Yaşayan ve ölü Schrödinger'in kedisi oyunu. Basit kelimelerle Schrödinger teorisi

Kuantum fiziğiyle ilgili bir makale ilginizi çekiyorsa “The Big Bang Theory” dizisini sevme ihtimaliniz yüksek. Sheldon Cooper yeni bir yorumla geldi Schrödinger'in düşünce deneyi(Bu parçayı içeren bir videoyu makalenin sonunda bulacaksınız). Ancak Sheldon'ın komşusu Penny ile olan diyaloğunu anlamak için önce klasik yoruma dönelim. Yani Schrödinger'in Kedisi basit kelimelerle.

Bu yazıda şunlara bakacağız:

• Kısa tarihsel arka plan
• Schrödinger'in Kedisi ile yapılan deneyin açıklaması
• Schrödinger'in Kedisi paradoksunun çözümü

Hemen iyi bir haber. Deney sırasında Schrödinger'in kedisine zarar gelmedi. Çünkü yaratıcılardan biri olan fizikçi Erwin Schrödinger Kuantum mekaniği, az önce bir düşünce deneyi gerçekleştirdim.

Deneyin anlatımına geçmeden önce tarihe mini bir gezi yapalım.

Geçen yüzyılın başında bilim adamları mikro dünyaya bakmayı başardılar. "Atom-elektron" modelinin "Güneş-Dünya" modeliyle dışsal benzerliğine rağmen, klasik fiziğin tanıdık Newton yasalarının mikrokozmosta işe yaramadığı ortaya çıktı. Bu nedenle yeni bir bilim ortaya çıktı - kuantum fiziği ve onun bileşeni - kuantum mekaniği. Mikro dünyanın tüm mikroskobik nesnelerine kuantum adı verildi.

Dikkat! Kuantum mekaniğinin varsayımlarından biri “süperpozisyon”dur. Schrödinger deneyinin özünü anlamak bizim için yararlı olacaktır.

“Süperpozisyon”, bir kuantumun (bir elektron, bir foton, bir atomun çekirdeği olabilir) bir değil, aynı anda birkaç durumda bulunabilmesi veya aynı anda uzayın birkaç noktasında bulunabilmesidir. zaman, eğer kimse onu izlemiyorsa

Bunu anlamak bizim için zordur, çünkü bizim dünyamızda bir nesnenin yalnızca tek bir durumu olabilir, örneğin canlı ya da ölü olması. Ve uzayda yalnızca belirli bir yerde olabilir. "Süperpozisyon" ve kuantum fiziği deneylerinin çarpıcı sonuçları hakkında bilgi alabilirsiniz. Bu makalede.

Burada mikro ve makro nesnelerin davranışları arasındaki farkın basit bir örneği verilmiştir. 2 kutudan birine bir top yerleştirin. Çünkü top makro dünyamızın bir nesnesidir, güvenle şöyle diyeceksiniz: "Top kutulardan yalnızca birinde, ikincisi boş." Bir top yerine bir elektron alırsanız, onun aynı anda 2 kutuda olduğu ifadesi doğru olacaktır. Mikro dünyanın yasaları bu şekilde işler. Örnek: Gerçekte elektron atomun çekirdeği etrafında dönmez, kürenin tüm noktalarında aynı anda çekirdeğin etrafında bulunur. Fizik ve kimyada bu olaya “elektron bulutu” denir.

Özet.Çok küçük bir nesnenin ve büyük bir nesnenin davranışının farklı yasalara tabi olduğunu fark ettik. Sırasıyla kuantum fiziği yasaları ve klasik fizik yasaları.

Ancak makro dünyadan mikro dünyaya geçişi tanımlayacak bir bilim yok. Böylece Erwin Schrödinger düşünce deneyini tam da bu eksikliği göstermek için tanımladı. genel teori fizik. Schrödinger paradoksunun, büyük nesneleri tanımlayan bir bilim (klasik fizik) ve mikro nesneleri tanımlayan bir bilim (kuantum fiziği) olduğunu göstermesini istedi. Ancak kuantum sistemlerden makrosistemlere geçişi açıklayacak yeterli bilim yok.

Schrödinger'in Kedisi ile yapılan deneyin açıklaması

Erwin Schrödinger 1935'te bir kediyle yapılan düşünce deneyini anlattı. Deney açıklamasının orijinal versiyonu Wikipedia'da sunulmaktadır ( Schrödinger'in kedisi Vikipedi).

Schrödinger'in Kedisi deneyinin açıklamasının basit kelimelerle bir versiyonu:

• Kapalı bir çelik kutuya bir kedi yerleştirildi.
• Schrödinger Kutusu, bir kaba yerleştirilmiş radyoaktif çekirdek ve zehirli gaz içeren bir cihaz içerir.
• Çekirdek 1 saat içinde bozunabilir veya çürümeyebilir. Çürüme olasılığı – %50.
• Eğer çekirdek bozunursa Geiger sayacı bunu kaydedecektir. Röle çalışacak ve çekiç gaz kabını kıracaktır. Schrödinger'in kedisi ölecek.
• Aksi takdirde Schrödinger'in kedisi hayatta olacak.

Kuantum mekaniğinin “süperpozisyon” yasasına göre, sistemi gözlemlemediğimiz bir anda, bir atomun çekirdeği (ve dolayısıyla kedi) aynı anda 2 durumda bulunmaktadır. Çekirdek çürümüş/çürümemiş durumdadır. Ve kedi aynı anda hem canlı hem de ölü olma durumundadır.

Ancak "Schrödinger kutusu" açılırsa kedinin yalnızca şu durumlardan birinde olabileceğinden eminiz:

• eğer çekirdek bozunmuyorsa kedimiz yaşıyor demektir
• çekirdek çürürse kedi ölür

Deneyin paradoksu şu ki kuantum fiziğine göre: kutuyu açmadan önce kedi aynı anda hem diri hem de ölüdür, ancak dünyamızın fizik kanunlarına göre bu imkansızdır. Kedi belirli bir durumda olabilir - hayatta olmak veya ölü olmak. Aynı anda “kedi yaşıyor/ölü” karışık durumu yoktur.

Cevabı bulmadan önce, Schrödinger'in kedisi deneyindeki paradoksu anlatan bu harika videoyu izleyin (2 dakikadan az):

Schrödinger'in Kedisi paradoksunun çözümü - Kopenhag yorumu

Şimdi çözüm. Kuantum mekaniğinin özel gizemine dikkat edin - gözlemci paradoksu. Mikro dünyanın bir nesnesi (bizim durumumuzda çekirdek) aynı anda birçok durumda bulunur yalnızca sistemi gözlemlemediğimizde.

Örneğin, 2 yarık ve bir gözlemciyle yapılan meşhur deney. Bir elektron ışını, 2 dikey yarığa sahip opak bir plaka üzerine yönlendirildiğinde, elektronlar, plakanın arkasındaki ekranda bir "dalga deseni" çizdi; dikey olarak dönüşümlü koyu ve açık şeritler. Ancak deneyciler elektronların yarıklardan nasıl uçtuğunu "görmek" istediklerinde ve ekranın yan tarafına bir "gözlemci" yerleştirdiklerinde, elektronlar ekrana bir "dalga deseni" değil, 2 dikey şerit çizdi. Onlar. dalgalar gibi değil parçacıklar gibi davrandılar.

Öyle görünüyor ki, kuantum parçacıkları "ölçüldükleri" anda hangi duruma girmeleri gerektiğine kendileri karar veriyorlar.

Buna dayanarak, "Schrödinger'in Kedisi" fenomeninin modern Kopenhag açıklaması (yorumu) şöyle:

“Kedi-çekirdek” sistemini kimse gözlemlemiyorken, çekirdek aynı zamanda çürümüş/çürümemiş bir durumdadır. Ancak kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğunu söylemek yanlıştır. Neden? Evet çünkü makrosistemlerde kuantum olgusu gözlemlenmez. “Cat-core” sisteminden değil, “core-detector (Geiger counter)” sisteminden bahsetmek daha doğru olur.

Çekirdek, gözlem (veya ölçüm) anında durumlardan (bozunmuş/bozulmamış) birini seçer. Ancak bu seçim, deneycinin kutuyu açtığı anda gerçekleşmez (kutunun açılması, çekirdek dünyasından çok uzakta, makro dünyada gerçekleşir). Çekirdek, dedektöre çarptığı anda durumunu seçer. Gerçek şu ki, deneyde sistem yeterince anlatılmamıştır.

Dolayısıyla, Schrödinger'in Kedisi paradoksunun Kopenhag yorumu, kutunun açıldığı ana kadar Schrödinger'in Kedisinin süperpozisyon halinde olduğunu, yani aynı zamanda yaşayan/ölü bir kedi halinde olduğunu reddeder. Makrokozmosta bir kedi yalnızca tek bir durumda var olabilir ve var olur.

Özet. Schrödinger deneyi tam olarak açıklamadı. Makroskobik ve kuantum sistemler doğru değildir (daha doğrusu bağlanması imkansızdır). Kuantum yasaları makrosistemlerimizde geçerli değildir. Bu deneyde etkileşime giren "kedi-çekirdek" değil, "kedi-dedektör-çekirdek" oluyor. Kedi makrokozmostan, “dedektör-çekirdek” sistemi ise mikrokozmostandır. Ve yalnızca kuantum dünyasında bir çekirdek aynı anda iki durumda olabilir. Bu, çekirdek ölçülmeden veya dedektörle etkileşime girmeden önce meydana gelir. Ancak makrokozmosta bir kedi yalnızca tek bir durumda var olabilir ve var olur. Bu yüzden, İlk bakışta kedinin "canlı mı ölü mü" durumunun kutunun açıldığı anda belirlendiği görülüyor. Aslında kaderi, dedektörün çekirdekle etkileşime girdiği anda belirleniyor.

Son özet.“Dedektör-çekirdek-kedi” sisteminin durumu, kutunun gözlemcisi olan kişiyle DEĞİL, çekirdeğin gözlemcisi olan dedektörle ilişkilidir.

Vay be. Beynim neredeyse kaynamaya başladı! Ama paradoksun çözümünü kendi başınıza anlamak ne kadar güzel! Öğretmenle ilgili eski öğrenci şakasında olduğu gibi: “Anlatırken anladım!”

Sheldon'ın Schrödinger'in Kedisi paradoksuna ilişkin yorumu

Artık arkanıza yaslanıp Sheldon'ın Schrödinger'in düşünce deneyine ilişkin son yorumunu dinleyebilirsiniz. Yorumunun özü, insanlar arasındaki ilişkilerde uygulanabilmesidir. Anlamak iyi bir ilişki bir erkek ve bir kadın arasında ya da kötü - kutuyu açmanız gerekir (randevuya çıkın). Ve ondan önce aynı anda hem iyi hem de kötüydüler.

Peki bu "sevimli deneyi" beğendin mi? Günümüzde Schrödinger, bir kedi üzerinde yaptığı bu tür acımasız düşünce deneyleri nedeniyle hayvan hakları aktivistlerinden çok fazla ceza alacaktı. Ya da belki bir kedi değil de Schrödinger'in Kedisiydi?! Zavallı kız, bu Schrödinger yüzünden yeterince acı çekti (((

Sonraki yayınlarda görüşmek üzere!

Herkese iyi bir gün ve keyifli bir akşam diliyorum!

Not: Düşüncelerinizi yorumlarda paylaşın. Ve sorular sorun.

Not: Bloga abone olun - abonelik formu makalenin altında bulunur.

Makale Schrödinger'in teorisinin ne olduğunu anlatıyor. Bu büyük bilim insanının katkıları modern bilim ve ayrıca bir kedi hakkında icat ettiği bir düşünce deneyini anlatıyor. Bu tür bilginin uygulama kapsamı kısaca özetlenmiştir.

Erwin Schrödinger

Ne canlı ne de ölü olan meşhur kedi artık her yerde kullanılıyor. Onun hakkında filmler yapılıyor, fizik ve hayvanlarla ilgili topluluklara onun adı veriliyor, hatta bir giyim markası bile var. Ancak çoğu zaman insanlar talihsiz kediyle ilgili paradoksu kastediyor. Ancak insanlar genellikle yaratıcısı Erwin Schrödinger'i unutuyor. O zamanlar Avusturya-Macaristan'ın bir parçası olan Viyana'da doğdu. Oldukça eğitimli ve varlıklı bir ailenin çocuğuydu. Babası Rudolf linolyum üretiyordu ve diğer şeylerin yanı sıra bilime de para yatırıyordu. Annesi bir kimyagerin kızıydı ve Erwin sık sık büyükbabasının akademideki derslerini dinlemeye giderdi.

Bilim insanının büyükannelerinden biri İngiliz olduğu için ilgilendi yabancı Diller ve mükemmel bir şekilde İngilizceye hakim oldum. Schrödinger'in okulda her yıl sınıfının birincisi olması ve üniversitede zor sorular sorması şaşırtıcı değil. Yirminci yüzyılın başlarındaki bilim, daha anlaşılır olan klasik fizik ile parçacıkların mikro ve nano dünyadaki davranışları arasındaki tutarsızlıkları zaten tespit etmişti. Ortaya çıkan çelişkileri çözmeye tüm gücümü harcadım

Bilime katkı

Öncelikle bu fizikçinin bilimin birçok alanıyla ilgilendiğini söylemekte fayda var. Ancak “Schrödinger'in teorisi” dediğimizde, onun yarattığı rengin matematiksel olarak uyumlu tanımını değil, kuantum mekaniğine katkısını kastediyoruz. O günlerde teknoloji, deney ve teori bir arada yürüyordu. Fotoğrafçılık gelişti, ilk spektrumlar kaydedildi ve radyoaktivite olgusu keşfedildi. Sonuçları elde eden bilim adamları teorisyenlerle yakın etkileşime girdiler: hemfikir oldular, birbirlerini tamamladılar ve tartıştılar. Yeni okullar ve bilim dalları oluşturuldu. Dünya bambaşka renklerle ışıldamaya başladı ve insanlık yeni gizemlerle karşılaştı. Matematiksel aygıtın karmaşıklığına rağmen Schrödinger'in teorisinin ne olduğunu açıklamak gerekirse, basit bir dille Olabilmek.

Kuantum dünyası kolaydır!

Artık incelenen nesnelerin ölçeğinin sonuçları doğrudan etkilediği iyi bilinmektedir. Gözle görülebilir nesneler klasik fizik kavramlarına tabidir. Schrödinger'in teorisi yüze yüz nanometre ve daha küçük boyutlardaki cisimlere uygulanabilir. Ve çoğunlukla bireysel atomlardan ve daha küçük parçacıklardan bahsediyoruz. Yani mikrosistemlerin her bir elemanı aynı anda hem parçacık hem de dalga (dalga-parçacık ikiliği) özelliklerine sahiptir. Maddi dünyadan elektronlar, protonlar, nötronlar vb. kütle ve ilgili atalet, hız ve ivme ile karakterize edilir. Teorik dalgadan - frekans ve rezonans gibi parametreler. Bunun aynı anda nasıl mümkün olduğunu ve neden birbirlerinden ayrılamaz olduklarını anlamak için bilim adamlarının, maddelerin yapısına ilişkin anlayışlarını yeniden gözden geçirmeleri gerekiyordu.

Schrödinger'in teorisi matematiksel olarak bu iki özelliğin dalga fonksiyonu adı verilen bir yapı aracılığıyla ilişkili olduğunu ima eder. Bu kavramın matematiksel bir tanımını bulmak Schrödinger'i ortaya çıkardı. Nobel Ödülü. Ancak yazarın buna yüklediği fiziksel anlam, Kopenhag yorumunu kuran Bohr, Sommerfeld, Heisenberg ve Einstein'ın fikirleriyle örtüşmüyordu. İşte “kedi paradoksu” burada ortaya çıktı.

Dalga fonksiyonu

Mikrokozmosa gelince temel parçacıklar makroölçeklerin doğasında bulunan kavramlar anlamlarını kaybeder: kütle, hacim, hız, boyut. Ve sallantılı olasılıklar ortaya çıkıyor. Bu büyüklükteki nesneleri insanların yakalaması imkansızdır; insanlara yalnızca dolaylı çalışma yolları mevcuttur. Örneğin, hassas bir ekran veya film üzerindeki ışık şeritleri, tıklama sayısı, püskürtülen filmin kalınlığı. Geriye kalan her şey hesaplama alanıdır.

Schrödinger'in teorisi, bu bilim adamının türettiği denklemlere dayanmaktadır. Ve bunların ayrılmaz bileşeni dalga fonksiyonudur. İncelenen parçacığın türünü ve kuantum özelliklerini açık bir şekilde tanımlar. Örneğin bir elektronun durumunu gösterdiğine inanılıyor. Ancak yazarının fikirlerinin aksine kendisinin fiziksel bir anlamı yoktur. Bu sadece kullanışlı bir matematik aracıdır. Makalemiz Schrödinger'in teorisini basit bir dille sunduğuna göre, dalga fonksiyonunun karesi, bir sistemin önceden belirlenmiş bir durumda bulunma olasılığını tanımlıyor diyelim.

Makro nesne örneği olarak kedi

Yazarın kendisi de Kopenhag yorumu olarak adlandırılan bu yoruma ömrünün sonuna kadar katılmamıştır. Olasılık kavramının belirsizliğinden iğreniyordu ve fonksiyonun karesinin değil, kendisinin netliği konusunda ısrar ediyordu.

Bu tür fikirlerin tutarsızlığına bir örnek olarak, bu durumda mikro dünyanın makro nesneleri etkileyeceğini savundu. Teori şu şekildedir: Canlı bir organizmayı (örneğin bir kedi) ve zehirli gaz içeren bir kapsülü, belirli bir radyoaktif elementin bozunması durumunda açılan ve çürüme meydana gelmediği takdirde kapalı kalan kapalı bir kutuya koyarsanız, o zaman Kutuyu açmadan önce bir paradoksla karşılaşıyoruz. Kuantum kavramlarına göre, radyoaktif bir elementin atomu belirli bir zaman dilimi içerisinde belirli bir olasılıkla bozunacaktır. Dolayısıyla deneysel tespitten önce atom hem sağlamdır hem de sağlam değildir. Ve Schrödinger'in teorisinin söylediği gibi, aynı olasılık yüzdesi için kedi hem ölü, hem de hayattadır. Gördüğünüz gibi bu çok saçma, çünkü kutuyu açtığımızda hayvanın yalnızca tek bir halini bulacağız. Ve ölümcül kapsülün yanındaki kapalı bir kapta, kedi ya ölü ya da diridir, çünkü bu göstergeler ayrıktır ve ara seçenekleri ima etmez.

Bu fenomenin spesifik ama henüz tam olarak kanıtlanmamış bir açıklaması var: Varsayımsal bir kedinin spesifik durumunu belirlemek için zaman sınırlayıcı koşulların yokluğunda, bu deney şüphesiz paradoksaldır. Ancak makro nesneler için kuantum mekaniği kuralları kullanılamaz. Mikro dünya ile sıradan dünya arasındaki sınırı doğru bir şekilde çizmek henüz mümkün olmadı. Ancak kedi büyüklüğündeki bir hayvan hiç şüphesiz makro bir nesnedir.

Kuantum mekaniğinin uygulanması

Herhangi bir teorik fenomende olduğu gibi, Schrödinger'in kedisinin nasıl faydalı olabileceği sorusu ortaya çıkıyor. Örneğin Büyük Patlama teorisi tam olarak bu düşünce deneyiyle ilgili süreçlere dayanmaktadır. Ultra yüksek hızlarla, maddenin ultra küçük yapısıyla ve evrenin bu şekilde incelenmesiyle ilgili her şey, diğer şeylerin yanı sıra kuantum mekaniğiyle açıklanıyor.

Yuri Gordeev
Programcı, oyun geliştiricisi, tasarımcı, sanatçı

"Schrödinger'in Kedisi", kuantum fiziğinin öncülerinden biri tarafından, makroskobik sistemlere uygulandığında kuantum etkilerinin ne kadar tuhaf göründüğünü göstermek için önerilen bir düşünce deneyidir.

Gerçekten basit kelimelerle açıklamaya çalışacağım: fizik beyleri, beni suçlamayın. "Kabaca konuşursak" ifadesi her cümleden önce ima edilir.

Çok çok küçük bir ölçekte, dünya çok alışılmadık şekillerde davranan şeylerden oluşuyor. Bu tür nesnelerin en tuhaf özelliklerinden biri, aynı anda birbirini dışlayan iki durumda bulunabilme yeteneğidir.

Sezgisel bir bakış açısından daha da sıra dışı olan (hatta bazıları tüyler ürpertici bile diyebilir), amaçlı gözlem eyleminin bu belirsizliği ortadan kaldırması ve aynı anda iki çelişkili durumda olan nesnenin, gözlemcinin huzuruna çıkmasıdır. içlerinden sadece biri sanki hiçbir şey olmamış gibi yana bakıyor ve masumca ıslık çalıyor.

Atom altı düzeyde herkes uzun zamandır bu tuhaflıklara alışkındır. Bu süreçleri açıklayan matematiksel bir aygıt vardır ve bunlarla ilgili bilgi en çok çeşitli uygulamalar: Örneğin bilgisayarlarda ve kriptografide.

Makroskobik düzeyde bu etkiler gözlemlenmez: bize tanıdık gelen nesneler her zaman tek bir spesifik durumdadır.

Şimdi bir düşünce deneyine geçelim. Kediyi alıp bir kutuya koyuyoruz. Ayrıca oraya zehirli gaz, radyoaktif atom ve Geiger sayacı içeren bir şişe yerleştiriyoruz. Radyoaktif bir atom herhangi bir zamanda bozunabilir veya bozunmayabilir. Parçalanırsa sayaç radyasyonu tespit edecek, basit bir mekanizma gaz dolu şişeyi kıracak ve kedimiz ölecek. Aksi takdirde kedi hayatta kalacaktır.

Kutuyu kapatıyoruz. Bu andan itibaren kuantum mekaniği açısından atomumuz bir belirsizlik durumundadır - %50 olasılıkla bozunmuştur ve %50 olasılıkla bozunmamıştır. Kutuyu açıp içine bakmadan (gözlem yapmadan) önce, kutu aynı anda her iki durumda da olacaktır. Ve kedinin kaderi doğrudan bu atomun durumuna bağlı olduğundan, kedinin aynı zamanda kelimenin tam anlamıyla canlı ve ölü olduğu ortaya çıkıyor ("...canlı ve ölü kediye (ifadeyi bağışlayın) eşit oranda bulaşıyor) parçalar..." diye yazıyor deneyin yazarı). Bu, kuantum teorisinin bu durumu tam olarak nasıl tanımlayacağıdır.

Schrödinger fikrinin bu kadar gürültü çıkaracağını tahmin edemezdi. Elbette deneyin kendisi, orijinalinde bile son derece kaba bir şekilde ve herhangi bir bilimsel doğruluk iddiası olmaksızın anlatılmıştır: Yazar, meslektaşlarına teorinin "gözlem" gibi süreçlerin daha net tanımlarıyla desteklenmesi gerektiği fikrini iletmek istemiştir. ” kutularda kedilerin olduğu senaryoları kendi yetki alanı dışında bırakmak için.

Kedi fikri, sürekli gözlemlenmesi varlığımızı mümkün kılan bir süper zeka olarak Tanrı'nın varlığını "kanıtlamak" için bile kullanıldı. Gerçekte "gözlem" bilinçli bir gözlemciyi gerektirmez, bu da kuantum etkilerinin mistisizminin bir kısmını ortadan kaldırır. Ancak yine de kuantum fiziği, birçok açıklanamayan fenomen ve bunların yorumlarıyla bugün bilimin sınırı olmaya devam ediyor.

Ivan Boldin
Fiziksel ve Matematik Bilimleri Adayı, araştırmacı, MIPT mezunu

Mikro dünya nesnelerinin (temel parçacıklar, atomlar, moleküller) davranışı, genellikle uğraşmak zorunda olduğumuz nesnelerin davranışlarından önemli ölçüde farklıdır. Örneğin, bir elektron aynı anda uzaysal olarak birbirinden uzak iki yerden uçabilir veya bir atomda aynı anda birden fazla yörüngede bulunabilir. Bu fenomeni tanımlamak için bir teori oluşturuldu - kuantum fiziği. Bu teoriye göre, örneğin parçacıklar uzayda bulaşabilir, ancak parçacığın nerede bulunduğunu belirlemek istiyorsanız, o zaman parçacığın tamamını her zaman bir yerde bulacaksınız, yani bulaşmış halinden çökmüş gibi görünecektir. belirli bir yere bildirin. Yani, bir parçacığın konumunu ölçene kadar hiçbir konumu olmadığına ve fiziğin yalnızca bir parçacığı hangi yerde tespit edebileceğinizi hangi olasılıkla tahmin edebileceğine inanılıyor.

Kuantum fiziğinin yaratıcılarından biri olan Erwin Schrödinger şunu merak etti: Bir mikropartikülün durumunun ölçülmesinin sonucuna bağlı olarak bir olay meydana gelirse veya meydana gelmezse ne olur? Örneğin, bu şu şekilde uygulanabilir: Yarı ömrü örneğin bir saat olan radyoaktif bir atomu alın. Opak bir kutuya bir atom yerleştirilebilir, oraya atomun radyoaktif bozunma ürünleri ona çarptığında zehirli gaz içeren bir ampulü kıran bir cihaz yerleştirilebilir ve bu kutunun içine bir kedi yerleştirilebilir. O zaman dışarıdan atomun bozunup çürümediğini göremezsiniz, yani kuantum teorisine göre hem bozunmuştur hem de çürümemiştir ve dolayısıyla kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Bu kedi Schrödinger'in kedisi olarak tanındı.

Bir kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olabilmesi şaşırtıcı görünebilir, ancak resmi olarak burada bir çelişki yoktur ve bu kuantum teorisinin reddi değildir. Bununla birlikte, örneğin şu sorular ortaya çıkabilir: Kim bir atomu lekeli durumdan belirli bir duruma indirebilir ve kim böyle bir girişimle lekeli duruma geçebilir? Peki bu çöküş süreci nasıl gerçekleşiyor? Veya nasıl oluyor da çöküşü gerçekleştiren kendisi kuantum fiziği kanunlarına uymuyor? Bu soruların anlamlı olup olmadığı ve eğer öyleyse cevapların ne olduğu hala belirsiz.

George Panin
Rusya Kimya Teknik Üniversitesi'nden mezun oldu. DI. Mendeleev, Baş Uzman araştırma departmanı (pazar araştırması)

Heisenberg'in bize açıkladığı gibi, belirsizlik ilkesi nedeniyle, kuantum mikro dünyasındaki nesnelerin tanımı, Newton'un makro dünyasındaki nesnelerin olağan tanımından farklı bir niteliktedir. Tanımlamaya alışık olduğumuz mekansal koordinatlar ve hız yerine mekanik hareketÖrneğin bilardo masasının üzerindeki bir top, kuantum mekaniğinde nesneler dalga fonksiyonu olarak tanımlanır. “Dalganın” tepesi, ölçüm anında uzayda bir parçacık bulmanın maksimum olasılığına karşılık gelir. Böyle bir dalganın hareketi, bize kuantum sisteminin durumunun zamanla nasıl değiştiğini söyleyen Schrödinger denklemiyle tanımlanır.

Şimdi kedi hakkında. Herkes kedilerin kutularda saklanmayı sevdiğini bilir (thequestion.ru). Erwin Schrödinger de biliyordu. Üstelik tamamen İskandinav fanatizmiyle bu özelliği ünlü bir düşünce deneyinde kullanmıştı. İşin özü, bir kedinin cehennemi bir makineyle birlikte bir kutuya kilitlenmesiydi. Makine bir röle aracılığıyla örneğin radyoaktif olarak bozunan bir madde gibi bir kuantum sistemine bağlanır. Çürüme olasılığı bilinmektedir ve %50'dir. Cehennem makinesi, sistemin kuantum durumu değiştiğinde (çürüme meydana geldiğinde) ve kedi tamamen öldüğünde tetiklenir. “Kedi-kutu-cehennem makinesi-kuanta” sistemini bir saatliğine kendi haline bırakırsanız ve bir kuantum sisteminin durumunun olasılıklarla tanımlandığını hatırlarsanız, o zaman kedinin hayatta olup olmamasının neye bağlı olduğu ortaya çıkar. şu an zaman, muhtemelen işe yaramayacaktır, tıpkı bir madalyonun yazı veya tura düşeceğini önceden doğru bir şekilde tahmin etmenin mümkün olmayacağı gibi. Paradoks çok basit: Bir kuantum sistemini tanımlayan dalga fonksiyonu bir kedinin iki durumunu karıştırır; kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür, tıpkı bağlı bir elektronun uzayda kendisinden eşit uzaklıktaki herhangi bir yere eşit olasılıkla yerleştirilebilmesi gibi. atom çekirdeği. Eğer kutuyu açmazsak kedinin ne durumda olduğunu tam olarak bilemeyiz. Bir atom çekirdeğinin gözlemlerini (ölçümlerini okumadan) yapmadan, onun durumunu yalnızca iki durumun üst üste binmesi (karışımı) ile tanımlayabiliriz: bozunmuş ve bozunmamış çekirdek. Nükleer bağımlılığa sahip bir kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer?

Deneyin Kopenhag yorumu bize, sistemin bir durumlar karışımı olmaktan çıktığını ve bir gözlem gerçekleştiği anda bu durumlardan birini seçtiğini, bunun da bir ölçüm olduğunu (kutu açılır) söyler. Yani, ölçüm gerçeği fiziksel gerçekliği değiştirerek dalga fonksiyonunun çökmesine yol açar (kedi ya ölür ya da hayatta kalır, ancak ikisinin karışımı olmaktan çıkar)! Bir düşünün, deney ve ona eşlik eden ölçümler etrafımızdaki gerçekliği değiştiriyor. Şahsen bu gerçek beynimi alkolden çok daha fazla rahatsız ediyor. Ünlü Steve Hawking de bu paradoksu yaşamakta zorlanıyor ve Schrödinger'in kedisi haberini aldığında elini Browning'e uzattığını tekrarlıyor. Seçkin teorik fizikçinin tepkisinin ciddiyeti, ona göre, dalga fonksiyonunun çöküşünde (onu iki olasılıktan birine çökertme) gözlemcinin rolünün büyük ölçüde abartılmasından kaynaklanmaktadır.

Elbette, Profesör Erwin 1935'te kedi alaycılığını tasarladığında bu, kuantum mekaniğinin kusurlarını göstermenin ustaca bir yoluydu. Aslında bir kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olması mümkün değildir. Deneyin yorumlarından birinin bir sonucu olarak, makro dünyanın yasalarıyla (örneğin, termodinamiğin ikinci yasası - kedi ya canlı ya da ölüdür) mikro dünya arasında bir çelişki olduğu ortaya çıktı. dünya (kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür).

Yukarıdakiler pratikte kullanılır: kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisinde. İki durumun üst üste bindiği bir ışık sinyali, fiber optik kablo aracılığıyla gönderilir. Saldırganlar kablonun ortasında bir yere bağlanırsa ve iletilen bilgiyi gizlice dinlemek için oraya bir sinyal vuruşu yaparsa, bu durum dalga fonksiyonunu çökertecektir (Kopenhag yorumu açısından gözlem yapılacaktır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri gerçekleştirerek, ışığın durumların süperpozisyonunda mı olduğunu yoksa daha önce gözlemlenip başka bir noktaya iletilip aktarılmadığını tespit etmek mümkün olacaktır. Bu, tespit edilemeyen sinyal müdahalesini ve gizlice dinlenmeyi engelleyen iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.

Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Büyük Patlama Teorisi'nin kahramanı Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür. youtube.com

Schrödinger'in kedisi nedir, Schrödinger kedisi, Schrödinger'in kedisi hakkında herşey, Schrödinger'in kedisi paradoksu, Schrödinger'in kedi deneyi, kutudaki kedi, ne canlı ne ölü kedi, Schrödinger'in kedisi canlı mıdır, kedi deneyi

Bu aynı anda hem canlı hem ölü olan bir kedi. Bu talihsiz durumunu ona borçludur. Nobel ödüllü fizik alanında Avusturyalı bilim adamı Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Bölümler:

Deneyin özü / paradoksu

Kedi, radyoaktif bir çekirdek ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizmaya sahip kapalı bir kutunun içindedir. Deneyin özellikleri, çekirdeğin 1 saat içinde bozunma olasılığı %50 olacak şekilde seçilmiştir. Çekirdek parçalanırsa mekanizmayı harekete geçirir, gaz kabı açılır ve kedi ölür. Kuantum mekaniğine göre, eğer çekirdek hakkında hiçbir gözlem yapılmazsa, durumu iki durumun üst üste binmesi (karışımı) ile tanımlanır - çürümüş bir çekirdek ve çürümemiş bir çekirdek, dolayısıyla bir kutuda oturan bir kedi hem canlı hem de ölüdür. bir kerede.

Kutuyu açar açmaz deneyci yalnızca tek bir durum görmelidir: "çekirdek çürümüş, kedi ölmüş" veya "çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor." Ancak süreçte hiçbir gözlemci olmamasına rağmen, talihsiz hayvan "ölü" olarak kalıyor.

marjinalleştirilmiş

• Felaket asla tek başına gelmez
  Kutunun kuyruklu sakininin yalnızca sağlığı değil, cinsiyeti de şüpheli: Orijinal deneyde Schrödinger'in kedisi hâlâ bir kediydi (die Katze).
• “Ölü” kedi yoktur
  Schrödinger'in deneyinin amacının "ölü" kedilerin varlığını kanıtlamak olmadığını (ve "Portal" oyununun ikinci bölümündeki ifadenin aksine, kedileri öldürmek için bir bahane olarak icat edilmediğini) hatırlamak önemlidir. Açıkçası, bir ara durum olmadığından kedinin ya canlı ya da ölü olması gerekir.
  Deneyimler, kuantum mekaniğinin makrosistemlerin (kedinin de dahil olduğu) davranışını tanımlayamadığını göstermektedir: sistemin belirli bir durumu ne zaman seçtiğini, hangi koşullar altında dalga fonksiyonunun çöktüğünü ve kedinin hayatta kaldığını gösteren bazı kurallar olmadan bu teori eksiktir. ya da ölür ama ikisinin karışımı olmaktan çıkar.

• Kaliforniya Üniversitesi'nden Nadav Katz ve meslektaşları, bir parçacığın kuantum durumunu "geri döndürebildikleri" ve bu durumu ölçtükten sonra bir laboratuvar deneyinin sonuçlarını yayınladılar. Böylece dalga fonksiyonunun çökmesine neden olacak koşullar ne olursa olsun kedinin hayatını kurtarmak mümkün oluyor. Onun hayatta ya da ölü olması önemli değil: onu her zaman geri kazanabilirsin [link] .
• 06/03/2011 RIA Novosti, Çinli fizikçilerin yaratabildiğini bildirdi sekiz fotonlu "Schrödinger'in kedisi"[link] gelecekteki kuantum bilgisayarların gelişimini kolaylaştıracak

Kültürdeki imaj

Belki de hiç kimse kuantum mekaniğini popülerleştirmek için zavallı kediden daha fazlasını yapmamıştır. Bu karmaşık bilgi alanından en uzak olan ve muhtemelen acı çeken hayvanın akıbeti konusunda endişelenen insanlar bile, her şeyin o kadar da kötü olmadığını umarak deneyin inceliklerini anlamaya çalışıyorlar. Kedi sanatçılara ve popüler kültüre ilham veriyor.
Başlıca başarılarından bahsedelim:

Bir kedi aynı anda hem canlı hem de ölü olabilir mi? Kaç tane var Paralel evrenler? Peki gerçekten varlar mı? Bunlar kesinlikle bilim kurgu soruları değil, kuantum fiziğinin çözdüğü son derece gerçek bilimsel problemlerdir.

Öyleyse başlayalım Schrödinger'in kedisi. Bu, kuantum fiziğinde var olan bir paradoksa işaret etmek için Erwin Schrödinger tarafından önerilen bir düşünce deneyidir. Deneyin özü aşağıdaki gibidir.

Hayali bir kedi, radyoaktif bir çekirdek ve bir zehirli gaz kabı ile aynı hayali mekanizmanın yanı sıra aynı anda kapalı bir kutuya yerleştirilir. Deneye göre çekirdek parçalanırsa mekanizmayı harekete geçirecek: Gaz kabı açılacak ve kedi ölecek. Nükleer bozunma olasılığı 2'de 1'dir.

Paradoks şu ki, kuantum mekaniğine göre, eğer çekirdek gözlemlenmezse, o zaman kedi sözde süperpozisyondadır, başka bir deyişle kedi aynı anda birbirini dışlayan durumlardadır (hem canlı hem de ölüdür). Ancak gözlemci kutuyu açarsa kedinin belirli bir durumda olduğunu doğrulayabilir: ya canlı ya da ölü. Schrödinger'e göre kuantum teorisinin eksikliği, kedinin hangi koşullar altında süperpozisyondan çıkıp canlı ya da ölü olduğunun belirtilmemesinde yatmaktadır.

Bu paradoks, Wigner'in halihazırda var olan bir düşünce deneyine arkadaş kategorisini ekleyen deneyiyle daha da güçleniyor. Wigner'e göre deneyi yapan kişi kutuyu açtığında kedinin ölü mü yoksa canlı mı olduğunu bilecek. Deneyi yapan kişi için kedi süperpozisyonda olmaktan çıkar, ancak kapının arkasında bulunan ve deneyin sonuçlarını henüz bilmeyen arkadaş için kedi hâlâ "yaşamla ölüm arasında" bir yerdedir. Bu, sonsuz sayıda kapı ve arkadaşla devam ettirilebilir ve benzer mantığa göre, deneycinin kutuyu açtığında ne gördüğünü Evrendeki tüm insanlar öğrenene kadar kedi süperpozisyonda kalacaktır.

Kuantum fiziği böyle bir paradoksu nasıl açıklıyor? Kuantum fiziği bir düşünce deneyi sunuyor kuantum intiharı ve iki olası seçenekler kuantum mekaniğinin farklı yorumlarına dayalı olayların gelişimi.

Bir düşünce deneyinde katılımcıya bir silah doğrultulur ve radyoaktif bir atomun bozunması sonucu ya ateşlenir ya da ateşlenmez. Yine 50'ye 50. Yani deneye katılan kişi ya ölecek ya da ölmeyecek ama şimdilik Schrödinger'in kedisi gibi süperpozisyonda.

Bu durum kuantum mekaniği açısından farklı şekillerde yorumlanabilir. Kopenhag yorumuna göre silah eninde sonunda patlayacak ve katılımcı ölecektir. Everett'in yorumuna göre süperpozisyon, katılımcının aynı anda var olduğu iki paralel evrenin varlığını sağlar: bunlardan birinde hayattadır (silah ateşlenmemiştir), ikincisinde ölmüştür (silah ateşlenmiştir). Bununla birlikte, eğer çoklu dünyalar yorumu doğruysa, o zaman evrenlerden birinde katılımcı her zaman hayatta kalır ve bu da "kuantum ölümsüzlüğünün" varlığı fikrine yol açar.

Schrödinger'in kedisine ve deneyin gözlemcisine gelince, o zaman Everett'in yorumuna göre o da kendisini ve kediyi aynı anda iki Evrende, yani "kuantum dilinde", ona "dolaşmış" buluyor.

Bir bilim kurgu romanından alınmış bir hikaye gibi görünse de modern fizikte yeri olan birçok bilimsel teoriden biridir.