Dichotomien von Schrödingers Katze. Das berühmte Rätsel „Schrödingers Katze“ in einfachen Worten
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Tatsächlich sind Hawking und viele andere Physiker der Meinung, dass die Interpretation der Quantenmechanik durch die Kopenhagener Schule ungerechtfertigt ist, wenn sie die Rolle des Beobachters betont. Eine endgültige Einigkeit unter den Physikern in dieser Frage ist noch immer nicht erreicht.
Die Parallelisierung von Welten zu jedem Zeitpunkt entspricht einem echten nichtdeterministischen Automaten, im Gegensatz zu einem probabilistischen, bei dem bei jedem Schritt einer der mögliche Wege abhängig von ihrer Wahrscheinlichkeit.
Wigners Paradoxon
Dies ist eine komplizierte Version von Schrödingers Experiment. Eugene Wigner führte die Kategorie „Freunde“ ein. Nach Abschluss des Experiments öffnet der Experimentator die Schachtel und sieht eine lebende Katze. Der Zustandsvektor der Katze geht im Moment des Öffnens der Schachtel in den Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“ über. Somit wurde die Katze im Labor als lebendig erkannt. Außerhalb des Labors ist Freund. Freund weiß noch nicht, ob die Katze lebt oder tot ist. Freund erkennt die Katze erst als lebendig, wenn der Experimentator ihm das Ergebnis des Experiments mitteilt. Aber alle anderen Freunde Die Katze wurde noch nicht als lebend erkannt und wird erst erkannt, wenn sie über das Ergebnis des Experiments informiert wird. Somit kann die Katze erst dann als vollständig lebendig (oder vollständig tot) erkannt werden, wenn alle Menschen im Universum das Ergebnis des Experiments kennen. Bis zu diesem Moment bleibt die Katze auf der Skala des Großen Universums laut Wigner gleichzeitig lebendig und tot.
Praktischer Nutzen
Das Obige wird in der Praxis verwendet: im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie. Über ein Glasfaserkabel wird ein Lichtsignal in einer Überlagerung zweier Zustände gesendet. Wenn sich Angreifer irgendwo in der Mitte mit dem Kabel verbinden und dort einen Signalabgriff vornehmen, um die übertragenen Informationen abzuhören, dann bricht die Wellenfunktion zusammen (aus Sicht der Kopenhagener Interpretation wird eine Beobachtung gemacht) und Das Licht wird in einen der Zustände gehen. Durch statistische Tests des Lichts am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unbemerktes Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.
Das Experiment (das im Prinzip durchführbar ist, obwohl es noch keine funktionierenden Quantenkryptographiesysteme gibt, die große Informationsmengen übertragen können) zeigt auch, dass „Beobachtung“ im Kopenhagener Sinne nichts mit dem Bewusstsein des Beobachters zu tun hat. denn in diesem Fall führt die Änderung der Statistik bis zum Ende des Kabels zu einem völlig unbelebten Zweig des Kabels.
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Dies ist eine Katze, die gleichzeitig lebendig und tot ist. Diesen unglücklichen Zustand verdankt er dem Nobelpreisträger für Physik, dem österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.
Abschnitte:
Die Essenz des Experiments / Paradoxons
Die Katze befindet sich in einer geschlossenen Kiste mit einem Mechanismus, der einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die Eigenschaften des Experiments sind so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kern innerhalb einer Stunde zerfällt, 50 % beträgt. Zerfällt der Kern, aktiviert er den Mechanismus, der Gasbehälter öffnet sich und die Katze stirbt. Gemäß der Quantenmechanik wird der Zustand des Kerns, wenn keine Beobachtung erfolgt, durch eine Überlagerung (Vermischung) zweier Zustände beschrieben – eines zerfallenen Kerns und eines nicht zerfallenen Kerns. Daher ist eine Katze, die in einer Kiste sitzt, sowohl lebendig als auch tot auf einmal.
Sobald Sie die Schachtel öffnen, sollte der Experimentator nur einen Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“ Doch solange es keinen Beobachter gibt, bleibt das unglückselige Tier „tot“.
Ausgegrenzt
- Das Unglück kommt nie alleine
Nicht nur die Gesundheit des Schwanzbewohners der Kiste ist fraglich, sondern auch sein Geschlecht: Im ursprünglichen Experiment war Schrödingers Katze noch eine Katze. - Es gibt keine „toten“ Katzen
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Schrödingers Experiment nicht dazu gedacht war, die Existenz „toter“ Katzen zu beweisen (und entgegen der Aussage im zweiten Teil des Spiels „Portal“ nicht als Vorwand für das Töten von Katzen erfunden wurde). Offensichtlich muss die Katze entweder lebendig oder tot sein, da es keinen Zwischenzustand gibt.
Die Erfahrung zeigt, dass die Quantenmechanik nicht in der Lage ist, das Verhalten von Makrosystemen (zu denen auch die Katze gehört) zu beschreiben: Ohne einige Regeln, die angeben, wann das System einen bestimmten Zustand wählt, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze am Leben bleibt, ist sie unvollständig oder wird tot, ist aber keine Mischung aus beidem mehr.
Der Autor ist der Meinung, dass das letzte Wort der Katze überlassen werden sollte, die, auch wenn sie nichts über Quantenmechanik weiß, sicherlich besser als jeder andere über ihren Zustand informiert ist. Allerdings weckt seine Kompetenz als Beobachter bei Wissenschaftlern offensichtlich Zweifel. Eine Ausnahme bilden Hans Moravec, Bruno Marshall und Max Tegmark, die eine Modifikation des Schrödinger-Experiments vorschlugen, bekannt als „Quantenselbstmord“, bei dem es sich um ein Experiment mit einer Katze aus der Sicht der Katze handelt. Wissenschaftler verfolgten das Ziel, den Unterschied zwischen der Kopenhagener und der Vielwelt-Interpretation der Quantenmechanik aufzuzeigen. Wenn die Viele-Welten-Interpretation zutrifft, wird die Katze zur Freude ihrer Sympathisanten zu Tsoi und bleibt immer am Leben, da der Teilnehmer das Ergebnis des Experiments nur in der Welt beobachten kann, in der er überlebt.- Nadav Katz von der University of California und seine Kollegen veröffentlichten die Ergebnisse eines Laborexperiments, bei dem es ihnen gelang, den Quantenzustand eines Teilchens „zurückzugeben“ und diesen Zustand anschließend zu messen. Somit ist es möglich, das Leben der Katze unabhängig von den Bedingungen für den Zusammenbruch der Wellenfunktion zu retten. Es spielt keine Rolle, ob er lebt oder tot ist: Sie können es jederzeit zurückgewinnen [Link] .
- 03.06.2011 RIA Novosti berichtete, dass chinesische Physiker in der Lage seien, etwas zu erschaffen Acht-Photonen-„Schrödingers Katze“[Link] , was die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer erleichtern soll
Bild in der Kultur
Vielleicht hat niemand mehr zur Popularisierung der Quantenmechanik beigetragen als die arme Katze. Sogar Menschen, die am weitesten von diesem komplexen Wissensgebiet entfernt sind und sich Sorgen um das Schicksal des wahrscheinlich leidenden Tieres machen, versuchen, die Feinheiten des Experiments zu verstehen, in der Hoffnung, dass nicht alles so schlimm ist. Die Katze inspiriert Künstler und Populärkultur.
Literatur: Die Situation mit Schrödingers Katze wird von den Hauptfiguren des Buches „Dirk Gentlys Detektivbüro“ von Douglas Adams thematisiert. In Dan Simmons‘ Buch „Endymion“ Protagonist Raoul Endymion schreibt seine Erzählung während seiner Umlaufbahn um Armagast in Schrödingers „Katzenkiste“. Im letzten Drittel von Robert Heinleins Buch „Die Katze geht durch Wände“ taucht die rotbraune Katze Pixel auf, die die Fähigkeit von Schrödingers Katze besitzt, sich gleichzeitig in zwei Zuständen zu befinden. Terry Pratchetts Buch „The Cat No Fool“ beschreibt humorvoll die Rasse der sogenannten „Schrödinger-Katzen“, die von derselben Schrödinger-Katze abstammen. Dieses Gedankenexperiment wird auch in anderen Werken von Pratchett mehrfach erwähnt, beispielsweise im Roman „Ladies and Gentlemen“. In der Geschichte von F. Gwynplain McIntyre „Nursing Schrödinger the Cat“ entpuppt sich eine der Figuren als Schrödingers eigenes Haustier, die Katze Tibbles. Die Handlung spielt sich tatsächlich um diese Katze ab. lustige Geschichte, großzügig gewürzt mit Details aus verschiedene Bereiche Physik. Die Handlung von Frederik Pohls Science-Fiction-Roman „Das Kommen der Quantenkatzen“ (1986) basiert auf der Idee der Interaktion zwischen „benachbarten“ Universen. In der philosophisch-satirischen Miniatur „Schrödingers Katze“ von Nikolai Baytov wird Schrödingers Paradoxon auf den Kopf gestellt: Eine Organisation namens „Liga der reversiblen Zeit“ überwacht seit 50 Jahren ununterbrochen eine lebende Katze in einer Kiste und glaubt, dass die Es wird eine Beobachtung durchgeführt - der Zustand, in dem sich die Katze befindet, sollte sich nicht ändern. In Lukyanenkos Buch „The Last Watch“ wird der Hauptfigur eine Schlinge namens „Schrödingers Katze“ um den Hals gelegt, deren Besonderheit darin besteht, dass die Zauberer nicht verstehen, ob diese Kreatur lebt oder nicht. Erwähnt in Greg Egans Roman „Quarantine“, in Christopher Stasheffs Fantasy „The Healer Magician“, in Gregory Dale Bears Geschichte „The Schrödinger Plague“; Der polnische Schriftsteller Sapkowski erwähnt Codringhers Katze. In Mercy Shelleys Cyberpunk-Roman 2048 heißt es: „Ein Typ mit einem Nachnamen, der einer Akte ähnelte, steckte einen armen Biorg in eine Eisenkiste, in der sich nichts außer einer Phiole mit Gift befand.“ Svetlana Shirankovas Gedicht „Schrödingers Katze“ hat einen sehr inspirierenden Anfang: „Doktor Schrödinger, Ihre Katze lebt noch.“ Bildschirm: Im Film „A Serious Man“ der Coen-Brüder erklärt ein Student einem Professor: „Ich verstehe das Experiment mit der toten Katze“, was natürlich das Gegenteil anzeigt. Im Film „Repo Man“ („Collectors“, in der russischen Veröffentlichung „Rippers“) spricht die Hauptfigur zu Beginn des Films über einen unbekannten Wissenschaftler, der eine Katze hat. Und diese Katze befindet sich in einem Zustand von „... gleichzeitig lebendig und tot ...“. In einer der Episoden der Science-Fiction-Serie Stargate SG-1 taucht eine Katze namens Schrödinger auf. Auch die Hauptfigur der Science-Fiction-Serie „Slithers“ hat eine gleichnamige Katze. In der TV-Serie Stargate SG-1 wurde einem Außerirdischen eine orangefarbene Katze namens Schrödinger geschenkt. Die tote Katze Schrödinger erscheint in der Fernsehserie CSI: Las Vegas (Staffel 8, Folge 15: The Theory of Everything). Schrödingers Katze wird auch in der Fernsehserie „The Big Bang Theory“ erwähnt, wo der Held als Antwort auf die Frage eines Mädchens, ob sie auf ein Date gehen solle, eine Analogie zu Schrödingers Katze zieht, was bedeutet, dass man gewonnen hat, solange man es nicht versucht Ich weiß es nicht: „Penny, denn um herauszufinden, ob die Katze lebt oder tot ist, musst du die Kiste öffnen.“ In der TV-Serie „Bugs“ wurde die Rolle von Schrödingers Katze durch Hinweise auf Roter Merkur in einem mit Sprengfallen versehenen Safe gespielt. Im japanischen Anime Hellsing (OVA) (sowie im gleichnamigen Manga) gibt es einen Cat-Man-Charakter namens Schrödinger, der weder lebt noch tot ist und die Fähigkeit zur Teleportation besitzt („überall und nirgendwo sein“). und ist völlig unzerstörbar. Im Anime „To Aru Majutsu no Index“ wendet sich die Hauptfigur, als sie von einem Mädchen gebeten wird, ein Kätzchen Schrödinger zu nennen, daran, dass Katzen nicht so genannt werden dürfen. Im Anime Shigofumi gibt es auch eine Katze namens Schrödinger. Im japanischen Anime und Spiel Umineko no naku koro ni wird die Erfahrung bei Battlers Versuch genutzt, die Unmöglichkeit von Magie zu beweisen (auch verwendet in „Proof of the Devil“, „Hempel’s Crows“, „Laplace’s Demon“). In einer der Futurama-Folgen „Law and Oracle“ versteckte Schrödinger Drogen in einer Kiste mit einer Katze. Comics/Manga: Ein kleiner Comic über Schrödingers Katze und Maxwells Dämon. He's Dead: Schrödinger of the Cat: Und andere Comics auf joyreactor.ru. Spiele: Es gibt ein Questspiel „Return of the Quantum Cat“. Im Spiel „Nethack“ gibt es ein Monster „Quantum Mechanic“, das manchmal eine Kiste mit einer Katze bei sich hat. Der Zustand der Katze wird erst beim Öffnen der Kiste festgestellt. Im Spiel „Half-Life 2“ gab es eine Katze in einem Labor mit Teleportern, von der Barney „immer noch“ Albträume hat. Das Porträt von Schrödingers Katze findet sich auch im Remake von Half-Life aus dem Jahr 1998. - „Black Mesa“ (früher bekannt als „Black Mesa: Source“). Link zum notariell beglaubigten Screenshot. In jedem Level von Bioshock gibt es eine tote Katze in einer abgelegenen Ecke, die als Shrodinger identifiziert wird. Auch im zweiten Teil ist er zu finden – die Katze ruht auf einer der Eisschollen in einem gefrorenen Raum mit vier Überwachungskameras in den Ecken. Die gleichnamige NPC-Katze erscheint im japanischen Rollenspiel Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. Der Hauptslogan des Spielportals „Der Kuchen ist eine Lüge“ ist eine Errativierung eines der Ergebnisse von Schrödingers Experiment, nämlich „Die Katze lebt.“ Auch im zweiten Teil des Spiels kommt die Katze nicht in Vergessenheit. Eine Erwähnung des Experiments findet sich im russischen Regelwerk Brettspiel„Zeitalter des Wassermanns“. Die Katze hat sogar ihr eigenes Merkmalsschild – es ist völlig leer, als ob es nicht existierte. Musik: Das sogenannte Festival der ungewöhnlichen Musik „Schrödingers Katze“, das unter dem Motto „Schrödingers Katze“ stattfindet Wahres Leben - echter Tod- echte Musik! und „Ist Schrödingers Katze lebendig oder tot?“ Und du?" Google berichtet außerdem, dass es sich bei dem Namen „KoT Schrödinger“ um ein nahezu musikalisches Projekt einer sehr kleinen Gruppe aus Korolev bei Moskau handelt. Das Album Saturnine Martial and Lunatic der britischen Band Tears for Fears enthält einen gleichnamigen Song. Auch die russische Gruppe „Allein Fur“ Immer spielt ein gleichnamiges Lied. Humor: Jeder Witz über Schrödingers Katze ist lustig und unlustig zugleich. Schrödinger und Heisenberg fahren die Autobahn entlang zu einer Konferenz, Schrödinger fährt. Plötzlich gibt es einen Knall und er hält das Auto an. Heisenberg blickt auf die Straße:
Erwähnen wir seine wichtigsten Erfolge:
- Oh mein Gott, es sieht aus, als hätte ich eine Katze angefahren!
- Er ist gestorben?
- Das kann ich nicht genau sagen. Schrödinger ging durch den Raum und suchte nach dem kackenden Kätzchen, und es lag weder lebendig noch tot in der Kiste. Verschiedenes: Künstler widmen Schrödingers Katze Aufmerksamkeit und versuchen, die Mehrdeutigkeit seiner Position durch Malerei und Grafik zu vermitteln. Auch auf T-Shirts und Tassen sind Bilder dieses Tieres zu sehen. Terroristen, von denen nicht bekannt ist, dass sie tot oder lebendig sind, werden manchmal als „Schrödingers Terroristen“ bezeichnet. Aus berühmte Persönlichkeiten In diesem Zustand befand sich beispielsweise Jassir Arafat, als er vor seinem Tod im Koma lag, ebenso wie Osama Bin Laden. Laut Absurdopedia ist die Katze im Sack eine vereinfachte Version von Schrödingers Katzenexperiment [Link]. Stephen Hawking paraphrasierte Hans Josts Schlagwort „Wenn ich von Kultur höre, greife ich zur Waffe“ wie folgt: „Wenn ich von Schrödingers Katze höre, greift meine Hand zur Waffe!“ Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Hawking wie viele andere Physiker der Meinung ist, dass die Interpretation der Quantenmechanik der „Kopenhagener Schule“ die Rolle des Beobachters ungerechtfertigt betont. Im Zusammenhang mit der Eröffnung der MEPhI-Theologieabteilung hat sich im Internet folgendes Bild verbreitet:Sicher haben Sie schon mehr als einmal gehört, dass es ein Phänomen wie „Schrödingers Katze“ gibt. Wenn Sie jedoch kein Physiker sind, haben Sie höchstwahrscheinlich nur eine vage Vorstellung davon, was für eine Katze das ist und warum sie benötigt wird.
« Shroedingers Katze„ – so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Preisträger ist Nobelpreis. Mit Hilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren Systemen zu makroskopischen Systemen zeigen.
Dieser Artikel versucht es zu erklären in einfachen Worten die Essenz von Schrödingers Theorie über die Katze und die Quantenmechanik, so dass sie auch für eine Person zugänglich ist, die keine höhere technische Ausbildung hat. Der Artikel stellt außerdem verschiedene Interpretationen des Experiments vor, unter anderem aus der TV-Serie „The Big Bang Theory“.
Beschreibung des Experiments
Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Darin wurde das Experiment beschrieben, indem oder sogar personifiziert:
Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze mit der folgenden teuflischen Maschine in einer Stahlkammer einsperren (was unabhängig vom Eingreifen der Katze der Fall sein sollte): In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, so klein, dass nur ein Atom in einer Stunde zerfallen kann. aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.
Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt. Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert. Typisch in ähnliche Fälle besteht darin, dass Unsicherheit, die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkt war, in makroskopische Unsicherheit umgewandelt wird, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.
Mit anderen Worten:
- Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Box enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter wurden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kernzerfalls in einer Stunde 50 % beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich ein Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt die Katze gesund und munter.
- Wir verschließen die Katze in einer Kiste, warten eine Stunde und stellen die Frage: Lebt die Katze oder ist sie tot?
- Die Quantenmechanik scheint uns zu sagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantenüberlagerung). Bevor wir die Box öffnen, befindet sich das Cat-Core-System mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % im Zustand „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und mit a im Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. Wahrscheinlichkeit von 50 %. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.
- Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze lebendig/tot ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Box zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.
Erklärung in einfachen Worten
Wenn der Kern eines Atoms laut Quantenmechanik nicht beobachtet wird, wird sein Zustand durch eine Mischung aus zwei Zuständen beschrieben – einem zerfallenen Kern und einem nicht zerfallenen Kern, also einer Katze, die in einer Kiste sitzt und den Kern eines Atoms verkörpert ist gleichzeitig lebendig und tot. Wenn die Schachtel geöffnet wird, kann der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“
Das Wesentliche in der menschlichen Sprache: Schrödingers Experiment zeigte, dass die Katze aus quantenmechanischer Sicht sowohl lebendig als auch tot ist, was nicht sein kann. Daher weist die Quantenmechanik erhebliche Mängel auf.
Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten? Der Zweck des Experiments besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber keine Mischung aus beidem mehr ist. Da klar ist, dass eine Katze entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss entweder verfallen oder unverwest sein (Wikipedia).
Video aus der Urknalltheorie
Eine weitere neuere Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist eine Geschichte, die der Urknalltheorie-Charakter Sheldon Cooper seiner weniger gebildeten Nachbarin Penny erzählte. Der Sinn von Sheldons Geschichte besteht darin, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf menschliche Beziehungen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau passiert, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin ist die Beziehung sowohl gut als auch schlecht.
Unten ist ein Videoclip dieses Urknalltheorie-Austauschs zwischen Sheldon und Penia.
Ist die Katze durch das Experiment am Leben geblieben?
Für diejenigen, die den Artikel nicht sorgfältig gelesen haben, sich aber dennoch Sorgen um die Katze machen, eine gute Nachricht: Machen Sie sich laut unseren Daten keine Sorgen, als Ergebnis eines Gedankenexperiments eines verrückten österreichischen Physikers
KEINE KATZE WURDE VERLETZT
Schrödingers Katze ist die geheimnisvollste aller Katzen, Katzen, Katzen, Katzen, die die Menschheit so sehr liebt. Virale Katzenvideos werden im World Wide Web verbreitet und täglich millionenfach angeschaut, außerdem sind Bilder von süßen Kätzchen zu sehen Werbetafeln in der Lage, uns dazu zu bringen, jedes Produkt zu kaufen. Auch auf dem Gebiet der Popularisierung der Wissenschaft gibt es seine eigenen schnauzbärtigen und gestreiften Helden. Genauer gesagt handelt es sich bei einer um Schrödingers Katze. Sicherlich haben Sie schon einmal davon gehört, auch wenn Sie sich nicht mit Quantenmechanik befassen. Warum also verfolgt die berühmte Katze seit fast hundert Jahren Physiker und Lyriker und ist gleichzeitig zu einem der merkwürdigsten Objekte der modernen Massenkultur geworden?
Schrödingers Katze als Metapher
So paradox es auch klingen mag: Der österreichische theoretische Physiker und Nobelpreisträger Erwin Schrödinger ist der „Vater“ der geheimnisvollsten Katze und nicht der Besitzer. Schließlich Shroedingers Katze ist ein Gedankenexperiment, ein theoretisches Paradoxon und eine wirklich erstaunliche Metapher zur Beschreibung der Quantenüberlagerung.
Gab es eine Katze?
Die Frage „Hatte Schrödinger eine Katze?“ bleibt weiterhin offen. Allerdings laut mehreren Quellen in einer der frühen Ausgaben PhysikHeute Es gibt ein Foto des Wissenschaftlers mit seiner Hauskatze Milton. Im Originaltext des Artikels von 1935, in dem Erwin Schrödinger sein hypothetisches Experiment beschrieb, heißt es hingegen, dass es sich gar nicht um eine Katze, sondern um eine Katze handelt. Warum wählte der Physiker einen Katzenvertreter als Hauptfigur seines Konzepts? Wie wurde aus der Katze eine Katze? Diese Fragen scheinen dazu bestimmt zu sein, rhetorisch zu bleiben.
Schrödingers Katze ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % tot
Designua / Shutterstock.comWenn die Inspirationsquelle für den Forscher jedoch sein persönliches Haustier war, dann war der Grund dafür offenbar eine von einer Katze zerbrochene Vase oder eine beschädigte Tapete. Denn das Wichtigste, was Schrödingers Katze während des Experiments tut, ist, in einer Stahlkiste eingesperrt zu werden und ... zu sterben. Stimmt, mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 %. Oder besser gesagt, zusätzlich zu dem armen Tier wurde noch etwas in die Kiste gelegt spezieller Mechanismus, enthält einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas. Wenn der Kern zerfällt, wird der Mechanismus ausgelöst und die Katze stirbt an dem freigesetzten Gas. Wenn es nicht funktioniert, lebt es. Aber nur der Beobachter, der die Kiste öffnet, kann sein Schicksal erfahren. Bis dahin ist die Katze sowohl lebendig als auch tot.
Ohne eine Katze ist die Quantenmechanik nicht dasselbe
Diese ganze auf den ersten Blick paradoxe Situation veranschaulicht deutlich eine der Bestimmungen der Quantenmechanik. Ihm zufolge befindet sich der Atomkern gleichzeitig in allen möglichen Zuständen: Zerfall und Nicht-Zerfall. Wird das Atom nicht beobachtet, so wird sein Zustand durch eine Mischung dieser beiden Eigenschaften beschrieben. Daher ist die Katze, sprich der Kern eines Atoms, sowohl lebendig als auch tot. Und das ist einfach unmöglich. Das bedeutet, dass der Quantenmechanik einige Regeln fehlen, die bestimmen, unter welchen Bedingungen das Schicksal der Katze eindeutig klar ist.
Schrödingrs Katze: Sorten
Es ist nicht verwunderlich, dass die Bedeutung dessen, was mit der mythischen Katze in einer Stahlkiste geschieht, mehrere Interpretationen hat.
- Kopenhagener Sorte
Es gibt die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik, deren Autoren Niels Bohr und Werner Heisenberg sind. Demnach verbleibt die Katze unabhängig vom Beobachter in beiden Zuständen. Denn der entscheidende Moment ist nicht das Öffnen der Schublade, sondern das Auslösen des Mechanismus. Das heißt, das Tier ist längst an den Folgen des Gases gestorben, aber die Kiste ist immer noch verschlossen. Mit anderen Worten: In der Kopenhagener Interpretation gibt es keinen „toten lebendigen“ Zustand, da er durch einen Detektor bestimmt wird, der auf den Zerfall des Kerns reagiert.
- Everett-Sorte
Es gibt auch eine Viele-Welten-Interpretation oder die Everett-Interpretation. Sie interpretiert das Erlebnis mit Schrödingers Katze als zwei getrennte Ereignisse existierende Welt, wobei die Aufteilung in dem Moment erfolgt, in dem die Box geöffnet wird. In einem Universum lebt die Katze und es geht ihr gut, in einem anderen hat sie das Experiment nicht überlebt.
- „Quantenselbstmord“
Auf die eine oder andere Weise wurde die arme Katze Schrödinger von vielen Physikern „gequält“. Einige schlugen beispielsweise vor, die Situation mit der Katze aus der Sicht des Tieres selbst zu betrachten – schließlich weiß sie besser als alle Physiker der Welt, ob sie tot oder lebendig ist. Dem kann man wirklich nicht widersprechen. Dieser Ansatz wird „Quantenselbstmord“ genannt und ermöglicht hypothetisch zu überprüfen, welche dieser Interpretationen richtig ist.
Jeder kann seine eigene Sorte züchten
Wenn man sich modern ansieht Physikalische Wissenschaft, dann können wir mit Sicherheit sagen, dass Schrödingers leidgeprüfte Katze auf den Seiten der Forschung lebendiger ist als alle anderen Lebenden. Von Zeit zu Zeit bieten Wissenschaftler ihre Lösungen für dieses bekannte Paradoxon an und entwickeln das Konzept auch im Rahmen sehr interessanter Entwicklungen weiter.
- „zweite Kiste“
Letztes Jahr beispielsweise „schenkten“ Forscher der Yale University Schrödingers Katze eine zweite Kiste für ihr tödliches Versteckspiel. Basierend auf diesem Ansatz versuchten Wissenschaftler, das für den Betrieb eines Quantencomputers notwendige System zu simulieren. Denn wie Sie wissen, besteht eine der Hauptschwierigkeiten bei der Erstellung dieser Art von Maschine in der Notwendigkeit, Fehler zu korrigieren. Und wie sich herausstellt, ist der Einsatz von Schrödingers Katzen eine vielversprechende Möglichkeit, überschüssige Quanteninformation zu verwalten.
- „Mikrokatze“
Und erst vor wenigen Wochen gelang es einem internationalen Wissenschaftlerteam unter der Leitung russischer Experten auf dem Gebiet der Quantenoptik, mikroskopisch kleine Schrödinger-Katzen zu „züchten“, um die Suche nach der Grenze zwischen Quanten- und klassischer Welt voranzutreiben. So hilft Schrödingers Katze den Physikern bei der Entwicklung Quantentechnologien Kommunikation und Kryptographie.
Schrödingers Katze ist ein Star der Popkultur
Africa Studio / Shutterstock.com
Wenn die Katze ihrer unglückseligen Kiste nicht entkommen kann, dann ist es ihr gelungen, die Grenzen wissenschaftlicher Konzepte und Forschungsseiten zu überwinden. Und wie!
Der Charakter einer mysteriösen Katze mit einem schwierigen Schicksal erscheint in Werken der Populärkultur mit beneidenswerter Konsequenz. So erscheint Schrödingers Katze in den Büchern von Terry Pratchett, Fredrik Pohl, Douglas Adams und anderen auf der ganzen Welt. berühmte Schriftsteller. Natürlich wurde die Katze in beliebten Fernsehprojekten wie „The Big Bang Theory“ und „Doctor Who“ erwähnt. Ganz zu schweigen davon, dass das Bild von Schrödingers Katze ständig in Videospielen und Songtexten zu finden ist. Und das Internetportal ThinkGeek hat bereits ein Vermögen mit dem Verkauf von T-Shirts mit der Aufschrift „Schrödingers Katze lebt“ auf der einen und „Schrödingers Katze ist tot“ auf der anderen Seite gemacht.
Katzen machen es besser
Stimmen Sie zu, Sie können zuschauen erstaunliche Sache: Die berühmteste wissenschaftliche Katze ist nur ein visualisiertes Modell zum Testen einer Hypothese. Allerdings verlieh die Beteiligung des Schwanzhaustiers dem Experiment eine beträchtliche Portion Poesie und Charme. Oder liegt es vielleicht einfach daran, dass Katzen alles besser können? Gut möglich.
Und denken Sie daran: Durch Schrödingers Experiment kam keine einzige Katze zu Schaden.
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Wird die Schachtel geöffnet, darf der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“
„Schrödingers Katze“ – so heißt das Unterhaltsame Gedankenexperiment, inszeniert, wie Sie wahrscheinlich schon vermutet haben, Schrödinger, oder besser gesagt, Nobelpreisträger in Physik, vom österreichischen Wissenschaftler Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.
Wikipedia definiert das Experiment wie folgt: „Eine Katze wird in eine geschlossene Kiste gelegt. Die Kiste enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Kern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter werden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kern in einer Stunde zerfällt, groß ist.“ beträgt 50 %. Zerfällt der Kern, setzt er den Mechanismus in Gang – der Behälter mit Gas öffnet sich und die Katze stirbt.
Gemäß der Quantenmechanik wird der Zustand des Kerns, wenn keine Beobachtung erfolgt, durch eine Überlagerung (Vermischung) zweier Zustände beschrieben – eines zerfallenen Kerns und eines nicht zerfallenen Kerns. Daher ist eine Katze, die in einer Kiste sitzt, sowohl lebendig als auch tot gleichzeitig. Wird die Schachtel geöffnet, darf der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“
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Es stellt sich heraus, dass wir am Ausgang ein Leben haben oder tote Katze Möglicherweise ist die Katze jedoch gleichzeitig lebendig und tot. So versuchte Schrödinger, die Grenzen der Quantenmechanik zu beweisen, ohne bestimmte Regeln darauf anzuwenden.
Kopenhagener Interpretation Quantenphysik- und insbesondere dieses Experiment - weist darauf hin, dass die Katze die Eigenschaften einer der potentiellen Phasen (lebendig-tot) erst dann erwirbt, wenn der Beobachter in den Prozess eingreift.
Das heißt, wenn ein bestimmter Schrödinger eine Schachtel öffnet, muss er mit hundertprozentiger Sicherheit Würstchen schneiden oder den Tierarzt rufen. Die Katze wird definitiv am Leben sein oder plötzlich tot sein. Aber während es bei dem Prozess keinen Beobachter gibt – spezielle Person Da die Katze zweifellos Vorteile in Form von Vision und zumindest klarem Bewusstsein besitzt, wird sie sich in der Schwebe „zwischen Himmel und Erde“ befinden.
Das antike Gleichnis von der Katze, die alleine geht, erhält in diesem Zusammenhang neue Nuancen. Zweifellos ist Schrödingers Katze nicht das wohlhabendste Geschöpf im Universum. Wünschen wir der Katze einen erfolgreichen Ausgang und wenden wir uns einem weiteren unterhaltsamen Problem aus der mysteriösen und manchmal gnadenlosen Welt der Quantenmechanik zu.
Es klingt so: „Welches Geräusch macht ein im Wald fallender Baum, wenn sich niemand in der Nähe befindet, der dieses Geräusch wahrnehmen kann?“ Im Gegensatz zum schwarz-weißen Schicksal der unglücklichen/glücklichen Katze stehen wir hier vor einer vielfarbigen Palette von Spekulationen: Es gibt keinen Ton/es gibt Ton, wie ist er, ob er existiert und ob er existiert gibt es nicht, warum dann? Diese Frage kann aus einem ganz einfachen Grund nicht beantwortet werden – der Unmöglichkeit, das Experiment durchzuführen. Schließlich setzt jedes Experiment die Anwesenheit eines Beobachters voraus, der in der Lage ist, wahrzunehmen und Schlussfolgerungen zu ziehen.
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Das heißt, es ist unmöglich zu erraten, was in unserer Abwesenheit mit den Objekten der Realität um uns herum passiert. Und wenn es nicht wahrgenommen werden kann, dann existiert es nicht. Sobald wir einen Raum verlassen, hören alle seine Inhalte und auch der Raum selbst auf zu existieren oder, genauer gesagt, existieren nur noch im Potenzial weiter.
Gleichzeitig kommt es zu einem Brand oder einer Überschwemmung, zu Diebstahl von Ausrüstung oder zu ungebetenen Gästen. Darüber hinaus existieren wir auch darin, in verschiedenen möglichen Zuständen. Beim einen laufe ich durch den Raum und pfeife eine blöde Melodie, beim anderen schaue ich traurig zum Fenster, beim dritten telefoniere ich mit meiner Frau. Sogar unser plötzlicher Tod oder die gute Nachricht in Form eines unerwarteten Anrufs lebt darin.
Stellen Sie sich für einen Moment alle Möglichkeiten vor, die sich hinter der Tür verbergen. Stellen Sie sich nun vor, dass unsere gesamte Welt nur eine Ansammlung solcher ungenutzter Potenziale ist. Es ist lustig, nicht wahr?
UM Allerdings stellt sich hier eine logische Frage: na und? Ja, es ist lustig, ja, es ist interessant, aber was ändert sich dadurch im Wesentlichen? Darüber schweigt sich die Wissenschaft bescheiden aus. Für die Quantenphysik eröffnen solche Erkenntnisse neue Wege zum Verständnis des Universums und seiner Mechanismen, aber für uns Menschen sind alles andere als große Dinge wissenschaftliche Entdeckungen, solche Informationen scheinen nutzlos zu sein.
Wie kann das nutzlos sein!? Denn wenn ich, ein Sterblicher, in dieser Welt existiere, dann existiere ich, ein Unsterblicher, in einer anderen Welt! Wenn mein Leben aus einer Reihe von Misserfolgen und Enttäuschungen besteht, dann existiere ich irgendwo – erfolgreich und glücklich? Tatsächlich gibt es nichts außerhalb unserer Empfindungen, genauso wie es keinen Raum gibt, bis wir ihn betreten. Unsere Wahrnehmungsorgane täuschen uns nur, indem sie in unserem Gehirn ein Bild der Welt zeichnen, die uns „umgibt“. Was tatsächlich außerhalb von uns liegt, bleibt immer noch ein Geheimnis hinter sieben Siegeln.
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