szenvedő macska egyszerre él és hal. A kérdés az: mikor szűnik meg egy rendszer két állapot keverékeként létezni, és válasszon egy konkrétat?
A kísérlet koppenhágai értelmezése azt mondja, hogy a rendszer megszűnik állapotok keveréke lenni, és a megfigyelés pillanatában választ egyet ezek közül, ami egyben mérés is (kinyílik a doboz). Vagyis maga a mérés ténye megváltoztatja a fizikai valóságot, ami a hullámfüggvény összeomlásához vezet (a macska vagy meghal, vagy életben marad, de megszűnik a kettő keveréke lenni)! Gondoljunk csak bele, a kísérlet és az azt kísérő mérések megváltoztatják a körülöttünk lévő valóságot. Személy szerint ez a tény sokkal jobban zavarja az agyamat, mint az alkohol. A jól ismert Steve Hawking is nehezen éli meg ezt a paradoxont, megismétli, hogy amikor Schrödinger macskájáról hall, a keze a Browning felé nyúl. A kiváló elméleti fizikus reakciójának súlyossága abból adódik, hogy véleménye szerint a megfigyelő szerepe a hullámfüggvény összeomlásában (két valószínűségi állapot valamelyikébe omlásában) erősen eltúlzott.
Természetesen, amikor Erwin professzor 1935-ben megfogant macskakínzása, ez egy zseniális módszer volt a kvantummechanika tökéletlenségének bemutatására. Valójában egy macska nem lehet egyszerre élő és halott. A kísérlet egyik értelmezése eredményeként nyilvánvalóvá vált, hogy ellentmondás van a makrovilág törvényei (például a termodinamika második főtétele - a macska él vagy hal) és a mikro- világ (a macska él és halott egyszerre).
A fentieket a gyakorlatban alkalmazzák: a kvantumszámítástechnikában és a kvantumkriptográfiában. Két állapot szuperpozíciójában fényjelet küldenek egy optikai kábelen keresztül. Ha a támadók valahol középen csatlakoznak a kábelhez, és ott egy jelet lecsapnak, hogy lehallgatják a továbbított információt, akkor ez összeomlik a hullámfüggvény (koppenhágai értelmezés szempontjából megfigyelés történik) és a fény az egyik állapotba kerül. A fény statisztikai vizsgálatával a kábel fogadó végén lehetővé válik annak kimutatása, hogy a fény állapotok szuperpozíciójában van-e, vagy már megfigyelték és egy másik pontra továbbították. Ez lehetővé teszi olyan kommunikációs eszközök létrehozását, amelyek kizárják az észlelhetetlen jellehallgatást és a lehallgatást.
Schrödinger gondolatkísérletének egy másik újabb értelmezése egy történet, amelyet a Big Bang Theory szereplője, Sheldon Cooper mesélt el kevésbé iskolázott szomszédjának, Pennynek. Sheldon történetének lényege, hogy a Schrödinger macskája fogalma az emberi kapcsolatokra is vonatkoztatható. Ahhoz, hogy megértsük, mi történik egy férfi és egy nő között, milyen kapcsolat van közöttük: jó vagy rossz, csak ki kell nyitni a dobozt. Addig a kapcsolat jó és rossz is.
A közelmúltban a jól ismert "PostScience" tudományos portálon megjelent Emil Akhmedov szerzői cikke a híres paradoxon megjelenésének okairól, valamint arról, hogy mi nem.
Emil Akhmedov fizikus a valószínűségi értelmezésről, a zárt kvantumrendszerekről és a paradoxon megfogalmazásáról.
Véleményem szerint a kvantummechanika pszichológiailag, filozófiailag és sok más szempontból legnehezebb része annak valószínűségi értelmezése. Sokan vitatkoztak a valószínűségi értelmezés mellett. Például Einstein, Podolskyval és Rosennel együtt olyan paradoxonnal állt elő, amely megcáfolja a valószínűségi értelmezést.
Rajtuk kívül Schrödinger a kvantummechanika valószínűségi értelmezésével is érvelt. A kvantummechanika valószínűségi értelmezésének logikai ellentmondásaként Schrödinger előállt az úgynevezett Schrödinger-macska paradoxonnal. Többféleképpen is megfogalmazható, például: tegyük fel, hogy van egy doboz, amelyben egy macska ül, és ehhez a dobozhoz csatlakozik egy palack halálos gáz. Ennek a hengernek a kapcsolójára csatlakozik valami eszköz, ami beengedi vagy nem engedi be a halálos gázt, ami a következőképpen működik: van egy polarizáló üveg, és ha az áthaladó foton a szükséges polarizációjú, akkor a henger elfordul. be, a gáz a macskához áramlik; ha a foton rossz polarizációjú, akkor a henger nem kapcsol be, a kulcs nem kapcsol be, a henger nem enged be gázt a macskába.
Tegyük fel, hogy a foton cirkulárisan polarizált, és a készülék lineáris polarizációra reagál. Lehet, hogy ez nem egyértelmű, de nem is nagyon fontos. Bizonyos valószínűséggel a foton valamilyen módon polarizálódik, bizonyos valószínűséggel - más módon. Schrödinger elmondta: a helyzet úgy alakul, hogy egy ponton, amíg fel nem nyitjuk a fedelet, és meglátjuk, hogy a macska halott-e vagy él-e (és a rendszer zárva van), a macska bizonyos valószínűséggel életben lesz, és bizonyos esetekben meghal. valószínűség. Talán hanyagul fogalmazom meg a paradoxont, de a végeredmény egy furcsa helyzet: a macska se nem él, se nem halt meg. Így fogalmazódik meg a paradoxon.
Véleményem szerint ennek a paradoxonnak teljesen világos és pontos magyarázata van. Talán ez az én személyes álláspontom, de megpróbálom elmagyarázni. A kvantummechanika fő tulajdonsága a következő: ha egy zárt rendszert írunk le, akkor a kvantummechanika nem más, mint hullámmechanika, hullámmechanika. Ez azt jelenti, hogy differenciálegyenletek írják le, amelyek megoldásai hullámok. Ahol hullámok és differenciálegyenletek vannak, ott vannak mátrixok és így tovább. Ez két egyenértékű leírás: mátrixleírás és hullámleírás. A mátrixleírás Heisenbergé, a hullámleírás Schrödingeré, de ugyanazt a helyzetet írják le.
A következő fontos: amíg a rendszer zárt, azt egy hullámegyenlet írja le, és ami ezzel a hullámmal történik, azt valamilyen hullámegyenlet írja le. A kvantummechanika teljes valószínűségi értelmezése a rendszer megnyitása után jön létre - kívülről valamilyen nagy klasszikus, azaz nem kvantum objektum befolyásolja. Az ütközés pillanatában megszűnik ez a hullámegyenlet leírni. Felmerül az úgynevezett hullámfüggvény-redukció és a valószínűségi értelmezés. A nyitás pillanatáig a rendszer a hullámegyenletnek megfelelően fejlődik.
Most néhány megjegyzést kell tennünk azzal kapcsolatban, hogy miben különbözik egy nagy klasszikus rendszer a kis kvantumrendszertől. Általánosságban elmondható, hogy egy nagy klasszikus rendszer is leírható hullámegyenlet segítségével, bár ezt a leírást általában nehéz megadni, a valóságban pedig teljesen felesleges. Ezek a rendszerek matematikailag különböznek cselekvéseikben. Az úgynevezett objektum létezik a kvantummechanikában, a térelméletben. Egy klasszikus nagy rendszernél a cselekvés hatalmas, de egy kvantum kis rendszernél kicsi. Sőt, ennek a cselekvésnek a gradiense - ennek a cselekvésnek a változási sebessége időben és térben - hatalmas egy nagy klasszikus rendszernél, és kicsi egy kis kvantumrendszernél. Ez a fő különbség a két rendszer között. Tekintettel arra, hogy a művelet nagyon nagy egy klasszikus rendszerben, kényelmesebb nem néhány hullámegyenlet segítségével leírni, hanem egyszerűen klasszikus törvényekkel, például Newton törvényével és így tovább. Például emiatt a Hold nem úgy forog a Föld körül, mint egy elektron az atommag körül, hanem egy bizonyos, világosan meghatározott pálya mentén, klasszikus pálya, pálya mentén. Míg az elektron, mint kis kvantumrendszer, állóhullámként mozog egy atom belsejében az atommag körül, addig mozgását állóhullám írja le, és ez a különbség a két helyzet között.
A kvantummechanikában az a mérés, amikor egy kis kvantumrendszert befolyásolunk egy nagy klasszikus rendszerrel. Ezt követően a hullámfüggvény csökken. Véleményem szerint egy léggömb vagy macska jelenléte a Schrödinger-paradoxonban megegyezik egy nagy klasszikus rendszer jelenlétével, amely egy foton polarizációját méri. Ennek megfelelően a mérés nem abban a pillanatban történik, amikor kinyitjuk a doboz fedelét, és megnézzük, hogy a macska él-e vagy meghalt, hanem abban a pillanatban, amikor a foton kölcsönhatásba lép a polarizáló üveggel. Így ebben a pillanatban a fotonhullám-függvény lecsökken, a ballon egy nagyon specifikus állapotba kerül: vagy kinyílik, vagy nem nyílik, és a macska meghal, vagy nem hal meg. Minden. Nincsenek „valószínű macskák”, hogy bizonyos valószínűséggel életben van, bizonyos valószínűséggel meghalt. Amikor azt mondtam, hogy a Schrödinger macskája paradoxonának sokféle megfogalmazása van, csak annyit mondtam, hogy sokféleképpen lehet olyan eszközt kitalálni, amely megöli vagy életben hagyja a macskát. Lényegében a paradoxon megfogalmazása nem változik.
Hallottam más próbálkozásokról is, amelyek ezt a paradoxont a világok sokaságával és így tovább magyarázzák. Véleményem szerint mindezek a magyarázatok nem bírják a kritikát. Amit ebben a videóban szavakkal elmagyaráztam, az matematikai formába önthető, és ennek az állításnak az igazsága ellenőrizhető. Még egyszer hangsúlyozom, hogy véleményem szerint egy kis kvantumrendszer hullámfüggvényének mérése és csökkentése egy nagy klasszikus rendszerrel való kölcsönhatás pillanatában történik. Egy ilyen nagy klasszikus rendszer a macska egy olyan eszközzel együtt, amely megöli, és nem az, aki kinyit egy dobozt egy macskával, és megnézi, hogy a macska él-e vagy sem. Vagyis a mérés a rendszer kvantumrészecskékkel való kölcsönhatásának pillanatában történik, és nem a macska ellenőrzésének pillanatában. Az ilyen paradoxonok véleményem szerint az elméletek és a józan ész alkalmazása révén magyarázatot találnak.
Maga a kísérlet lényege
Schrödinger eredeti írása a következőképpen írta le a kísérletet:
Olyan eseteket is készíthetsz, amelyekben elég burleszk van. Egy bizonyos macska egy acélkamrába van zárva a következő pokolgéppel együtt (amelyet védeni kell a macska közvetlen beavatkozásától): a Geiger-számláló belsejében egy kis mennyiségű radioaktív anyag található, olyan kicsi, hogy csak egy atom bomlik le óra, de ugyanolyan valószínűséggel, hogy és ne essen szét; ha ez megtörténik, a leolvasócső lemerül, és a relé működésbe lép, elengedi a kalapácsot, ami hidrogén-cianiddal széttöri a lombikot. Ha egy órára magára hagyjuk ezt az egész rendszert, akkor azt mondhatjuk, hogy a macska élni fog ennyi idő után, amíg az atom nem bomlik fel. Az atom legelső szétesése megmérgezné a macskát. A rendszer egészének pszi-funkciója ezt egy élő és egy döglött macska (elnézést a kifejezésért) egyenlő arányban történő összekeverésével vagy bekenésével fejezi ki. Ilyenkor jellemző, hogy az eredetileg az atomi világra korlátozódó bizonytalanság makroszkopikus bizonytalansággá alakul át, ami közvetlen megfigyeléssel kiküszöbölhető. Ez megakadályozza, hogy naivan elfogadjuk a „homályos modellt”, mint a valóságot. Ez önmagában nem jelent semmi tisztázatlant vagy ellentmondást. Különbség van az elmosódott vagy életlen fénykép és a felhőket vagy ködöt ábrázoló fotó között. A kvantummechanika szerint, ha nem történik megfigyelés az atommagról, akkor annak állapotát két állapot - egy elpusztult és egy el nem bomlott mag - szuperpozíciója (keveredése) írja le, ezért a dobozban ülő macska él és halott is. egy időben. Ha a dobozt kinyitják, a kísérletező csak egy meghatározott állapotot láthat: „a mag elpusztult, a macska meghalt” vagy „a mag nem bomlott, a macska él”. A kérdés a következő: mikor szűnik meg egy rendszer két állapot keverékeként létezni, és válasszon egy konkrétat? A kísérlet célja annak bemutatása, hogy a kvantummechanika hiányos néhány olyan szabály nélkül, amelyek megmutatják, milyen körülmények között omlik össze a hullámfüggvény, és a macska vagy meghal, vagy életben marad, de már nem a kettő keveréke.
Mivel világos, hogy egy macskának vagy élõnek vagy halottnak kell lennie (nincs életet és halált egyesítõ állapot), ez az atommag esetében is hasonló lesz. Ennek vagy romlottnak vagy romlatlannak kell lennie.
Az eredeti cikk 1935-ben jelent meg. A cikk célja az Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxon (EPR) megvitatása volt, amelyet Einstein, Podolsky és Rosen adott ki az év elején.
Nem mindenki olvas könyveket az emberiség nagyszerű találmányairól. De minden bizonnyal mindenki, aki nézte a „The Big Bang Theory” című tévésorozatot, hallott már olyan jelenségről, mint a „Schrödinger macskája”. Mivel a kvantummechanikához kapcsolódik, a műszaki végzettség nélküli embernek meglehetősen nehéz megérteni a jelentését. Próbáljuk meg kitalálni, mit jelent egyszerű szavakkal a "Schrödinger macskája" fogalma.
Tartalom:
Rövid történelmi háttér
Erwin Schrödinger- híres fizikus, a kvantummechanika elméletének egyik megalkotója. Tudományos tevékenységének megkülönböztető vonása volt az úgynevezett másodlagos jelleg. Ritkán tette meg az első lépést bárminek a kutatásában.
Alapvetően Schrödinger valaki más találmányairól vagy tudományos eredményeiről írt recenziókat, kritizálta a szerzőt, vagy elkezdte mások kutatásának és felfedezésének továbbfejlesztését. Bár természeténél fogva individualista volt, nem tudott nem hagyatkozni mások ötleteire és gondolataira, amelyeket kutatásaiban alapul vett. Ennek ellenére óriási mértékben hozzájárult a kvantummechanika fejlődéséhez, nagyrészt „Schrödinger macskája” rejtélyének köszönhetően.
Schrödinger tudományos eredményei a következők:
- a hullámmechanika koncepciójának megalkotása (ezért 1933-ban Nobel-díjat kapott);
- bevezette a „leírás objektivitása” kifejezést a tudományos forgalomba - alátámasztotta a tudományos elméletek lehetőségét a kutatás alanya (külső szemlélő) közvetlen részvétele nélkül a környező valóság leírására;
- kidolgozta a relativitáselméletet;
- termodinamikai folyamatokat és nemlineáris Born elektrodinamikát tanult;
- kísérleteket tett egy egységes térelmélet létrehozására.
Schrödinger macska koncepciója
"Schrödinger macskája"- Schrödinger elméletének híres rejtvénye, egy osztrák elméleti fizikus által végzett gondolatkísérlet, melynek segítségével sikerült demonstrálni a kvantummechanika hiányosságát a mikrorendszerekből a makrorendszerekbe való átmenetben. Ez az egész elmélet a tudósoknak a kvantummechanika vívmányaival kapcsolatos kritikáin alapul.
Mielőtt rátérnénk a kísérlet leírására, meg kell határozni a benne használt alapfogalmakat. A híres jelenség fő posztulátuma kimondja, hogy amíg senki nem figyeli a rendszert, addig az benne van szuperpozíciós pozíció– egyidejűleg két vagy több olyan állapotban, amely kizárja a kölcsönös létet. Schrödinger maga adta a szuperpozíció következő definícióját - ez egy kvantumképesség (a kvantum szerepe lehet egy elektron, egy foton vagy egy atommag), hogy egyszerre több állapotban vagy több térbeli pontban legyen, miközben nem az egyik a rendszert figyeli. A kvantum a mikrokörnyezet mikroszkopikus objektuma.
A kísérlet leírása
Az eredeti cikk, amelyben Schrödinger elmagyarázza kísérletét, 1935-ben jelent meg. A kísérlet leírásához az összehasonlítás módszerét, sőt a megszemélyesítést alkalmazták.
Nagyon nehéz megérteni, hogy Schrödinger pontosan mire gondolt e cikk tanulmányozása közben. Megpróbálom egyszerű szavakkal leírni a kísérlet lényegét.
A macskát egy radioaktív atommagot és mérgező gázzal töltött tartályt tartalmazó dobozba helyeztük. A kísérletet pontosan megválasztott paraméterekkel végezzük az atommag bomlásának valószínűségére - 50% 1 óra alatt. Amikor a mag szétesik, gáz szivárog a tartályból, ami a macska halálához vezet. Ha ez nem történik meg, semmi sem történik a macskával, él és egészséges.
Eltelik egy óra, és választ szeretnénk kapni arra a kérdésre: meghalt a macska, vagy még él? Schrödinger elmélete szerint az atommag, akárcsak a macska, egy dobozban egyszerre több állapotban van (szuperpozíció definíciója). A doboz kinyitásáig a mikrorendszer, amelyben az atommag és a macska található, 50%-os valószínűséggel „a mag elpusztult, a macska meghalt” állapotú, és ugyanilyen valószínűséggel kijelenti: "a mag nem bomlott el, a macska él." Ez megerősíti azt a hipotézist, hogy a dobozban ülő macska egyszerre él és halott, vagyis egyszerre több állapotban van, ugyanabban az időpillanatban. Kiderül, hogy a dobozban ülő macska egyszerre él és hal.
Egyszerűen fogalmazva, „Schrödinger macskája” jelensége magyarázza a tény lehetőségét hogy a kvantummechanika szempontjából a macska él és halott is, ami a valóságban lehetetlen. Ennek alapján megállapíthatjuk, hogy a kvantummechanika elméletében jelentős hibák vannak.
Ha nem figyeli meg az atommagot egy mikrorendszerben, akkor két állapot keveredik - a bomlott és az el nem bomlott mag. A doboz kinyitásakor a kísérletvezető csak egy meghatározott állapotot figyelhet meg. Mivel a macska megszemélyesíti az atommagot, az is csak egy állapotban lesz - élő vagy halott.
A paradoxon megoldása – a koppenhágai értelmezés
Koppenhágai tudósok megfejtették Schrödinger macskájának rejtélyét. A modern koppenhágai értelmezés szerint a macska él/halott minden köztes állapot nélkül, mert a sejtmag nem a doboz kinyitásakor bomlik le, vagy nem bomlik el, hanem még korábban - amikor a mag a detektorba kerül. Ennek magyarázata a következő: a „macskadetektor-mag” mikrorendszer hullámfüggvényének redukciója nem a dobozt megfigyelő személlyel, hanem a mag detektor-megfigyelőjével áll kapcsolatban.
A Schrödinger macskája jelenségének ez az értelmezése tagadja annak lehetőségét, hogy a macska szuperpozíciós állapotban legyen a doboz kinyitása előtt – egyidejűleg élő/halott macska állapotában. A macska egy makrorendszerben mindig csak egy állapotban van.
Fontos! Schrödinger kísérlete kimutatta, hogy egy mikroobjektum és egy makroobjektum különböző törvények szerint viselkedik a rendszerekben – a kvantumfizika törvényei, illetve a klasszikus értelemben vett fizika törvényei szerint.
De nincs olyan tudomány, amely a makrorendszerből a mikrorendszerbe való átmenet alatti jelenségeket tanulmányozná. Erwin Schrödinger éppen az általános fizikaelmélet gyengeségének és hiányosságának bizonyítása érdekében állt elő egy ilyen kísérlet elvégzésének ötletével. Legmélyebb vágya az volt, hogy konkrét tapasztalatokon keresztül bebizonyítsa, minden tudomány teljesíti a maga feladatát: a klasszikus fizika a makroobjektumokat, a kvantumfizika a mikroobjektumokat vizsgálja. Tudományos ismeretek fejlesztésére van szükség ahhoz, hogy leírhassuk a rendszerekben a nagy objektumokról a kicsikre való átmenet folyamatát.
Egy hétköznapi ember számára nagyon nehéz azonnal megérteni ennek a paradoxonnak a lényegét. Hiszen minden ember tudatában ott van az a meggyőződés, hogy az anyagi világ bármely tárgya egy adott pillanatban csak egy ponton helyezkedhet el.
De Schrödinger elmélete csak mikroobjektumokra alkalmazható, míg a macska a makrokozmosz tárgya.
A Schrödinger macska-paradoxon legújabb értelmezése a The Big Bang Theory című tévésorozatban való felhasználása, amelyben a főszereplő Sheldon Cooper elmagyarázta a lényegét a kevésbé iskolázott Pennynek. Cooper ezt a jelenséget az emberi kapcsolatok területére helyezte át. Annak megértéséhez, hogy az ellenkező nemű emberek közötti kapcsolatok jók vagy rosszak, csak ki kell nyitnia a dobozt. Eddig a pillanatig minden kapcsolat jó és rossz is.
Talán néhányan hallották a „Schrödinger macskája” kifejezést. A legtöbb ember számára azonban ez a név semmit sem jelent.
Ha gondolkodó alanynak tartja magát, sőt értelmiséginek vallja magát, akkor feltétlenül meg kell találnia, mi Schrödinger macskája, és miért lett híres a tudományban.
Schrödinger macskája Erwin Schrödinger osztrák elméleti fizikus által javasolt gondolatkísérlet. Ez a tehetséges tudós 1933-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat.
Híres kísérletével meg akarta mutatni a kvantummechanika hiányosságát a szubatomi rendszerekről a makroszkopikus rendszerekre való átmenet során.
Kérjük, vegye figyelembe
Erwin Schrödinger egy macska eredeti példájával próbálta megmagyarázni elméletét. A lehető legegyszerűbbé akarta tenni, hogy gondolatát bárki megértse.
Hogy sikerült-e vagy sem, a cikk végéig elolvasva megtudhatja.
A Schrödinger-féle macskakísérlet lényege
Tegyük fel, hogy egy bizonyos macska be van zárva egy acélkamrába egy ilyen pokolgéppel (amelyet meg kell védeni a macska közvetlen beavatkozásától): a Geiger-pult belsejében olyan parányi mennyiségű radioaktív anyag van, hogy csak egy atom bomlik le egy órán belül. , de ugyanolyan valószínűséggel nem bomlik szét; ha ez megtörténik, a leolvasócső lemerül, és a relé működésbe lép, elengedi a kalapácsot, ami hidrogén-cianiddal széttöri a lombikot.
Ha egy órára magára hagyjuk ezt az egész rendszert, akkor azt mondhatjuk, hogy a macska élni fog ennyi idő után, amíg az atom nem bomlik fel.
Az atom legelső szétesése megmérgezné a macskát. A rendszer egészének pszi-funkciója ezt egy élő és egy döglött macska (elnézést a kifejezésért) egyenlő arányban történő összekeverésével vagy bekenésével fejezi ki.
Ilyenkor jellemző, hogy az eredetileg az atomi világra korlátozódó bizonytalanság makroszkopikus bizonytalansággá alakul át, ami közvetlen megfigyeléssel kiküszöbölhető.
Ez megakadályozza, hogy naivan elfogadjuk a „homályos modellt”, mint a valóságot. Ez önmagában nem jelent semmi tisztázatlant vagy ellentmondást.
Különbség van az elmosódott vagy életlen fénykép és a felhőket vagy ködöt ábrázoló fotó között.
Vagyis van egy dobozunk és egy macskánk. A doboz egy radioaktív atommaggal ellátott eszközt és egy mérgező gázt tartalmazó tartályt tartalmaz.
A kísérlet során az atommag bomlásának vagy el nem bomlásának valószínűsége 50%. Ezért, ha bomlik, az állat elpusztul, és ha a mag nem bomlik le, Schrödinger macskája életben marad.
Bezárjuk a macskát egy dobozba, és várunk egy órát, elgondolkodva az élet gyarlóságán.
A kvantummechanika törvényei szerint az atommag (és következésképpen maga a macska) egyidejűleg minden lehetséges állapotban lehet (lásd kvantum-szuperpozíció).
Amíg a dobozt fel nem nyitják, a „macskamag” rendszer két lehetséges kimenetelét feltételezi: „a sejtmag bomlása – a macska meghalt” 50%-os valószínűséggel és „a mag bomlása nem történt meg – a macska él ” ugyanolyan valószínűséggel.
Kiderül, hogy Schrödinger macskája, aki a dobozban ül, egyszerre él és hal.
A koppenhágai értelmezés szerint mindenesetre a macska egyszerre él és hal. A nukleáris bomlás választása nem akkor történik meg, amikor kinyitjuk a dobozt, hanem akkor is, amikor az atommag eltalálja a detektort.
Ennek az az oka, hogy a „macskadetektor-mag” rendszer hullámfüggvényének csökkentése semmilyen módon nem kapcsolódik a kívülről megfigyelő személlyel. Közvetlenül kapcsolódik az atommag detektor-megfigyelőjéhez.
A kvantummechanika törvényei szerint, ha nincs megfigyelés az atommagról, az kettős lehet: vagyis a bomlás vagy megtörténik, vagy nem.
Ebből az következik, hogy a macska, amely a dobozban van és a sejtmagot képviseli, egyszerre lehet élő és halott is.
De abban a pillanatban, amikor a megfigyelő úgy dönt, hogy kinyitja a dobozt, a két lehetséges állapot közül csak egyet láthat majd.
De most felvetődik egy logikus kérdés: pontosan mikor szűnik meg a rendszer kettős formában?
Ennek a tapasztalatnak köszönhetően Schrödinger azzal érvelt, hogy a kvantummechanika hiányos bizonyos szabályok nélkül, amelyek megmagyaráznák, mikor omlik össze a hullámfüggvény.
Figyelembe véve azt a tényt, hogy Schrödinger macskájának előbb-utóbb élővé vagy halottá kell válnia, ez hasonló lesz az atommag esetében is: az atombomlás vagy megtörténik, vagy nem.
A tapasztalat lényege emberi nyelven
Schrödinger egy macska példáján akarta megmutatni, hogy a kvantummechanika szerint az állat egyszerre lesz élő és halott. Ez valójában lehetetlen, amiből az a következtetés vonható le, hogy a mai kvantummechanikának jelentős hibái vannak.
Videó a "The Big Bang Theory" című filmből
A sorozat szereplője Sheldon Cooper megpróbálta elmagyarázni „közeli elméjű” barátjának a Schrödinger macskája kísérlet lényegét. Ehhez a férfi és nő kapcsolatának példáját használta fel.
Ahhoz, hogy megtudja, milyen kapcsolatuk van, csak ki kell nyitnia a dobozt. Közben lezárják, kapcsolatuk lehet pozitív és negatív is egyben.
https://interesnyefakty.org/wp-content/uploads/Kot-SHredingera.mp4
Túlélte Schrödinger macskája az élményt?
Ha valamelyik olvasónk aggódik a macska miatt, akkor nyugodjon meg. A kísérlet során egyik macska sem halt meg, és maga Schrödinger mentális kísérletnek nevezte kísérletét, vagyis olyannak, amelyet kizárólag az elmében hajtanak végre.
Reméljük, megérti a Schrödinger-macska kísérlet lényegét. Ha bármilyen kérdése van, felteheti őket a megjegyzésekben. És természetesen ossza meg ezt a cikket a közösségi hálózatokon.
Ha szereted az érdekes tényeket, iratkozz fel az oldalra énérdekesFakty.org bármilyen kényelmes módon. Nálunk mindig érdekes!
Tetszett a poszt? Nyomja meg bármelyik gombot:
Schrödinger macskaparadoxona. A jelentés magyarázata
A közelmúltban a jól ismert „PostScience” tudományos portálon megjelent Emil Akhmedov szerzői cikke a híres paradoxon megjelenésének okairól, valamint arról, hogy mi nem.
Emil Akhmedov fizikus a valószínűségi értelmezésről, a zárt kvantumrendszerekről és a paradoxon megfogalmazásáról
Véleményem szerint a kvantummechanika pszichológiailag, filozófiailag és sok más szempontból legnehezebb része annak valószínűségi értelmezése. Sokan vitatkoztak a valószínűségi értelmezés mellett. Például Einstein, Podolskyval és Rosennel együtt olyan paradoxonnal állt elő, amely megcáfolja a valószínűségi értelmezést.
Rajtuk kívül Schrödinger a kvantummechanika valószínűségi értelmezésével is érvelt. A kvantummechanika valószínűségi értelmezésének logikai ellentmondásaként Schrödinger előállt az úgynevezett Schrödinger-macska paradoxonnal.
Többféleképpen is megfogalmazható, például: tegyük fel, hogy van egy doboz, amelyben egy macska ül, és ehhez a dobozhoz csatlakozik egy palack halálos gáz.
Ennek a hengernek a kapcsolójára csatlakozik valami eszköz, ami beengedi vagy nem engedi be a halálos gázt, ami a következőképpen működik: van egy polarizáló üveg, és ha az áthaladó foton a szükséges polarizációjú, akkor a henger elfordul. be, a gáz a macskához áramlik; ha a foton rossz polarizációjú, akkor a henger nem kapcsol be, a kulcs nem kapcsol be, a henger nem enged be gázt a macskába.
Tegyük fel, hogy a foton cirkulárisan polarizált, és a készülék lineáris polarizációra reagál. Lehet, hogy ez nem egyértelmű, de nem is nagyon fontos. Bizonyos valószínűséggel a foton valamilyen módon polarizálódik, bizonyos valószínűséggel - más módon.
Schrödinger elmondta: a helyzet úgy alakul, hogy egy ponton, amíg fel nem nyitjuk a fedelet, és meglátjuk, hogy a macska halott-e vagy él-e (és a rendszer zárva van), a macska bizonyos valószínűséggel életben lesz, és bizonyos esetekben meghal. valószínűség.
Talán hanyagul fogalmazom meg a paradoxont, de a végeredmény egy furcsa helyzet: a macska se nem él, se nem halt meg. Így fogalmazódik meg a paradoxon.
Véleményem szerint ennek a paradoxonnak teljesen világos és pontos magyarázata van. Talán ez az én személyes álláspontom, de megpróbálom elmagyarázni. A kvantummechanika fő tulajdonsága a következő: ha egy zárt rendszert írunk le, akkor a kvantummechanika nem más, mint hullámmechanika, hullámmechanika.
Kérjük, vegye figyelembe
Ez azt jelenti, hogy differenciálegyenletek írják le, amelyek megoldásai hullámok. Ahol hullámok és differenciálegyenletek vannak, ott vannak mátrixok és így tovább. Ez két egyenértékű leírás: mátrixleírás és hullámleírás.
A mátrixleírás Heisenbergé, a hullámleírás Schrödingeré, de ugyanazt a helyzetet írják le.
A következő fontos: amíg a rendszer zárt, azt egy hullámegyenlet írja le, és ami ezzel a hullámmal történik, azt valamilyen hullámegyenlet írja le.
A kvantummechanika teljes valószínűségi értelmezése a rendszer megnyitása után jön létre - kívülről valamilyen nagy klasszikus, azaz nem kvantum objektum befolyásolja. Az ütközés pillanatában megszűnik ez a hullámegyenlet leírni.
Felmerül az úgynevezett hullámfüggvény-redukció és a valószínűségi értelmezés. A nyitás pillanatáig a rendszer a hullámegyenletnek megfelelően fejlődik.
Most néhány megjegyzést kell tennünk azzal kapcsolatban, hogy miben különbözik egy nagy klasszikus rendszer a kis kvantumrendszertől. Általánosságban elmondható, hogy egy nagy klasszikus rendszer is leírható hullámegyenlet segítségével, bár ezt a leírást általában nehéz megadni, a valóságban pedig teljesen felesleges.
Ezek a rendszerek matematikailag különböznek cselekvéseikben. Az úgynevezett objektum létezik a kvantummechanikában, a térelméletben. Egy klasszikus nagy rendszernél a cselekvés hatalmas, de egy kvantum kis rendszernél kicsi.
Sőt, ennek a cselekvésnek a gradiense - ennek a cselekvésnek a változási sebessége időben és térben - hatalmas egy nagy klasszikus rendszernél, és kicsi egy kis kvantumrendszernél. Ez a fő különbség a két rendszer között.
Tekintettel arra, hogy a művelet nagyon nagy egy klasszikus rendszerben, kényelmesebb nem néhány hullámegyenlet segítségével leírni, hanem egyszerűen klasszikus törvényekkel, például Newton törvényével és így tovább.
Például emiatt a Hold nem úgy forog a Föld körül, mint egy elektron az atommag körül, hanem egy bizonyos, világosan meghatározott pálya mentén, klasszikus pálya, pálya mentén. Míg az elektron, mint kis kvantumrendszer, állóhullámként mozog egy atom belsejében az atommag körül, addig mozgását állóhullám írja le, és ez a különbség a két helyzet között.
A kvantummechanikában az a mérés, amikor egy kis kvantumrendszert befolyásolunk egy nagy klasszikus rendszerrel. Ezt követően a hullámfüggvény csökken. Véleményem szerint egy léggömb vagy macska jelenléte a Schrödinger-paradoxonban megegyezik egy nagy klasszikus rendszer jelenlétével, amely egy foton polarizációját méri.
Ennek megfelelően a mérés nem abban a pillanatban történik, amikor kinyitjuk a doboz fedelét, és megnézzük, hogy a macska él-e vagy meghalt, hanem abban a pillanatban, amikor a foton kölcsönhatásba lép a polarizáló üveggel.
Így ebben a pillanatban a fotonhullám-függvény lecsökken, a ballon egy nagyon specifikus állapotba kerül: vagy kinyílik, vagy nem nyílik, és a macska meghal, vagy nem hal meg. Minden. Nincsenek „valószínű macskák”, hogy bizonyos valószínűséggel életben van, bizonyos valószínűséggel meghalt.
Amikor azt mondtam, hogy a Schrödinger macskája paradoxonának sokféle megfogalmazása van, csak annyit mondtam, hogy sokféleképpen lehet olyan eszközt kitalálni, amely megöli vagy életben hagyja a macskát. Lényegében a paradoxon megfogalmazása nem változik.
Hallottam más próbálkozásokról is, amelyek ezt a paradoxont a világok sokaságával és így tovább magyarázzák. Véleményem szerint mindezek a magyarázatok nem bírják a kritikát.
Amit ebben a videóban szavakkal elmagyaráztam, az matematikai formába önthető, és ennek az állításnak az igazsága ellenőrizhető.
Még egyszer hangsúlyozom, hogy véleményem szerint egy kis kvantumrendszer hullámfüggvényének mérése és csökkentése egy nagy klasszikus rendszerrel való kölcsönhatás pillanatában történik.
Egy ilyen nagy klasszikus rendszer a macska egy olyan eszközzel együtt, amely megöli, és nem az, aki kinyit egy dobozt egy macskával, és megnézi, hogy a macska él-e vagy sem. Vagyis a mérés a rendszer kvantumrészecskékkel való kölcsönhatásának pillanatában történik, és nem a macska ellenőrzésének pillanatában. Az ilyen paradoxonok véleményem szerint az elméletek és a józan ész alkalmazása révén magyarázatot találnak.
Maga a kísérlet lényege
Schrödinger eredeti írása a következőképpen írta le a kísérletet:
Olyan eseteket is készíthetsz, amelyekben elég burleszk van.
Egy bizonyos macska egy acélkamrába van zárva a következő pokolgéppel együtt (amelyet védeni kell a macska közvetlen beavatkozásától): a Geiger-számláló belsejében egy kis mennyiségű radioaktív anyag található, olyan kicsi, hogy csak egy atom bomlik le óra, de ugyanolyan valószínűséggel, hogy és ne essen szét; ha ez megtörténik, a leolvasócső lemerül, és a relé működésbe lép, elengedi a kalapácsot, ami hidrogén-cianiddal széttöri a lombikot. Ha egy órára magára hagyjuk ezt az egész rendszert, akkor azt mondhatjuk, hogy a macska élni fog ennyi idő után, amíg az atom nem bomlik fel. Az atom legelső szétesése megmérgezné a macskát. A rendszer egészének pszi-funkciója ezt egy élő és egy döglött macska (elnézést a kifejezésért) egyenlő arányban történő összekeverésével vagy bekenésével fejezi ki. Ilyenkor jellemző, hogy az eredetileg az atomi világra korlátozódó bizonytalanság makroszkopikus bizonytalansággá alakul át, ami közvetlen megfigyeléssel kiküszöbölhető. Ez megakadályozza, hogy naivan elfogadjuk a „homályos modellt”, mint a valóságot. Ez önmagában nem jelent semmi tisztázatlant vagy ellentmondást. Különbség van az elmosódott vagy életlen fénykép és a felhőket vagy ködöt ábrázoló fotó között. A kvantummechanika szerint, ha nem történik megfigyelés az atommagról, akkor annak állapotát két állapot - egy elpusztult és egy el nem bomlott mag - szuperpozíciója (keveredése) írja le, ezért a dobozban ülő macska él és halott is. egy időben. Ha a dobozt kinyitják, a kísérletező csak egy meghatározott állapotot láthat: „a mag elpusztult, a macska meghalt” vagy „a mag nem bomlott, a macska él”. A kérdés az: mikor szűnik meg egy rendszer két állapot keverékeként létezni, és válasszon egy konkrétat? A kísérlet célja annak bemutatása, hogy a kvantummechanika hiányos néhány olyan szabály nélkül, amelyek megmutatják, milyen körülmények között omlik össze a hullámfüggvény, és a macska vagy meghal, vagy életben marad, de már nem a kettő keveréke.
Mivel világos, hogy egy macskának vagy élõnek vagy halottnak kell lennie (nincs életet és halált egyesítõ állapot), ez az atommag esetében is hasonló lesz. Ennek vagy romlottnak vagy romlatlannak kell lennie.
Az eredeti cikk 1935-ben jelent meg. A cikk célja az Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxon (EPR) megvitatása volt, amelyet Einstein, Podolsky és Rosen adott ki az év elején.
Schrödinger macskája: egyszerű szavakkal a híres kísérletről
Bizonyára sokan találkoztak már ezzel a titokzatos megfogalmazással. A többség pedig nem tudta teljesen megérteni, mi a dolog lényege. A Schrödinger macskája egy kísérlet, amelyet alkotójáról, egy osztrák fizikusról és a kvantummechanika egyik megalapítójáról neveztek el. Anyagunkban egyszerűen és röviden beszélünk a kísérlet értelméről. Minek kellett?
Erwin Schrödinger híres elméleti fizikus. 1935-ben elhatározta, hogy virtuális kísérletet végez egy macskával. Mindez annak bizonyítására, hogy a szuperpozíció (két állapot keveredése) koppenhágai értelmezése nem teljesen helyes a kvantumelmélet kapcsán.
Mi a kísérlet lényege?
Schrödinger mentálisan egy acélkamrába helyez egy élő macskát egy kalapáccsal, egy fiola hidrogén-cianiddal és egy nagyon kis mennyiségű radioaktív anyaggal. Ha csak egy atom radioaktív anyag elbomlik a tesztidőszak alatt, a relé mechanizmus elengedi a kalapácsot. De máris megfordítja a mérgező gázpalackot, és megdöglik a macska.
Miért jön ezzel Schrödinger?
A kvantummechanikában úgy tartják, hogy ha senki és semmi nem figyeli az atommagot, akkor az vegyes, határozatlan állapotban van. Mindkettő szétesett, és nem azonnal. De amikor megjelenik egy megfigyelő, az atommag az egyik állapotba kerül.
Schrödinger kísérletének egyébként az volt a célja, hogy kiderítse, pontosan melyik pillanatban van „a macska halott és él”. És akkor is, ha egy adott állapotot észlel. Egy tudós be akarja bizonyítani, hogy a kvantummechanika lehetetlen finom részletek nélkül. És meghatározzák, hogy milyen feltételek mellett következik be a hullámfüggvény összeomlása (állapotváltozás).
Azt is meghatározzák, hogy egy objektum mikor marad a lehetséges állapotok egyikében (nem egyszerre többben).
Erwin Schrödinger a kvantumteoretikusok furcsa következtetésére akart rámutatni. Azt hitték, hogy egy hétköznapi ember szabad szemmel láthatja az anyag valódi állapotát.
Abban az időben a kvantumfizika koppenhágai értelmezése volt az uralkodó.
Úgy vélte, hogy az atomok vagy fotonok egy pillanatban több állapotban léteznek (szuperpozícióban vannak), és addig nem mennek egy meghatározott állapotba, amíg meg nem figyelik őket.
Schrödinger kísérlete szerint a megfigyelő nem tudhatja, hogy egy anyag atomja elbomlott-e vagy sem. Ezenkívül a megfigyelő nem tudja, hogy az üveg eltört-e, és hogy a macska meghalt-e. A koppenhágai értelmezés szerint a macska addig él és hal, amíg valaki bele nem néz a dobozba.
A kvantummechanikában kvantumbizonytalanságnak vagy a megfigyelő paradoxonának nevezik azt a képességet, hogy egy macska élő és halott legyen, amíg meg nem figyelik. A megfigyelő paradoxonának logikája az, hogy a megfigyelések meghatározhatják az eredményeket.
Kérjük, vegye figyelembe
Schrödinger egyetértett abban, hogy létezik szuperpozíció. Egyébként élete során a tudósok ezt bizonyítani tudták a fényhullámok interferenciájának tanulmányozásával.
De azon töprengett, hogy a szuperpozíció valójában mikor adja át helyét egy bizonyos állapotnak. Schrödinger kísérlete csodálatra késztette az embereket.
Valóban meg lehet határozni egy macska életének kimenetelét a doboz kinyitásával (nézd meg)?
De él vagy hal a macska, még akkor is, ha a dobozt nem nyitják ki?
Ezzel a paradox gondolatkísérlettel Schrödinger bebizonyította, hogy a kvantumfizika koppenhágai értelmezése téves. Ez az értelmezés mikroszkopikus szinten működhet.
De ennek semmi köze a makroszkopikus világhoz (a macskát a makroszkopikus világ példájának tekintik). Amit a tudósok tudtak az anyag természetéről mikroszkopikus szinten, és mit figyelnek meg az emberek makroszkopikus szinten, még nem teljesen érthető.
A megfigyelő szerepe továbbra is fontos kérdés a kvantumfizika tanulmányozásában, és a spekulációk végtelen forrása.
Schrödinger elmélete egyszerű szavakkal. Schrödinger macskája. Erwin Schrödinger:
A kiváló tudós, Erwin Schrödinger munkásságának jellegzetes vonása volt egyfajta „másodlagos természet”. Ő maga ritkán foglalkozott konkrét tudományos problémával.
Kedvenc műfaja a mások tudományos kutatására adott válasz, a mű fejlesztése vagy kritikája volt. Annak ellenére, hogy Schrödinger természeténél fogva individualista volt, mindig szüksége volt valaki más gondolataira, támogatására a további munkához.
E sajátos megközelítés ellenére Schrödingernek sok felfedezést sikerült tennie.
Életrajzi információk
Schrödinger elméletét ma már nemcsak a fizika és a matematika szakos hallgatók ismerik. Mindenkit érdekelni fog, aki érdeklődik a népszerű tudomány iránt. Ezt az elméletet a híres fizikus, E. Schrödinger alkotta meg, aki a kvantummechanika egyik megalkotójaként vonult be a történelembe. A tudós 1887. augusztus 12-én született egy olajszövetgyár tulajdonosának családjában.
A leendő tudós, aki az egész világon híres találós kérdéseiről, gyermekkorában szerette a botanikát és a rajzolást. Első mentora édesapja volt. Schrödinger 1906-ban kezdte meg tanulmányait a Bécsi Egyetemen, melynek során elkezdte csodálni a fizikát. Amikor kitört az első világháború, a tudós tüzérnek ment. Szabadidejében Albert Einstein elméleteit tanulmányozta.
1927 elejére drámai helyzet alakult ki a tudományban. E. Schrödinger úgy vélte, hogy a kvantumfolyamatok elméletének alapját a hullámkontinuitás gondolatának kell képeznie. Heisenberg éppen ellenkezőleg, úgy vélte, hogy ennek a tudásterületnek az alapját a hullámok diszkrétségének, valamint a kvantumugrások gondolatának kell képeznie. Niels Bohr egyik álláspontot sem fogadta el.
Előrelépés a tudományban
Schrödinger Nobel-díjat kapott a hullámmechanika koncepciójának megalkotásáért 1933-ban. A klasszikus fizika hagyományaiban nevelkedett tudós azonban nem tudott más kategóriákban gondolkodni, és nem tekintette a kvantummechanikát teljes értékű tudáságnak.
Nem tudott megelégedni a részecskék kettős viselkedésével, és azt igyekezett kizárólag a hullámviselkedésre redukálni. A N-vel folytatott megbeszélésen.
Borom Schrödinger így fogalmazott: "Ha azt tervezzük, hogy megőrizzük ezeket a kvantum ugrásokat a tudományban, akkor általában sajnálom, hogy az atomfizikával kötöttem össze életemet."
A kutató további munkája
Ráadásul Schrödinger nemcsak a modern kvantummechanika egyik megalkotója volt. Ő volt az a tudós, aki bevezette a „leírás tárgyilagossága” kifejezést a tudományos használatba.
Ez a tudományos elméletek azon képessége, hogy a valóságot megfigyelő részvétele nélkül írják le. További kutatásai a relativitáselmélet, a termodinamikai folyamatok és a nemlineáris Born elektrodinamikának szentelték.
A tudósok több kísérletet is tettek egy egységes térelmélet létrehozására. Ezen kívül E. Schrödinger hat nyelven beszélt.
A leghíresebb rejtvény
Schrödinger elmélete, amelyben ugyanaz a macska szerepel, a tudós kvantumelmélet elleni kritikájából nőtt ki. Egyik fő posztulátuma kimondja, hogy miközben a rendszert nem figyelik meg, szuperpozícióban van.
Mégpedig két vagy több olyan állapotban, amelyek kizárják egymás létezését.
A szuperpozíció állapotának a tudományban a következő definíciója van: ez egy kvantum, amely lehet elektron, foton, vagy például egy atommag is, azon képessége, hogy egyidejűleg két állapotban vagy akár két pontban is legyen. a térben egy olyan pillanatban, amikor senki sem figyeli.
Tárgyak különböző világokban
Egy hétköznapi ember számára nagyon nehéz megérteni egy ilyen meghatározást. Hiszen az anyagi világ minden tárgya lehet a tér egyik pontján vagy egy másik pontján. Ez a jelenség a következőképpen szemléltethető. A megfigyelő elvesz két dobozt, és az egyikbe tesz egy teniszlabdát. Egyértelmű lesz, hogy az egyik dobozban van, a másikban nem.
De ha az egyik tartályba elektront teszel, akkor igaz lesz a következő állítás: ez a részecske egyszerre két dobozban van, bármilyen paradoxnak is tűnik. Ugyanígy, az atomban lévő elektron nem mindig egy szigorúan meghatározott ponton helyezkedik el. A mag körül forog, a pálya minden pontján egyszerre található.
A tudományban ezt a jelenséget „elektronfelhőnek” nevezik.
Mit akart bizonyítani a tudós?
Így a kis és nagy objektumok viselkedése teljesen más szabályok szerint valósul meg. A kvantumvilágban vannak bizonyos törvények, a makrovilágban pedig egészen mások. Nincs azonban olyan koncepció, amely megmagyarázná az emberek számára ismert anyagi tárgyak világából a mikrovilágba való átmenetet.
Schrödinger elméletét azért alkották meg, hogy bebizonyítsák a fizika területén végzett kutatások elégtelenségét. A tudós meg akarta mutatni, hogy van egy tudomány, amelynek célja a kis tárgyak leírása, és van egy olyan tudásterület, amely a közönséges tárgyakat vizsgálja.
Nagyrészt a tudós munkájának köszönhetően a fizika két területre oszlott: kvantum és klasszikus.
Schrödinger elmélete: leírás
A tudós 1935-ben írta le híres gondolatkísérletét. Ennek végrehajtása során Schrödinger a szuperpozíció elvére támaszkodott.
Schrödinger hangsúlyozta, hogy amíg nem figyeljük meg a fotont, az akár részecske, akár hullám lehet; piros és zöld egyaránt; kerek és szögletes is.
Ezt a bizonytalanság elvét, amely közvetlenül következik a kvantumdualizmus fogalmából, Schrödinger használta a macskáról szóló híres talányában. A kísérlet jelentése röviden a következő:
- Egy macskát egy zárt dobozba, valamint egy hidrogén-cianidot és egy radioaktív anyagot tartalmazó tartályba helyeznek.
- A mag egy órán belül széteshet. Ennek a valószínűsége 50%.
- Ha egy atommag elbomlik, azt egy Geiger-számláló rögzíti. A mechanizmus működni fog, és a méregdoboz összetörik. A macska meg fog halni.
- Ha a bomlás nem következik be, akkor Schrödinger macskája életben marad.
Ezen elmélet szerint a macska megfigyeléséig egyidejűleg két állapotban van (halott és élő), akárcsak az atommag (lebomlott vagy nem bomlott). Természetesen ez csak a kvantumvilág törvényei szerint lehetséges. A makrokozmoszban a macska nem lehet egyszerre élő és halott.
A megfigyelő paradoxona
Ahhoz, hogy megértsük Schrödinger elméletének lényegét, meg kell értenünk a megfigyelő paradoxonját is. Jelentése az, hogy a mikrovilág objektumai csak akkor lehetnek egyszerre két állapotban, ha nem figyeljük őket. Például a tudományban ismert az úgynevezett „Kísérlet 2 réssel és egy megfigyelővel”.
A tudósok egy elektronsugarat irányítottak egy átlátszatlan lemezre, amelyen két függőleges rés keletkezett. A lemez mögötti képernyőn az elektronok hullámmintát festettek. Más szóval, fekete-fehér csíkokat hagytak.
Amikor a kutatók meg akarták figyelni, hogyan repülnek át az elektronok a réseken, a részecskék csak két függőleges csíkot jelenítettek meg a képernyőn. Úgy viselkedtek, mint a részecskék, nem mint a hullámok.
Koppenhágai magyarázat
Schrödinger elméletének modern magyarázatát koppenhágainak nevezik.
A megfigyelő paradoxonja alapján ez így hangzik: amíg a rendszerben lévő atommagot senki nem figyeli meg, az egyszerre két állapotban van - bomlott és bomlás nélküli.
Az az állítás azonban, hogy egy macska egyszerre él és hal, rendkívül téves. Hiszen a makrokozmoszban soha nem figyelhetők meg ugyanazok a jelenségek, mint a mikrokozmoszban.
Ezért nem a „macska-mag” rendszerről beszélünk, hanem arról, hogy a Geiger-számláló és az atommag összefügg egymással. A kernel kiválaszthat egy vagy másik állapotot a mérések pillanatában. Ez a választás azonban nem abban a pillanatban történik, amikor a kísérletvezető kinyitja a dobozt Schrödinger macskájával.
Valójában a doboz kinyílása a makrokozmoszban történik. Vagyis egy olyan rendszerben, amely nagyon távol van az atomvilágtól. Ezért az atommag pontosan abban a pillanatban választja ki állapotát, amikor eltalálja a Geiger-számláló detektorát.
Erwin Schrödinger tehát gondolatkísérletében nem írta le eléggé a rendszert.
Általános következtetések
Így nem teljesen helyes a makrorendszert a mikroszkopikus világgal összekapcsolni. A makrokozmoszban a kvantumtörvények elvesztik erejüket. Egy atommag csak a mikrokozmoszban lehet egyszerre két állapotban. A macskáról ugyanez nem mondható el, hiszen a makrokozmosz tárgya.
Ezért csak első pillantásra úgy tűnik, hogy a macska szuperpozícióból az egyik állapotba kerül a doboz kinyitásának pillanatában. A valóságban a sorsa abban a pillanatban dől el, amikor az atommag kölcsönhatásba lép a detektorral. A következtetés a következőképpen vonható le: a rendszer állapotának Erwin Schrödinger rejtvényében semmi köze a személyhez.
Nem a kísérletezőn, hanem a detektoron múlik - az objektumtól, amely „megfigyeli” az atommagot.
A koncepció folytatása
Schrödinger elméletét egyszerű szavakkal a következőképpen írjuk le: míg a megfigyelő nem nézi a rendszert, az egyszerre két állapotban lehet. Egy másik tudós, Eugene Wigner azonban tovább ment, és úgy döntött, hogy Schrödinger koncepcióját a teljes abszurdumba viszi.
"Elnézést! - mondta Wigner - Mi van, ha egy kolléga áll a kísérletező mellett, és nézi a macskát? A partner nem tudja, pontosan mit látott maga a kísérletező abban a pillanatban, amikor kinyitotta a dobozt a macskával. Schrödinger macskája kiemelkedik a szuperpozícióból. Figyelőtársnak azonban nem.
Csak abban a pillanatban, amikor a macska sorsa az utóbbi tudomására jut, lehet az állatot élőnek vagy halottnak nevezni. Ráadásul több milliárd ember él a Földön. A végső ítéletet pedig csak akkor lehet meghozni, ha a kísérlet eredménye minden élőlény tulajdonába kerül.
Természetesen minden embernek elmesélheti röviden a macska sorsát és Schrödinger elméletét, de ez egy nagyon hosszú és munkaigényes folyamat.
A fizika kvantumdualizmusának alapelveit Schrödinger gondolatkísérlete soha nem cáfolta. Bizonyos értelemben minden lényről elmondható, hogy sem élő, sem nem halt (szuperpozícióban), amíg legalább egy ember nem figyeli meg.
Mi a baj Schrödinger macskájával?
Egy ügyesen kiforgatott elmélet, amit a világon senki sem ért teljesen, plusz egy jó metafora = egy globális mém, ami izgatja a lakosság elméjét.
Szó szerint globális - talán a világ bármely országában meglehetősen észrevehető számú embert találhat, aki hallotta a „Schrodinger macskája” kifejezést.
És talán a világ minden országában lesznek olyanok, akik nemcsak hallották, hanem messzemenő következtetéseket is levonnak belőle.
Nos: "Ha a világ a megfigyelőn múlik, akkor a szolipszizmus igaz - legalábbis részben."
Vagy: „Az ember pusztán a gondolat erejével képes befolyásolni a világot.” Pontosabban a világ megfigyelésének erejével.
Vagy talán az ember képes megfigyeléssel megtenni a szükséges szellemi erőfeszítéseket, és az eseményeket a megfelelő irányba terelni?
Vagy legalábbis egy feleslegesre, de mégis irányítani?
Néha ehhez – a szilárdság kedvéért – hozzáteszik: „a tudósok bebizonyították” vagy „a modern tudomány hisz”. Azonban nem, senki sem bizonyított ilyesmit, és a modern tudomány nem is így gondolja. Az egész csak félreértések láncolata.
Mi itt az igazi lényeg? A lényeg az, hogy az a modell, amelyben az elemi részecskék nagyon kis golyóként ábrázolhatók, sok esetben alkalmazható, de vannak olyan esetek, amikor ez a modell annyira téves előrejelzéseket ad, hogy egy másik, általánosabb modellt kell bevezetnünk, figyelembe véve az említett „ nagyon kicsi golyók” - ennek némi közelítése, a valóságnak megfelelő, nem mindig és mindenhol, de csak itt-ott.
Ezek a „golyók” általában meglehetősen furcsán viselkednek. Úgy tűnik, mindegyiknek van impulzusa, és valahol kimutatható - vagyis az impulzus mellett koordinátákat is lehet hozzárendelni.
Egyazon részecske lendületének és koordinátáinak egyidejű mérése azonban csak némi hibával lehetséges.
Ezt a hatást az úgynevezett „Heisenberg-bizonytalansági reláció” írja le: az impulzusmérés hibájának és a helyzetmérés hibájának szorzata mindig nagyobb egy bizonyos értéknél.
Ez az érték - "a redukált Planck-állandó fele" - meglehetősen kicsi, így azokban az esetekben, amikor a makroszkopikus világgal van dolgunk, a bizonytalanságokat figyelmen kívül lehet hagyni. Más esetekben azonban csak apró részletekre vagyunk kíváncsiak, és itt ez a bizonytalansági reláció nagymértékben megakadályozza, hogy a részecskét csak egy golyónak tekintsük.
Ezen kívül a részecskék számos egyéb furcsa hatást is mutatnak: néha leküzdik a potenciális (erő)korlátokat, amelyek leküzdésére úgy tűnik, nincs energiájuk (az „alagút-effektus”), beleavatkoznak önmagukba, amikor vasdarabok felé lövik őket. két rés, mintha egyszerre repülnének át mindkét résen (azaz egymást átfedő hullámokként viselkednek, de egyedül), stb.
Ez arra a következtetésre vezet, hogy a dolgok nem ilyen egyszerűek a részecskékkel. Ráadásul még senki sem tudja biztosan, mi is történik velük valójában. A történésekről azonban számos matematikai leírás létezik, amelyek felhasználása meglehetősen jól bevált előrejelzéseket ad. És ezért látszólag bizonyos értelemben megfelelnek a valóságnak. Az egész kérdés az, hogyan kell értelmezni ezt a levelezést.
Egy ilyen leírás egy töredéke az úgynevezett „hullámfüggvény”, amelyet minden elemi részecskével vagy elemi részecskék rendszerével hasonlítanak össze.
Számos lehetőség van ennek a hullámfüggvénynek az értelmezésére.
Kérjük, vegye figyelembe
Tegyük fel például, hogy a részecske nem részecske, hanem valamilyen, a térben szétszórt anyag. Egyenetlenül szóródik, ezért a tér minden pontjában bevezethetjük a sűrűségének fogalmát. Ennek a sűrűségnek a koordinátáktól függő eloszlását írja le a hullámfüggvény (pontosabban a hullámfüggvény négyzete).
Vagy mondjuk a hullámfüggvény négyzete leírja annak a valószínűségét, hogy a tér egy adott pontjában megbökve ott találjuk ezt a részecskét - már „golyó” formájában.
Igaz, ezek az analógiák nagyon közelítőek. Végül is a hullámfüggvényt nem a számunkra ismerős koordinátákhoz viszonyítva adjuk meg a számunkra ismerős térben, hanem koordináták formájában a konfigurációs térben. Amihez azonban van egy hasonlat is.
Tegyük fel, hogy valamiért csak a tárgyak színe érdekel bennünket. A szín beállításához, mint tudod, három mennyiséget használhatunk: piros, zöld és kék összetevőket.
Ha most definiálunk egy koordinátarendszert xyz, ahol a tengely mentén x a piros komponens a tengely mentén lerakódik y- zöld és a tengely mentén z- kék, akkor ebben a koordinátarendszerben minden lehetséges színhez hozzárendelhetünk egy megfelelő pontot.
Mivel minket csak a szín érdekel, azt az objektum állapotának tekintjük. És jelölje meg ezeket az állapotokat ennek a koordináta-rendszernek a pontjai formájában.
Ez lesz a „konfigurációs területünk” ehhez a példához. Azaz egy olyan tér, ahol a koordinátatengelyek mind független paraméterek, és így bármely lehetséges paraméterhalmaz reprezentálható egy olyan ponttal ebben a térben, amely a paramétereknek megfelelő koordinátákkal rendelkezik.
A konfigurációs tér feltételes grafikus modellje.
Ha most megállapítjuk annak valószínűségét, hogy egy objektumnak egy adott színe van - például egyszerűen csak megnézzük 100 500 objektum színét, és gondosan rögzítjük az eredményeket -, akkor ebben a konfigurációs térben bevezethetjük a "színsűrűség" fogalmát, vagy ha tetszik , „egy ilyen színű objektum észlelésének valószínűsége” (hogy egy véletlenszerűen vett objektum színe egy bizonyos kis színtartományból lesz közel egymáshoz).
Tegyük fel, hogy háromszor több színű (1, 0, 0) objektumunk van, mint 0, 0, 1 színű objektumunk (háromszor több a tiszta vörös, mint a tiszta kék), így a „színsűrűség” az (1, 0, 0) pont háromszor nagyobb, mint a (0, 0, 1) pont. Ami hasonló ahhoz, hogy háromszor nagyobb valószínűséggel találunk tisztán vörös tárgyat, mint egy tisztán kéket.
A kvantumrendszerek konfigurációs terei több paraméterrel rendelkeznek, mint ebben a példában, de a folyamat lényege valami ilyesmi: a rendszer ottani állapota az egyes részecskék elhelyezkedését jelenti, figyelembe véve azok momentumát. A hullámfüggvény pedig úgy értelmezhető, mint ami négyzetre vetve megadja az ilyen állapot észlelésének valószínűségi sűrűségét.
Szóval minek ez az egész? Mindez azt jelenti, hogy ugyanez a hullámfüggvény csak azt a kvantumrendszert írja le, amelyet senki sem figyel meg. Ha megpróbáljuk megfigyelni, akkor azonnal nem a fentebb leírt változó sűrűségű „állapotfelhők”-ként jelenik meg, hanem gyakorlatilag a fent leírt mozgó golyók ugyanazon csoportjaként. Ezt a hatást „hullámfüggvény-összeomlásnak” nevezik.
A fenti analógiában a színekkel a jelentés így nézne ki: amíg ki nem húztunk egy bizonyos tárgyat a zacskóból, addig nem beszélhetünk a színéről, kivéve a színek olyan terét, amelynek függvénye a valószínűségi sűrűségük. De amint kihúzunk egy tárgyat, felismerjük ennek a tárgynak a sajátos színét.
Vagyis ennek a színnek megfelelő végtelen kicsi térfogatban a valószínűség „összeomlik” egybe, és a színtér minden más helyén nullával egyenlő. Ami valójában teljesen logikus: megváltoztak a világról alkotott ismereteink, és ezért megváltoztak bizonyos kimenetelek valószínűségére vonatkozó legjobb becslések.
Igaz, a színanalógiának és a kvantummechanikának van egy lényeges különbsége: a színanalógiában egy egész zacskó sokszínű objektumot feltételezünk, míg a szóban forgó részecske csak egy (jó, vagy részecskék halmaza, de ugyanaz is - egységes rendszernek tekintik).
Azonban amint megfigyeljük, rájövünk, hogy például ilyen és olyan környéken van a tér ilyen-olyan pontja körül, és ilyen-olyan sebességgel repül ilyen-olyan irányba, plusz ill. mínusz a bizonytalanság a bizonytalansági relációból.
És így, miután mindezen meditált, Schrödinger felvetette, hogy a kvantummechanika, mint elmélet, tartalmaz valamiféle paradoxont: egy ilyen leírás túlságosan eltér a számunkra jól ismert makrokozmosztól, ahol mondjuk egy korsó sör akkor is az asztalon legyen, amikor nem nézzük, és egyáltalán nincs szétszórva különböző sűrűséggel az univerzumban.
Ennek illusztrálására egy olyan példával állt elő, amelyben egy macska ül egy átlátszatlan dobozban, és ugyanabban a dobozban van egy lombik méreg. A lombik mellett egy sugárzásérzékelő és valamilyen radioaktív elem magja van. Ha a részecske lebomlik, a detektor észleli a bomlását, és bekapcsol egy olyan mechanizmust, amely méreggel széttöri a lombikot. És akkor a macska minden.
A „bomló részecske” és a „nem bomlott részecske” azonban szintén kvantumállapotok. Amíg nem figyeljük meg a részecskét, egyszerre mindkettőben van - csak eltérő valószínűséggel (vagy sűrűséggel, ha úgy tetszik).
Így úgy tűnik, hogy a macskának egyszerre két állapotban kell lennie: élő és halott. Amíg ki nem bontjuk a dobozt, figyeljük meg a tartalmát, és ezzel „összeomoljuk” a részecske hullámfüggvényét, konkrétvá téve állapotát: bomlott vagy nem bomlott.
És a detektor – akár észlelte a bomlást, akár nem. Nos, a macska vagy teljesen él, vagy teljesen halott.
Vegyük észre, hogy Schrödinger nem mondta, hogy a mi világunkban a macska ebben a gondolatkísérletben egyszerre él és hal.
Ellenkezőleg, azt mondta, hogy ha egyetértünk a kvantummechanika és különösen a hullámfüggvény ezen értelmezésével, akkor el kell ismernünk, hogy egy átlátszatlan dobozban egyszerre él és holt macska létezik.
Nos, ebből az következik, hogy meg tudjuk változtatni a világot egyszerűen a töredékeinek szemlélésével.
Szóval itt van. Mi a baj Schrödinger macskájával?
Mindenekelőtt a kifejezések értelmezésében meglehetősen nagy szabadságot élveznek.
Amikor a makrokozmoszról beszélünk, a „megfigyelés” szót általában az érzékszerveinken keresztül az agyunkba jutó információval azonosítjuk.
De hogyan jut el magukhoz a szervekhez? Egy tőlünk kilométerre lévő objektumot önmagában nem figyelhetünk meg. Nem, erről a tárgyról visszaverődő fényt látunk.
Kérjük, vegye figyelembe
És ennek a fénynek a felhasználásával - különböző hullámhosszú fotonok áramlásával, amelyek különböző intenzitással bombázzák szemünk retinájának különböző receptorait - az agy modellt épít ennek a távoli tárgynak.
Más szóval, nem magát az objektumot figyeljük meg, hanem néhány más objektum (jelen esetben foton) kölcsönhatásának következményeit ezzel a tárggyal, majd a retinánk receptoraival.
A fotonok azonban nagyon kicsik, ezért magára az objektumra gyakorolt hatásukat figyelmen kívül hagyjuk.
Bár pusztán a napunk példáján keresztül észrevehettük, hogy a fotonok is megváltoztathatják egy tárgy állapotát - felmelegíthetik, elektromos áramot generálhatnak, kémiai reakciókat válthatnak ki, akár el is mozdíthatják a helyéről.
De most tegyük fel, hogy magát a fotont szeretnénk „nézni”. Itt a korábbi trükk már nem működik: egy foton ugyanis nem tud más fotonokat visszaverni, miközben változatlan marad. Ahhoz, hogy egy fotont „nézhessünk”, el kell fognunk, és ha elkapjuk, teljesen megszűnhet létezni.
Nos, vagy legalábbis biztosan megváltoztatja az állapotát - például a másik irányba repül.
A mikrovilágban már nem hagyhatjuk figyelmen kívül azt, amit a makrovilágban figyelmen kívül hagyunk: minden megfigyelés gyökeresen megváltoztatja egy objektum állapotát, hiszen szükségszerűen interakciót jelent ezzel a tárggyal.
Valójában ezért a kvantummechanikában a „megfigyelés” pontosan ezt a kölcsönhatást jelenti: durván szólva egy elektront akartak „nézni” – a célpontra dobták, és azt a pontot nézték, amelyet ott hagyott.
Ez már gyökeresen különbözik a „puszta megfigyelés” vagy akár „szemlélődés” elvonatkoztatásától, amely a szolipszizmusról stb. vonatkozó messzemenő következtetésekben jelenik meg. úgymond: „nagyon önmagadnak”. Valami, ami csak a gondolat misztikus erején keresztül hat a kijelölt világra.
Míg a valóságban csak azért látunk valamit, mert valami más befolyásolta, és kölcsönhatásuk eredményeinek töredékei jutottak el hozzánk. Gondolaterőnk nem működik: abból, hogy láttunk valamit, már az következik, hogy valami más már kölcsönhatásba került ezzel a valamivel.
És miután kölcsönhatásba került, már „összeomlott” azoknak az elemi részecskéknek a hullámfüggvénye, amelyek korábban teljes bizonytalanságban lógtak. Nem számít, hogyan értelmezed a hullámfüggvényt, a jelentés ugyanaz: a megfigyelés kölcsönhatást jelent, és az interakcióval a hullámfüggvény összeomlása már megtörtént.
Ugyanez a helyzet a macskával a dobozban: az atommag bomlástermékeit felfogó detektor ugyanaz a „megfigyelő” volt, aki a kvantumrendszerrel (radioaktív atommaggal - bomlott vagy nem) kölcsönhatásba lépve átalakította az atommag szuperpozícióját (összegét). hullámfüggvények, amelyek leírják a „lebomló magot” és a „nem bomlott magot”, egy adott állapotba: bomlott vagy nem bomlott. Ezért a macska túlélte vagy meghalt, függetlenül attól, hogy belenéztünk-e a dobozba.
A másik dolog az, hogy amíg nem nézünk be a dobozba, nem tudhatjuk biztosan, mi történik benne, ezért - ennek a bizonytalanságnak a leírására - bevezethetnénk a hullámfüggvényhez hasonló „macska állapotának valószínűségi sűrűségét”, és leírhatnánk a rendszerben olyan kijelentéseket tartalmaz, amelyeket nem tudunk biztosan. Ennek pedig még gyakorlati jelentése is lesz: egymillió doboz macskát és detektort adva elég jól megjósolhatjuk, hányan halnak meg és hányan maradnak életben.
Egy ilyen statisztikai előrejelzés azonban gyökeresen eltér a folyamatosan népszerűsített „megfigyeléseinktől függ a világ” értelmezéstől. Nem, abból a képességünkből, hogy megjósoljuk, hogy egy milliószor feldobott kocka az esetek körülbelül egyhatodában egyet mutat, egyáltalán nem következik, hogy a gondolat erejével irányítani tudjuk a kockakockát.
Általánosságban elmondható, hogy a kifejezéseket úgy kell érteni, ahogyan azt egy bizonyos állítás szerzője értette – csak akkor az ő indoklásai lesznek valódi igazolások az állítás helyességét illetően. Ha más jelentéssel ruházzák fel őket, még akkor is, ha az Ön számára érthetőbb és kellemesebb, akkor az ő kijelentését valójában valamiféle személyes fantáziája váltja fel, amelyet semmilyen módon nem erősítenek meg.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a sokak által kedvelt „kvantummechanikai egyediség és alapvető ábrázolhatatlanság” ellenére (köztük a kvantummechanika egyes megalapítói is) a makrokozmoszban is fellelhetők a történések bizonyos analógiái.
A cikkben már használtakon kívül ezt is felajánlhatja.
Van egy szoba, amelyben levegő van, amely vízmolekulákat tartalmaz.
Nincsenek speciális műszerei, így nem láthatja a molekulákat. Ezért ebben az esetben csak a rendszer statisztikai leírása áll rendelkezésére. Például olyan alapvetően statisztikai paramétereken keresztül, mint a „hőmérséklet”, „nyomás”, „entrópia” stb.
A molekulák helyiségen belüli eloszlására vonatkozóan feltevéseket lehet tenni, de nem lehet biztosan tudni, hogy milyen állapotban (a tér mely pontjain és milyen sebességgel repülnek). Azonban megbecsülheti ezeknek a feltételeknek a valószínűségét.
Ezután helyezze be a hűtött tálcát ebbe a helyiségbe. Egy idő után páralecsapódás jelenik meg rajta, amely szemmel látható. Most már láthat néhány vízmolekulát – például cseppeket vagy akár tócsákat a tálcán.
Így egy „megfigyelést” végezve megváltoztattad a rendszer állapotát, de lehetőséged nyílt annak egy részének statisztikai leírására, nem olyan részletesen, mint korábban: most a molekulák egy része - ezt már biztosan tudod - sokkal kisebb kötetek.
Schrödinger macskája egyszerű szavakkal
1935-ben az újonnan feltörekvő kvantummechanika lelkes ellenfele, Eric Schrödinger publikált egy cikket, amely a fizika fejlődésének új ágának következetlenségét kívánta feltárni és bebizonyítani.
A cikk lényege az gondolatkísérlet elvégzése:
A kérdésre adott válasz a szuperpozíción alapuló kvantumelmélet inkonzisztenciáját volt hivatott bizonyítani: a paradoxon törvénye - világunk összes mikrorészecskéje mindig egyidejűleg két állapotban van, amíg el nem kezdik megfigyelni őket.
Vagyis zárt térben (kvantumelmélet) a macskánk, mint kiszámíthatatlan szomszédja - az atom - egyszerre van jelen két államban:
Ami a klasszikus fizika szerint teljes abszurdum. Ilyen, egymást kizáró dolgok egyidejű létezése lehetetlen.
És ez helyes, de csak a makrokozmosz szempontjából. Míg a mikrovilágban teljesen más törvények érvényesülnek, ezért Schrödinger tévedett, amikor a makrovilág törvényeit alkalmazta a mikrovilágon belüli kapcsolatokra. Ha nem értjük, hogy a mikrovilág folyamatos bizonytalanságainak céltudatos megfigyelése az utóbbit kiküszöböli.
Más szóval, ha kinyitunk egy zárt rendszert, amelyben egy macska is egy radioaktív atommal együtt van elhelyezve, akkor az alanynak csak az egyik lehetséges állapotát fogjuk látni.
Ezt az Arkansas Egyetem amerikai fizikusa, Art Hobson bizonyította be.
Elmélete szerint, ha összekapcsolunk egy mikrorendszert (radioaktív atomot) egy makrorendszerrel (Geiger-számláló), az utóbbi szükségszerűen átitatódik az előbbi kvantumösszefonódásának állapotával, és szuperpozícióba kerül.
És mivel ezt a jelenséget nem tudjuk közvetlenül megfigyelni, elfogadhatatlan lesz számunkra (ahogy Schrödinger bebizonyította).
Tehát rájöttünk, hogy az atom és a sugárzásszámláló ugyanabban a szuperpozícióban van. Akkor kit vagy mit nevezhetünk macskának ennél a rendszernél? Ha logikusan gondolkodunk, a macska ebben az esetben a radioaktív mag állapotának jelzőjévé válik (egyszerűen indikátor):
Figyelembe kell azonban venni azt a tényt, hogy a macska is egyetlen rendszer része, hiszen ő is a dobozban van. Ezért a kvantumelmélet szerint a macska úgynevezett nem lokális kapcsolatban van az atommal, azaz. zavart állapotban, ami azt jelenti, hogy a mikrovilág szuperpozíciójában.
Ebből az következik, hogy ha a rendszer egyik objektumában hirtelen változás következik be, akkor ugyanez történik egy másik objektummal is, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak egymástól. Mindkét objektum állapotának pillanatnyi változása azt bizonyítja, hogy egyetlen rendszerrel van dolgunk, amelyet egyszerűen a tér két részre oszt.
Ez azt jelenti, hogy bátran kijelenthetjük, hogy Schrödinger macskája azonnal vagy él, ha az atom nem bomlott, vagy halott, ha az atom elbomlott.
És mégis, pontosan Schrödinger gondolatkísérletének köszönhető, hogy olyan matematikai eszközt készítettek, amely leírja a mikrovilág szuperpozícióit. Ezt a tudást széles körben alkalmazzák a kriptográfiában és a számítástechnikában.
Végezetül szeretném megjegyezni a „Schrodinger macskája” titokzatos paradoxonja iránti kimeríthetetlen szeretetet mindenféle író és mozi részéről. Ez csak néhány példa:
És még sok más elbűvölő, teljesen lehetetlen ötlet egy ilyen titokzatos gondolatkísérletről.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete