Živa i mrtva igra Schrödingerove mačke. Schrödingerova teorija jednostavnim riječima

Ako vas zanima članak na temu iz kvantne fizike, onda postoji velika vjerovatnoća da volite TV seriju “Teorija velikog praska”. Dakle, Sheldon Cooper je smislio novu interpretaciju Schrödingerov misaoni eksperiment(Video s ovim fragmentom ćete pronaći na kraju članka). Ali da bismo razumjeli Sheldonov dijalog sa njegovom susjedom Penny, prvo se okrenimo klasičnoj interpretaciji. Dakle, Schrödingerova mačka jednostavnim riječima.

U ovom članku ćemo pogledati:

• Kratka istorijska pozadina
• Opis eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom
• Rješenje paradoksa Schrödingerove mačke

Odmah dobre vijesti. Tokom eksperimenta Schrödingerova mačka nije ozlijeđena. Jer fizičar Erwin Schrödinger, jedan od kreatora kvantna mehanika, upravo je izveo misaoni eksperiment.

Prije nego što uđemo u opis eksperimenta, napravimo mali izlet u povijest.

Početkom prošlog veka naučnici su uspeli da zavire u mikrosvet. Unatoč vanjskoj sličnosti modela "atom-elektron" sa modelom "Sunce-Zemlja", pokazalo se da poznati Newtonovi zakoni klasične fizike ne funkcionišu u mikrokosmosu. Stoga se pojavila nova nauka - kvantna fizika i njena komponenta - kvantna mehanika. Svi mikroskopski objekti mikrosvijeta nazivani su kvanti.

Pažnja! Jedan od postulata kvantne mehanike je “superpozicija”. Biće nam korisno da shvatimo suštinu Schrödingerovog eksperimenta.

"Superpozicija" je sposobnost kvanta (može biti elektron, foton, jezgro atoma) da ne bude u jednom, već u više stanja u isto vrijeme ili da bude u više tačaka prostora istovremeno vrijeme, ako ga niko ne gleda

To nam je teško razumjeti, jer u našem svijetu objekt može imati samo jedno stanje, na primjer, biti živ ili mrtav. A može biti samo na jednom određenom mjestu u svemiru. Možete čitati o "superpoziciji" i zapanjujućim rezultatima eksperimenata kvantne fizike U ovom članku.

Evo jednostavne ilustracije razlike između ponašanja mikro i makro objekata. Stavite loptu u jednu od 2 kutije. Jer lopta je predmet našeg makro svijeta, sa sigurnošću ćete reći: „Lopta leži samo u jednoj od kutija, dok je druga prazna“. Ako umjesto lopte uzmete elektron, tada će biti tačna tvrdnja da se on istovremeno nalazi u 2 kutije. Ovako funkcionišu zakoni mikrosvijeta. primjer: Elektron u stvarnosti ne rotira oko jezgra atoma, već se istovremeno nalazi na svim tačkama sfere oko jezgra. U fizici i hemiji, ovaj fenomen se naziva "elektronski oblak".

Sažetak. Shvatili smo da ponašanje vrlo malog objekta i velikog objekta podliježe različitim zakonima. Zakoni kvantne fizike i zakoni klasične fizike.

Ali ne postoji nauka koja bi opisala prelazak iz makrosveta u mikrosvet. Dakle, Erwin Schrödinger je opisao svoj misaoni eksperiment upravo da bi pokazao nepotpunost opšta teorija fizike. Želio je da Schrödingerov paradoks pokaže da postoji nauka koja opisuje velike objekte (klasična fizika) i nauka koja opisuje mikro objekte (kvantna fizika). Ali nema dovoljno nauke da se opiše prelazak sa kvantnih sistema na makrosisteme.

Opis eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom

Erwin Schrödinger je opisao misaoni eksperiment s mačkom 1935. godine. Originalna verzija opisa eksperimenta predstavljena je na Wikipediji ( Schrödingerova mačka Wikipedia).

Evo verzije opisa eksperimenta Schrödingerove mačke jednostavnim riječima:

• Mačka je stavljena u zatvorenu čeličnu kutiju.
• Schrödinger Box sadrži uređaj s radioaktivnim jezgrom i otrovnim plinom smještenim u kontejner.
• Jezgro se može raspasti u roku od 1 sata ili ne. Verovatnoća propadanja – 50%.
• Ako se jezgro raspadne, Geigerov brojač će to zabilježiti. Relej će proraditi i čekić će razbiti posudu za gas. Schrödingerova mačka će umrijeti.
• Ako ne, onda će Schrödingerova mačka biti živa.

Prema zakonu "superpozicije" kvantne mehanike, u trenutku kada ne posmatramo sistem, jezgro atoma (a samim tim i mačka) je u 2 stanja istovremeno. Jezgro je u raspadnutom/neraspadnutom stanju. A mačka je u stanju da je živa/mrtva u isto vrijeme.

Ali sigurno znamo da ako se otvori "Šredingerova kutija", onda mačka može biti samo u jednom od stanja:

• ako se jezgro ne raspadne, naša mačka je živa
• ako se jezgro raspadne, mačka je mrtva

Paradoks eksperimenta je u tome prema kvantnoj fizici: prije otvaranja kutije, mačka je živa i mrtva u isto vrijeme, ali prema zakonima fizike našeg svijeta to je nemoguće. Cat može biti u jednom specifičnom stanju - biti živ ili mrtav. Ne postoji mešovito stanje „mačka je živa/mrtva” u isto vreme.

Prije nego što dobijete odgovor, pogledajte ovu divnu video ilustraciju paradoksa eksperimenta sa Schrödingerovom mačkom (manje od 2 minute):

Rješenje paradoksa Schrödingerove mačke - Kopenhaška interpretacija

Sada rješenje. Obratite pažnju na posebnu misteriju kvantne mehanike - paradoks posmatrača. Objekt mikrosvijeta (u našem slučaju jezgro) nalazi se u nekoliko stanja istovremeno samo dok ne posmatramo sistem.

Na primjer, čuveni eksperiment sa 2 proreza i posmatračem. Kada je snop elektrona bio usmjeren na neprozirnu ploču s 2 vertikalna proreza, elektroni su na ekranu iza ploče naslikali "talasni uzorak" - vertikalne naizmjenične tamne i svijetle pruge. Ali kada su eksperimentatori htjeli da "vide" kako elektroni lete kroz proreze i postavili "posmatrača" sa strane ekrana, elektroni nisu nacrtali "talasni uzorak" na ekranu, već 2 vertikalne pruge. One. ponašao se ne kao talasi, već kao čestice.

Čini se da kvantne čestice same odlučuju koje stanje trebaju zauzeti u trenutku kada se "mjere".

Na osnovu toga, moderno kopenhagensko objašnjenje (tumačenje) fenomena „Schrödingerove mačke” zvuči ovako:

Iako niko ne posmatra sistem „mačjeg jezgra“, jezgro je u isto vreme u raspadnutom/neraspadnutom stanju. Ali pogrešno je reći da je mačka živa/mrtva u isto vrijeme. Zašto? Da, zato što se kvantni fenomeni ne opažaju u makrosistemima. Bilo bi ispravnije govoriti ne o sistemu "mačja jezgra", već o sistemu "jezgro-detektor (Geigerov brojač)".

Jezgro bira jedno od stanja (raspadnuto/neraspadnuto) u trenutku posmatranja (ili merenja). Ali ovaj izbor se ne dešava u trenutku kada eksperimentator otvori kutiju (otvaranje kutije se dešava u makrosvetu, veoma daleko od sveta jezgra). Jezgro bira svoje stanje u trenutku kada udari u detektor.Činjenica je da sistem nije dovoljno opisan u eksperimentu.

Dakle, kopenhaška interpretacija paradoksa Schrödingerove mačke poriče da je do trenutka otvaranja kutije, Schrödingerova mačka bila u stanju superpozicije – istovremeno je bila u stanju žive/mrtve mačke. Mačka u makrokosmosu može i postoji samo u jednom stanju.

Sažetak. Schrödinger nije u potpunosti opisao eksperiment. Nije ispravan (tačnije, nemoguće je povezati) makroskopski i kvantni sistemi. Kvantni zakoni ne važe u našim makrosistemima. U ovom eksperimentu nije “mačja jezgra” ta koja je u interakciji, već “mačka-detektor-jezgro”. Mačka je iz makrokosmosa, a sistem "detektor-jezgro" je iz mikrokosmosa. I samo u svom kvantnom svijetu jezgro može biti u dva stanja u isto vrijeme. Ovo se događa prije nego što se jezgro izmjeri ili stupi u interakciju s detektorom. Ali mačka u svom makrokosmosu može i postoji samo u jednom stanju. Zbog toga, Tek na prvi pogled se čini da je mačjino "živo ili mrtvo" stanje određeno u trenutku otvaranja kutije. Zapravo, njegova sudbina je određena u trenutku kada detektor stupi u interakciju sa jezgrom.

Završni sažetak. Stanje sistema „detektor-nukleus-mačka” NIJE povezano sa osobom – posmatračem kutije, već sa detektorom – posmatračem jezgra.

Fuj. Mozak mi je skoro počeo da ključa! Ali kako je lijepo sami shvatiti rješenje paradoksa! Kao u starom studentskom šalu o učitelju: „Dok sam pričao, shvatio sam!“

Sheldonova interpretacija Schrödingerovog paradoksa mačke

Sada možete sjediti i slušati Sheldonovu najnoviju interpretaciju Schrödingerovog misaonog eksperimenta. Suština njegovog tumačenja je da se može primijeniti u odnosima među ljudima. Razumjeti dobar odnos između muškarca i žene ili loše - trebate otvoriti kutiju (ići na spoj). A prije toga su bili i dobri i loši u isto vrijeme.

Pa, kako vam se sviđa ovaj "slatki eksperiment"? Danas bi Schrödinger dobio mnogo kazni od aktivista za prava životinja za takve brutalne misaone eksperimente s mačkom. Ili možda nije bila mačka, već Schrödingerova mačka?! Jadna cura, dovoljno je patila od ovog Schrödingera (((

Vidimo se u narednim publikacijama!

Želim svima dobar dan i prijatno veče!

P.S. Podijelite svoja razmišljanja u komentarima. I postavljajte pitanja.

P.S. Pretplatite se na blog - obrazac za pretplatu se nalazi ispod članka.

Članak opisuje šta je Schrödingerova teorija. Doprinos ovog velikog naučnika moderna nauka, a također opisuje misaoni eksperiment koji je izmislio o mački. Ukratko je prikazan obim primjene ove vrste znanja.

Erwin Schrödinger

Zloglasna mačka, koja nije ni živa ni mrtva, sada se svuda koristi. O njemu se snimaju filmovi, po njemu se zovu zajednice o fizici i životinjama, postoji čak i brend odjeće. Ali najčešće ljudi misle na paradoks sa nesretnom mačkom. Ali ljudi obično zaborave na njegovog tvorca, Erwina Schrödingera. Rođen je u Beču, koji je tada bio u sastavu Austro-Ugarske. Bio je potomak veoma obrazovane i bogate porodice. Njegov otac Rudolf proizvodio je linoleum i ulagao novac, između ostalog, u nauku. Njegova majka je bila ćerka hemičara, a Ervin je često išao da sluša predavanja svog dede na akademiji.

Pošto je jedna od naučnikovih baka bila Engleskinja, zanimalo ga je strani jezici i savršeno savladao engleski. Nije iznenađujuće što je u školi Schrödinger svake godine bio najbolji u razredu, a na fakultetu je postavljao teška pitanja. Nauka ranog dvadesetog veka već je identifikovala nedoslednosti između razumljivije klasične fizike i ponašanja čestica u mikro- i nanosvetu. Uložio sam sve svoje snage u rješavanje nastalih kontradikcija

Doprinos nauci

Za početak, vrijedno je reći da je ovaj fizičar bio uključen u mnoge oblasti nauke. Međutim, kada kažemo "Schrödingerova teorija", ne mislimo na matematički harmoničan opis boje koju je stvorio, već na njegov doprinos kvantnoj mehanici. U to vrijeme tehnologija, eksperiment i teorija išli su ruku pod ruku. Razvila se fotografija, snimljeni su prvi spektri i otkriven je fenomen radioaktivnosti. Naučnici koji su dobili rezultate blisko su sarađivali sa teoretičarima: slagali su se, dopunjavali jedni druge i raspravljali. Stvorene su nove škole i grane nauke. Svijet je počeo blistati potpuno drugačijim bojama, a čovječanstvo je dobilo nove misterije. Uprkos složenosti matematičkog aparata, da se opiše šta je Schrödingerova teorija, jednostavnim jezikom Može.

Kvantni svijet je lak!

Sada je dobro poznato da veličina objekata koji se proučavaju direktno utiče na rezultate. Vidljivo oku objekti su podložni konceptima klasične fizike. Schrödingerova teorija je primjenjiva na tijela dimenzija sto puta sto nanometara i manja. A najčešće govorimo o pojedinačnim atomima i manjim česticama. Dakle, svaki element mikrosistema istovremeno ima svojstva i čestice i talasa (dualnost talas-čestica). Iz materijalnog svijeta, elektrone, protone, neutrone, itd. karakterizira masa i povezana inercija, brzina i ubrzanje. Od teoretskog talasa - parametri kao što su frekvencija i rezonancija. Da bi shvatili kako je to istovremeno moguće i zašto su oni međusobno neodvojivi, naučnici su morali da preispitaju svoje cjelokupno razumijevanje strukture supstanci.

Schrödingerova teorija implicira da su ova dva svojstva matematički povezana kroz konstrukt koji se zove valna funkcija. Pronalaženje matematičkog opisa ovog koncepta donijelo je Schrödingera nobelova nagrada. Međutim, fizičko značenje koje mu je autor pridavao nije se poklapalo s idejama Bohra, Sommerfelda, Heisenberga i Einsteina, koji su utemeljili takozvanu kopenhašku interpretaciju. Tu je nastao "mačji paradoks".

Talasna funkcija

Kada je u pitanju mikrokosmos elementarne čestice, koncepti svojstveni makroskali gube svoje značenje: masa, zapremina, brzina, veličina. I nestabilne vjerovatnoće dolaze same po sebi. Objekte ove veličine ljudi ne mogu uhvatiti - ljudima su dostupni samo indirektni načini proučavanja. Na primjer, svjetlosne pruge na osjetljivom ekranu ili filmu, broj klikova, debljina filma koji se prska. Sve ostalo je oblast proračuna.

Schrödingerova teorija zasniva se na jednačinama koje je ovaj naučnik izveo. A njihova sastavna komponenta je valna funkcija. Ona nedvosmisleno opisuje tip i kvantne osobine čestice koja se proučava. Vjeruje se da pokazuje stanje, na primjer, elektrona. Međutim, on sam, suprotno zamisli njegovog autora, nema fizičko značenje. To je samo zgodan matematički alat. Pošto naš članak predstavlja Schrödingerovu teoriju jednostavnim riječima, recimo da kvadrat valne funkcije opisuje vjerovatnoću pronalaska sistema u unaprijed određenom stanju.

Mačka kao primjer makro objekta

Sam autor se do kraja života nije slagao sa ovim tumačenjem, koje se zove Kopenhaška interpretacija. Bio je zgrožen nedorečenošću koncepta vjerovatnoće i insistirao je na jasnoći same funkcije, a ne njenog kvadrata.

Kao primjer nedosljednosti takvih ideja, on je tvrdio da bi u ovom slučaju mikrosvijet utjecao na makro-objekte. Teorija ide ovako: ako živi organizam (na primjer, mačku) i kapsulu s otrovnim plinom stavite u zatvorenu kutiju, koja se otvara ako se određeni radioaktivni element raspadne, a ostaje zatvorena ako ne dođe do raspadanja, tada prije otvaranja kutije dobijamo paradoks. Prema kvantnim konceptima, atom radioaktivnog elementa će se raspasti sa određenom vjerovatnoćom tokom određenog vremenskog perioda. Dakle, prije eksperimentalne detekcije, atom je netaknut i netaknut. I, kako kaže Schrödingerova teorija, za isti postotak vjerovatnoće mačka je i mrtva i inače živa. Što je, vidite, apsurdno, jer kada otvorimo kutiju, naći ćemo samo jedno stanje životinje. A u zatvorenom kontejneru, pored smrtonosne kapsule, mačka je ili mrtva ili živa, jer su ovi pokazatelji diskretni i ne podrazumijevaju međuopcije.

Postoji specifično, ali još ne u potpunosti dokazano, objašnjenje za ovaj fenomen: u nedostatku vremenskih uvjeta za određivanje specifičnog stanja hipotetičke mačke, ovaj eksperiment je nesumnjivo paradoksalan. Međutim, kvantnomehanička pravila se ne mogu koristiti za makro objekte. Još uvijek nije bilo moguće precizno povući granicu između mikrosvijeta i običnog. Međutim, životinja veličine mačke je nesumnjivo makro objekat.

Primjena kvantne mehanike

Kao i kod svakog, čak i teorijskog, fenomena, postavlja se pitanje kako Schrödingerova mačka može biti korisna. Teorija Velikog praska, na primjer, zasniva se upravo na procesima koji se odnose na ovaj misaoni eksperiment. Sve što se odnosi na ultra-velike brzine, ultra-malu strukturu materije i proučavanje svemira kao takvog objašnjava se, između ostalog, kvantnom mehanikom.

Yuri Gordeev
Programer, programer igara, dizajner, umjetnik

"Schrödinger's Cat" je misaoni eksperiment koji je predložio jedan od pionira kvantne fizike kako bi pokazao kako čudno izgledaju kvantni efekti kada se primjene na makroskopske sisteme.

Pokušaću da objasnim zaista jednostavnim rečima: gospodo fizičari, nemojte me kriviti. Izraz "grubo govoreći" se podrazumijeva dalje prije svake rečenice.

U vrlo, vrlo maloj mjeri, svijet se sastoji od stvari koje se ponašaju na vrlo neobične načine. Jedna od najčudnijih karakteristika ovakvih objekata je sposobnost da se istovremeno nalaze u dva međusobno isključiva stanja.

Ono što je još neobičnije sa intuitivnog gledišta (neki bi čak rekli i jezivo) jeste da čin svrsishodnog posmatranja eliminiše ovu nesigurnost, a objekat, koji je samo bio u dva kontradiktorna stanja u isto vreme, pojavljuje se pred posmatračem u samo jedan od njih, kao da se ništa nije dogodilo, gleda u stranu i nevino zviždi.

Na subatomskom nivou, svi su odavno navikli na ove ludorije. Postoji matematički aparat koji opisuje ove procese, a saznanja o njima su pronašla najviše razne aplikacije: Na primjer, u kompjuterima i kriptografiji.

Na makroskopskom nivou, ovi efekti se ne primjećuju: nama poznati objekti uvijek su u jednom specifičnom stanju.

Sada za misaoni eksperiment. Uzimamo mačku i stavljamo ga u kutiju. Tu stavljamo i bocu sa otrovnim gasom, radioaktivnim atomom i Geigerov brojač. Radioaktivni atom može ili ne mora da se raspadne u bilo kom trenutku. Ako se raspadne, brojač će otkriti radijaciju, jednostavan mehanizam će razbiti bocu s plinom i naša mačka će umrijeti. Ako ne, mačka će ostati živa.

Zatvaramo kutiju. Od ovog trenutka, sa stanovišta kvantne mehanike, naš atom je u stanju neizvesnosti – raspao se sa verovatnoćom od 50%, a nije se raspao sa verovatnoćom od 50%. Prije nego što otvorimo kutiju i pogledamo unutra (napravimo zapažanje), ona će biti u oba stanja odjednom. A pošto sudbina mačke direktno zavisi od stanja ovog atoma, ispada da je i mačka bukvalno živa i mrtva u isto vreme („...razmazivanje žive i mrtve mačke (izvinite na izrazu) u jednakom dijelovi..." piše autor eksperimenta). Upravo tako bi kvantna teorija opisala ovu situaciju.

Schrödinger je teško mogao pretpostaviti koliko će buke napraviti njegova ideja. Naravno, sam eksperiment, čak i u originalu, opisan je krajnje grubo i bez ikakvog pretvaranja naučne tačnosti: autor je svojim kolegama želio prenijeti ideju da teoriju treba dopuniti jasnijim definicijama procesa kao što je „posmatranje ” kako bi iz svoje nadležnosti isključio scenarije s mačkama u kutijama.

Ideja o mački je čak korištena da se "dokaže" postojanje Boga kao superinteligencije, čije kontinuirano promatranje čini moguće samo naše postojanje. U stvarnosti, „posmatranje“ ne zahtijeva svjesnog posmatrača, što izvlači dio misticizma iz kvantnih efekata. Ali čak i tako, kvantna fizika danas ostaje granica nauke sa mnogim neobjašnjivim fenomenima i njihovim interpretacijama.

Ivan Boldin
Kandidat fizičko-matematičkih nauka, istraživač, diplomirani MIPT

Ponašanje objekata mikrosvijeta (elementarnih čestica, atoma, molekula) značajno se razlikuje od ponašanja objekata s kojima se obično suočavamo. Na primjer, elektron može istovremeno letjeti kroz dva prostorno udaljena mjesta ili biti istovremeno u nekoliko orbita u atomu. Za opis ovih pojava stvorena je teorija - kvantna fizika. Prema ovoj teoriji, na primjer, čestice se mogu razmazati u prostoru, ali ako želite da odredite gdje se čestica nalazi, onda ćete uvijek pronaći cijelu česticu na nekom mjestu, odnosno činit će vam se da kolabira od svoje razmazanosti. države na neko određeno mjesto. Odnosno, vjeruje se da sve dok ne izmjerite položaj čestice, ona uopće nema poziciju, a fizika može samo predvidjeti s kojom vjerovatnoćom možete otkriti česticu na kojem mjestu.

Erwin Schrödinger, jedan od tvoraca kvantne fizike, zapitao se: šta ako se, ovisno o rezultatu mjerenja stanja mikročestice, dogodi ili ne dogodi neki događaj. Na primjer, ovo bi se moglo implementirati na sljedeći način: uzmite radioaktivni atom s poluraspadom od, recimo, sat vremena. Atom se može staviti u neprozirnu kutiju, tu se može staviti uređaj koji, kada ga udare proizvodi radioaktivnog raspada atoma, razbije ampulu sa otrovnim gasom, a u ovu kutiju se može staviti mačka. Tada nećete vidjeti spolja da li se atom raspao ili ne, odnosno, prema kvantnoj teoriji, i raspao se i ne raspao, pa je mačka, dakle, i živa i mrtva u isto vrijeme. Ova mačka postala je poznata kao Schrödingerova mačka.

Može izgledati iznenađujuće da mačka može biti živa i mrtva u isto vrijeme, iako formalno ovdje nema kontradikcije i to nije pobijanje kvantne teorije. Međutim, mogu se postaviti pitanja, na primjer: ko može kolabirati atom iz razmazanog stanja u određeno stanje, a ko takvim pokušajem i sam prelazi u zamrljano stanje? Kako dolazi do ovog procesa kolapsa? Ili kako se to dešava da onaj ko izvrši kolaps ne poštuje zakone kvantne fizike? Da li ova pitanja imaju smisla i, ako da, koji su odgovori, još uvijek nije jasno.

Đorđe Panin
diplomirao na Ruskom hemijsko-tehničkom univerzitetu po imenu. DI. Mendeljejev, Glavni specijalista odjel za istraživanje (marketinška istraživanja)

Kako nam je objasnio Heisenberg, zbog principa neizvjesnosti, opis objekata u kvantnom mikrosvijetu je drugačije prirode od uobičajenog opisa objekata u njutnovskom makrosvijetu. Umjesto prostornih koordinata i brzine, koje smo navikli opisivati mehaničko kretanje, na primjer, lopta na bilijarskom stolu, u kvantnoj mehanici objekti se opisuju takozvanom valnom funkcijom. Vrh "talasa" odgovara maksimalnoj vjerovatnoći pronalaska čestice u prostoru u trenutku mjerenja. Kretanje takvog talasa opisano je Schrödingerovom jednačinom, koja nam govori kako se stanje kvantnog sistema mijenja tokom vremena.

Sada o mački. Svi znaju da se mačke vole sakriti u kutijama (thequestion.ru). Erwin Schrödinger je također bio upoznat. Štaviše, s čisto nordijskim fanatizmom, koristio je ovu osobinu u poznatom misaonom eksperimentu. Suština toga bila je da postoji mačka zaključana u kutiji sa paklenom mašinom. Mašina je preko releja povezana sa kvantnim sistemom, na primer, radioaktivno raspadnom supstancom. Verovatnoća raspada je poznata i iznosi 50%. Paklena mašina se pokreće kada se kvantno stanje sistema promeni (dođe do raspada) i mačka potpuno umre. Ako ostavite sistem “Mačka-kutija-paklena mašina-kvanta” samo jedan sat i zapamtite da je stanje kvantnog sistema opisano u terminima vjerovatnoće, tada postaje jasno da da li je mačka živa ili ne zavisi od ovog trenutka vrijeme, vjerovatno neće uspjeti, kao što neće biti moguće unaprijed precizno predvidjeti pad novčića na glavu ili rep. Paradoks je vrlo jednostavan: talasna funkcija koja opisuje kvantni sistem meša dva stanja mačke - ona je živa i mrtva u isto vreme, baš kao što se vezani elektron može s jednakom verovatnoćom locirati na bilo kom mestu u prostoru jednako udaljenom od atomsko jezgro. Ako ne otvorimo kutiju, ne znamo tačno kako je mačka. Bez posmatranja (čitanja mjerenja) atomskog jezgra, njegovo stanje možemo opisati samo superpozicijom (miješanjem) dva stanja: raspadnutog i neraspadnutog jezgra. Mačka u nuklearnoj ovisnosti je živa i mrtva u isto vrijeme. Pitanje je: kada sistem prestaje da postoji kao mešavina dva stanja i bira jedno određeno?

Kopenhaška interpretacija eksperimenta nam govori da sistem prestaje da bude mešavina stanja i bira jedno od njih u trenutku kada dođe do posmatranja, što je ujedno i merenje (okvir se otvara). Odnosno, sama činjenica mjerenja mijenja fizičku stvarnost, što dovodi do kolapsa valne funkcije (mačka ili postaje mrtva ili ostaje živa, ali prestaje biti mješavina oboje)! Razmislite o tome, eksperiment i mjerenja koja ga prate mijenjaju stvarnost oko nas. Lično, ta činjenica mi smeta mnogo više od alkohola. Ovaj paradoks teško doživljava i poznati Steve Hawking, koji ponavlja da kada čuje za Schrödingerovu mačku, njegova ruka pruža ruku prema Browningu. Ozbiljnost reakcije izvanrednog teoretskog fizičara posljedica je činjenice da je, po njegovom mišljenju, uloga posmatrača u kolapsu valne funkcije (kolapsu u jedno od dva vjerovatnoća) uvelike preuveličana.

Naravno, kada je profesor Ervin osmislio svoju mačju sprdnju 1935. godine, to je bio genijalan način da se pokaže nesavršenost kvantne mehanike. U stvari, mačka ne može biti živa i mrtva u isto vrijeme. Kao rezultat jedne od interpretacija eksperimenta, postalo je očito da postoji kontradikcija između zakona makro-svijeta (na primjer, drugi zakon termodinamike - mačka je ili živa ili mrtva) i mikro- svijet (mačka je živa i mrtva u isto vrijeme).

Gore navedeno se koristi u praksi: u kvantnom računarstvu i kvantnoj kriptografiji. Svetlosni signal u superpoziciji dva stanja šalje se preko optičkog kabla. Ako se napadači spoje na kabel negdje u sredini i tamo naprave signalni prisluškivač kako bi prisluškivali prenesenu informaciju, tada će se urušiti valna funkcija (sa stanovišta tumačenja Kopenhagena, napravit će se zapažanje) i svjetlo će ići u jedno od stanja. Sprovođenjem statističkih ispitivanja svjetlosti na prijemnom kraju kabla, biće moguće otkriti da li je svjetlost u superpoziciji stanja ili je već uočena i prenesena u drugu tačku. Ovo omogućava stvaranje sredstava komunikacije koja isključuju neprimetno presretanje i prisluškivanje signala.

Još jedna novija interpretacija Schrödingerovog misaonog eksperimenta je priča koju je Sheldon Cooper, junak Teorije velikog praska, ispričao svojoj manje obrazovanoj susjedi Penny. Poenta Sheldonove priče je da se koncept Schrödingerove mačke može primijeniti na međuljudske odnose. Da biste razumeli šta se dešava između muškarca i žene, kakav je odnos između njih: dobar ili loš, samo treba da otvorite kutiju. Do tada, veza je i dobra i loša. youtube.com

Šta je Schrödingerova mačka, Schrödingerova mačka, sve o Schrödingerovoj mački, Schrödingerov paradoks mačke, Schrödingerov eksperiment s mačkom, mačka u kutiji, ni živa ni mrtva mačka, je li Schrödingerova mačka živa, eksperiment s mačkama

Ovo je mačka koja je i živa i mrtva u isto vrijeme. On duguje ovo nesrećno stanje Nobelovac fizike, austrijski naučnik Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Odjeljci:

Suština eksperimenta / paradoks

Mačka se nalazi u zatvorenoj kutiji sa mehanizmom koji sadrži radioaktivno jezgro i posudu sa otrovnim gasom. Karakteristike eksperimenta su odabrane tako da je vjerovatnoća da će se jezgro raspasti za 1 sat 50%. Ako se jezgro raspadne, aktivira se mehanizam, spremnik za plin se otvara i mačka umire. Prema kvantnoj mehanici, ako se jezgro ne posmatra, tada se njegovo stanje opisuje superpozicijom (miješanjem) dva stanja - raspadnutog jezgra i neraspadnutog jezgra, dakle, mačka koja sjedi u kutiji je i živa i mrtva odjednom.

Čim otvorite kutiju, eksperimentator bi trebao vidjeti samo jedno stanje - "jezgro je raspalo, mačka je mrtva" ili "jezgro se nije raspalo, mačka je živa". Ali dok u procesu nema posmatrača, nesretna životinja ostaje “mrtva”.

Marginalizovano

• Nesreća nikad ne dolazi sama
  Nije upitno samo zdravlje repatog stanovnika kutije, već i njegov spol: u originalnom eksperimentu, Schrödingerova mačka je još uvijek bila mačka (die Katze).
• Nema „mrtvih“ mačaka
  Važno je zapamtiti da Schrödingerov eksperiment nije imao za cilj da dokaže postojanje "mrtvih" mačaka (i, suprotno tvrdnji u drugom dijelu igre "Portal", nije izmišljen kao izgovor za ubijanje mačaka). Očigledno, mačka mora biti ili živa ili mrtva, jer ne postoji međustanje.
  Iskustvo pokazuje da kvantna mehanika nije u stanju da opiše ponašanje makrosistema (što uključuje i mačku): ona je nepotpuna bez nekih pravila koja ukazuju kada sistem bira jedno određeno stanje, pod kojim uslovima se talasna funkcija urušava i mačka ili ostaje živa ili postaje mrtav, ali prestaje biti mješavina oboje.

• Nadav Katz sa Univerziteta u Kaliforniji i njegove kolege objavili su rezultate laboratorijskog eksperimenta u kojem su uspjeli da "vrate" kvantno stanje čestice nazad, a nakon mjerenja ovog stanja. Tako je moguće spasiti mački život bez obzira na uslove za kolaps valne funkcije. Nije bitno da li je živ ili mrtav: uvijek ga možete osvojiti [link] .
• 06/03/2011 RIA Novosti je izvestila da su kineski fizičari uspeli da stvore osmofotonska "Schrodingerova mačka"[link] , što bi trebalo da olakša razvoj budućih kvantnih računara

Slika u kulturi

Možda niko nije učinio više na popularizaciji kvantne mehanike od jadne mačke. Čak i ljudi koji su najudaljeniji od ovog kompleksnog polja znanja, zabrinuti za sudbinu vjerovatno napaćene životinje, pokušavaju razumjeti zamršenost eksperimenta, nadajući se da nije sve tako loše. Mačka inspiriše umjetnike i popularnu kulturu.
Spomenimo njegova glavna dostignuća:

Može li mačka biti i živa i mrtva u isto vrijeme? Koliko ih postoji paralelnih univerzuma? I da li uopšte postoje? Ovo uopće nisu naučnofantastična pitanja, već vrlo stvarni naučni problemi koje rješava kvantna fizika.

Pa počnimo sa Schrödingerova mačka. Ovo je misaoni eksperiment koji je predložio Erwin Schrödinger da ukaže na paradoks koji postoji u kvantnoj fizici. Suština eksperimenta je sljedeća.

U zatvorenu kutiju istovremeno se stavlja zamišljena mačka, kao i isti zamišljeni mehanizam sa radioaktivnim jezgrom i posudom s otrovnim plinom. Prema eksperimentu, ako se jezgro raspadne, aktivirat će se mehanizam: spremnik s plinom će se otvoriti i mačka će umrijeti. Vjerovatnoća nuklearnog raspada je 1 prema 2.

Paradoks je da, prema kvantnoj mehanici, ako se jezgro ne posmatra, onda je mačka u takozvanoj superpoziciji, drugim rečima, mačka je istovremeno u međusobno isključivim stanjima (i živa je i mrtva). Međutim, ako posmatrač otvori kutiju, može potvrditi da je mačka u jednom određenom stanju: ili je živa ili mrtva. Prema Schrödingeru, nedovršenost kvantne teorije leži u činjenici da ona ne precizira pod kojim uvjetima mačka prestaje biti u superpoziciji i ispada ili živa ili mrtva.

Ovaj paradoks je pojačan Wignerovim eksperimentom, koji dodaje kategoriju prijatelja već postojećem misaonom eksperimentu. Prema Wigneru, kada eksperimentator otvori kutiju, znat će da li je mačka živa ili mrtva. Za eksperimentatora mačka prestaje biti u superpoziciji, ali za prijatelja koji je iza vrata, a koji još ne zna za rezultate eksperimenta, mačka je još uvijek negdje “između života i smrti”. Ovo se može nastaviti s beskonačnim brojem vrata i prijatelja, a po sličnoj logici, mačka će biti u superpoziciji sve dok svi ljudi u Univerzumu ne saznaju šta je eksperimentator vidio kada je otvorio kutiju.

Kako kvantna fizika objašnjava takav paradoks? Kvantna fizika nudi misaoni eksperiment kvantno samoubistvo i dva moguće opcije razvoj događaja zasnovan na različitim interpretacijama kvantne mehanike.

U misaonom eksperimentu, pištolj je uperen u sudionika i ili će pucati kao rezultat raspada radioaktivnog atoma ili neće. Opet 50 prema 50. Dakle, učesnik eksperimenta će ili umrijeti ili ne, ali je za sada, poput Schrödingerove mačke, u superpoziciji.

Ova situacija se može tumačiti na različite načine sa stanovišta kvantne mehanike. Prema tumačenju iz Kopenhagena, pištolj će na kraju opaliti i učesnik će umrijeti. Prema Everettovoj interpretaciji, superpozicija predviđa prisustvo dva paralelna univerzuma u kojima učesnik istovremeno postoji: u jednom od njih je živ (pištolj nije pucao), u drugom je mrtav (pucalo oružje). Međutim, ako je interpretacija više svjetova tačna, onda u jednom od univerzuma učesnik uvijek ostaje živ, što dovodi do ideje o postojanju "kvantne besmrtnosti".

Što se tiče Schrödingerove mačke i posmatrača eksperimenta, onda se, prema Everettovoj interpretaciji, i on nalazi u dva Univerzuma odjednom, odnosno u „kvantnom jeziku“, „zapetljanim“ s njim.

Zvuči kao priča iz naučnofantastičnog romana, međutim, to je jedna od mnogih naučnih teorija kojima je mjesto u modernoj fizici.