Кіт шредінгера простими словами суть. Кіт Шредінгера простими словами

Незважаючи на те, що планетарна модель атома довела свою спроможність, існуюча на той момент теорія не могла в повному обсязі пояснити всі процеси, які спостерігалися у реальному житті. Виявилося, що насправді на мікрорівні чомусь не працює класична ньютонівська механіка. Тобто. прототип моделі, запозичений із реального життя, не відповідає спостереженням вчених на той час у разі розгляду атома замість нашої сонячної системи.

На підставі цього концепція була суттєво перероблена. З'явилася така дисципліна, як квантова механіка. Біля витоків цього напряму стояв видатний фізик Ервін Шредінгер.

Поняття суперпозиції

Головним принципом, що відрізняє нову теорію, є принцип суперпозиції. Відповідно до цього принципу, квант (електрон, фотон чи протон) може бути у двох станах одночасно. Якщо спростити розумінняцього формулювання, то вийде факт, який неможливо уявити у нашій свідомості. Квант може бути одночасно у двох місцях.

На момент появи, ця теорія суперечила як класичної механіці, а й здоровому глузду. Навіть зараз, освічена людина, далека від фізики, важко уявити собі таку ситуацію. Адже це розуміння, зрештою, має на увазі, що і сам читач може перебувати зараз і тут, і там. Саме так людина намагається уявити перехід від макросвіту до мікросвіту.

Людині, яка звикла випробовувати на собі дію ньютонівської механіки та сприймати себе в одній точці простору, вкрай складно було уявити перебування одразу у двох місцях. Крім того, як такої теорії та закономірностей при переході від макро до мікро не було. Не було розуміння конкретних чисельних значень та правил.

Однак, тогочасні прилади дозволяли вже чітко фіксувати цей «квантовий дисонанс». Лабораторні прилади підтвердили, що сформульовані постулати справді спроможні і квант здатний перебувати у двох станах. Наприклад, було зафіксовано електронний газ навколо ядра атома.

Грунтуючись на цьому, Шредінгер сформулював відому концепцію, яка зараз відома як теорія про кота. Метою цього формулювання було показати, що у класичної теорії фізики утворився величезний провал, що потребує додаткового вивчення.

кіт Шредінгера

Думковий експеримент про кота полягав у тому, що кота поміщали в закриту сталеву скриньку. Скриня була оснащена пристроєм з отруйним газом та пристосуванням з ядром атома.

Виходячи з відомих постулатів, ядро ​​атома може розпастися на складові протягом однієї години, але може і не розпастись. Відповідно, ймовірність цієї події становить 50%.

Якщо ядро ​​розпадається, спрацьовує лічильник-реєстратор, і у відповідь на дану подію відбувається вивільнення отруйної речовини з описаного раніше пристосування, яким забезпечений ящик. Тобто. кіт гине від отрути. Якщо цього не станеться, кіт не гине відповідно. Виходячи з ймовірності розпаду 50%, ймовірність того, що кіт виживає – 50%.

Виходячи і квантової теорії, атом може бути у двох станах відразу.Тобто. атом і розпався, і розпався. Значить, реєстратор і спрацював, розбивши ємність з отрутою, і не розпався. Кіт отруївся отрутою, і кіт не отруївся отрутою одночасно.

Але уявити таку картину, що відкривши ящик, дослідник виявив відразу мертвого і живого кота, просто неможливо. Кіт чи живий, чи мертвий. У цьому феномен ситуації. Свідомості глядача неможливо уявити собі мертвого кота.

Парадокс полягає в тому, що кіт є об'єктом макросвіту. Відповідно, говорити про нього, що він живий і мертвий, тобто. перебуває у двох станах відразу аналогічно кванту, буде зовсім правильним.

Використовуючи цей приклад, Шредінгер сконцентрувався саме на факті відсутності чітких паралелей між макро- та мікросвітами. Наступні коментарі, які дали фахівці, пояснюють, що слід розглядати систему детектор випромінювання – кіт, а не кіт-глядач. У системі детектор-кіт ймовірно лише одна подія.

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Фактично Хокінг та інші фізики дотримуються думки, що «Копенгагенська школа» інтерпретації квантової механіки підкреслює роль спостерігача безпідставно. Остаточної єдності серед фізиків з цього питання все ще не досягнуто.

  Розпаралелювання світів у кожен момент часу відповідає справжньому недетермінованого автомату на відміну від імовірнісного, коли на кожному кроці вибирається один із можливих шляхів залежно від їхньої ймовірності.

  Парадокс Вігнера

  Це ускладнений варіант експерименту Шредінгера. Юджин Вігнер ввів категорію «друзів». Після завершення досвіду експериментатор відкриває коробку та бачить живого кота. Вектор стану кота в момент відкриття коробки переходить у стан «ядро не розпалося, кіт живий». Таким чином, у лабораторії кіт визнаний живим. За межами лабораторії знаходиться друг. Другще не знає, чи живий кіт чи мертвий. Другвизнає кота живим лише тоді, коли експериментатор повідомить йому результат експерименту. Але всі інші друзіще не визнали кота живим і визнають тільки тоді, коли їм повідомлять результат експерименту. Таким чином, кота можна визнати повністю живим (або повністю мертвим) лише тоді, коли всі люди у всесвіті дізнаються про результат експерименту. До цього моменту в масштабі Великого Всесвіту кіт, згідно з Вігнером, залишається живим і мертвим одночасно.

  Практичне застосування

  Вищеописане застосовується на практиці: у квантових обчисленнях і в квантовій криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що знаходиться в суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це зхлопне “хвильову” функцію (з точки зору копенгагенської інтерпретації буде проведено спостереження) і світло перейде в один із станів. Провівши статистичні проби світла на приймальному кінці кабелю, можна буде виявити, чи знаходиться світло в суперпозиції станів або над ним вже здійснено спостереження та передачу в інший пункт. Це уможливлює створення засобів зв'язку, які виключають непомітний перехоплення сигналу та підслуховування.

  Експеримент (який у принципі може бути виконаний, хоча працюючі системи квантової криптографії, здатні передавати великі обсяги інформації, ще не створені) також показує, що «спостереження» в копенгагенській інтерпретації не має відношення до свідомості спостерігача, оскільки в даному випадку зміна статистики на кінці кабелю наводить абсолютно неживе відгалуження дроту.

  "Кіт Шредінгера" - так називається цікавий розумовий експеримент, поставлений, як ви вже напевно здогадалися, Шредінгером, а точніше, Нобелівським лауреатом з фізики, австрійським ученим Ервіном Рудольфом Йозефом Олександром Шредінгером "Вікіпедія" визначає "Вікіпедія". кіт У ящику є механізм, що містить радіоактивне ядро ​​і ємність з отруйним газом Параметри експерименту підібрані так, що ймовірність того, що ядро ​​розпадеться за 1 годину, становить 50%. , і кіт вмирає.

  Згідно квантової механіки, якщо над ядром не проводиться спостереження, то його стан описується суперпозицією (змішенням) двох станів - ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор повинен побачити лише якесь одне конкретне стан: " ядро ​​розпалося, кіт мертвий " , чи " ядро ​​не розпалося, кіт живий " .

  Виходить, що на виході ми маємо живого чи мертвого кота, однак у потенціалі кіт і живий і мертвий одночасно. Таким чином, Шредінгер намагався довести обмеженість квантової механіки без застосування до неї певних правил.

  Копенгагенська інтерпретація квантової фізики - і зокрема цього експерименту - вказує на те, що кіт набуває властивостей однієї з потенційних фаз (живий-мертвий) тільки після втручання в процес спостерігача.

  Тобто коли конкретний Шредінгер відкриває шухляду, йому зі стовідсотковою впевненістю доведеться нарізати ковбаски або зателефонувати ветеринару. Кіт буде безперечно живий або раптово мертвий. Але поки в процесі немає спостерігача - конкретної людини, яка має безперечні переваги у вигляді зору, і, як мінімум, ясної свідомості - кіт перебуватиме в підвішеному стані "між небом і землею".

  Стародавня притча про кота, який гуляє сам по собі, у цьому контексті набуває нових відтінків. Безсумнівно, кіт Шредінгера - не найблагополучніша істота у Всесвіті. Побажаємо ж коту благополучного для нього результату і звернемося до іншого цікавого завдання з таємничого і часом нещадного світу квантової механіки.

  Звучить вона так: "Який звук видає дерево, що падає в лісі, якщо поблизу немає людини, здатної цей звук сприйняти?" Тут, на відміну від чорно-білої долі нещасного/щасливого кота, ми стикаємося з різнобарвною палітрою спекуляцій: немає звуку/є звук, який він, якщо він є, а якщо його немає, то чому? Відповісти на це питання не можна з дуже простої причини – неможливості здійснити експеримент. Адже будь-який експеримент має на увазі присутність спостерігача, здатного сприйняти та зробити висновки.

  У знаменитого аргентинського письменника Хуліо Картасара, яскравого представника "магічного реалізму", є невелика розповідь про те, як офісні меблі, залишившись без спостерігача, рухаються кабінетом, ніби використовуючи вільний час для того, щоб розім'яти кінцівки.

  Тобто неможливо припустити, що відбувається з об'єктами навколишньої реальності за нашої відсутності. А якщо це неможливо сприйняти, значить, цього не існує. Як тільки ми залишаємо кімнату, весь її вміст разом із самою кімнатою перестає існувати або, точніше, продовжує існувати тільки в потенціалі.

  Водночас там існують пожежа чи повінь, крадіжка обладнання чи непрохані гості. Більше того, у ній існує і ми, у різних потенційних станах. Один Я ходить по кімнаті і насвистує безглузду мелодію, інший Я сумно дивиться вікно, третій – говорить із дружиною по телефону. У ній живе навіть наша раптова смерть чи радісна звістка у вигляді несподіваного телефонного дзвінка.

  Уявіть на хвилину всі можливості, заховані за дверима. А тепер уявіть, що весь наш світ - це лише скупчення таких нереалізованих потенціалів. Смішно, правда?

  Однак тут виникає закономірне питання: та й що? Так – кумедно, так – цікаво, але що, по суті, це змінює? Наука про це скромно замовчує. Для квантової фізики такі знання відкривають нові шляхи в усвідомленні Всесвіту та його механізмів, ну а нам, людям далеким від великих наукових відкриттів, така інформація начебто ні до чого.

  Та як це – ні до чого!? Адже якщо я існую, смертний, у цьому світі, значить, існую я, безсмертний, в іншому світі! Якщо моє життя складається зі смуги невдач і прикростей, то десь існую я - удачливий і щасливий? Насправді, поза нашими відчуттями нічого немає, як немає кімнати, поки ми до неї не ввійшли. Наші органи сприйняття лише обманюють нас, малюючи в мозку картину навколишнього нас світу. Що ж насправді знаходиться поза нами поки що залишається таємницею за сімома печатками.

  Авторська стаття Еміля Ахмедова, що нещодавно вийшла на відомому науковому порталі "ПостНаука", про причини виникнення знаменитого парадоксу, а також про те, чим він не є.

  Фізик Еміль Ахмедов про ймовірнісну інтерпретацію, замкнуті квантові системи та формулювання парадоксу.

  На мою думку, найбільш і психологічно, і філософськи, і в багатьох інших відносинах складною частиною квантової механіки є її імовірнісна інтерпретація. З імовірнісною інтерпретацією сперечалися багато людей. Наприклад, Ейнштейн, поряд з Подільським і Розеном, вигадав парадокс, що спростовує ймовірну інтерпретацію.

  Крім них з імовірнісною інтерпретацією квантової механіки сперечався також і Шредінгер. Як логічне протиріччя ймовірнісної інтерпретації квантової механіки Шредінгер придумав так званий парадокс кота Шредінгера. Він може по-різному формулюватися, наприклад: скажімо, у вас є коробка, в якій сидить кіт, і до цієї коробки приєднаний балон зі смертельним газом. До вмикача цього балона, який впускає або не впускає смертельний газ, підключений якийсь прилад, що працює наступним чином: є скло, що поляризує, і якщо проходить фотон потрібної поляризації, то балон включається, газ надходить до кота; якщо фотон не тієї поляризації, то балон не вмикається, ключ не вмикається, балон не впускає газ до кота.

  Допустимо, фотон циркулярно поляризований, а прилад реагує на лінійну поляризацію. Це може бути незрозуміло, але це не дуже важливо. З якоюсь ймовірністю фотон буде поляризований одним чином, з якоюсь ймовірністю – іншим. Шредінгер говорив: виходить така ситуація, що в якийсь момент, поки ми не відкрили кришку і не подивилися, мертвий кіт чи живий (а система замкнута), кіт із якоюсь ймовірністю буде живим і з якоюсь ймовірністю буде мертвим. Можливо, я недбало формулюю парадокс, але в результаті виходить дивна ситуація, що кіт не живий і не мертвий. Так формулюється феномен.

  На мій погляд, цей парадокс має чітке і ясне пояснення. Можливо, це моя особиста думка, але спробую пояснити. Основною властивістю квантової механіки є таке: якщо описувати замкнуту систему, то квантова механіка - це нічим іншим, як хвильова механіка, механіка хвиль. Це означає, що описується диференціальними рівняннями, рішеннями яких є хвилі. Там, де є хвилі та диференціальні рівняння, є і матриці і так далі. Це два еквівалентні описи: матричний опис та хвильовий опис. Матричне опис належить Гейзенбергу, хвильове - Шредінгеру, але описують вони ту саму ситуацію.

  Важливо таке: поки система є замкнутою, вона описується хвильовим рівнянням, і те, що відбувається з цією хвилею, описується за допомогою якогось хвильового рівняння. Вся імовірнісна інтерпретація квантової механіки виникає після того, як систему розмикають - на неї впливають зовні якимось великим класичним, тобто неквантовим об'єктом. У момент впливу вона вже перестає описуватися цим хвильовим рівнянням. Виникає так звана редукція хвильової функції та ймовірнісна інтерпретація. До моменту розмикання система еволюціонує відповідно до хвильового рівняння.

  Тепер потрібно зробити кілька зауважень щодо того, чим відрізняється велика класична система від маленької квантової. Взагалі кажучи, велику класичну систему можна описувати за допомогою хвильового рівняння, хоча цей опис, як правило, важко надати, а реально воно зовсім не потрібно. Ці системи математично відрізняються процесом. Так званий об'єкт є у квантовій механіці, в теорії поля. Для класичної великої системи дія величезна, а для квантової маленької системи дія невелика. Більш того, і градієнт цієї дії – швидкість зміни цієї дії у часі та просторі – для великої класичної системи величезний, а для маленької квантової – маленький. Це основна відмінність двох систем. Через те, що дія дуже велика для класичної системи, її зручніше описувати не якимись хвильовими рівняннями, а просто класичними законами на кшталт закону Ньютона і таке інше. Наприклад, з цієї причини Місяць навколо Землі обертається не як електрон навколо ядра атома, а за певною, чітко заданою орбітою, класичною орбітою, траєкторією. У той час як електрон, будучи маленькою квантовою системою, всередині атома навколо ядра рухається як хвиля стоячи, його рух описується стоячою хвилею, і в цьому відмінність двох ситуацій.

  Вимірювання в квантовій механіці - це коли ви великою класичною системою впливаєте на маленьку квантову. Після цього відбувається редукція хвильової функції. На мій погляд, присутність балона або кота в парадоксі Шредінгера - це те саме, що і наявність великої класичної системи, яка вимірює поляризацію фотона. Відповідно, вимірювання відбувається не в той момент, коли ми відкриваємо кришку ящика і дивимося, чи живий кіт або мертвий, а в той момент, коли відбувається взаємодія фотона з поляризаційним склом. Таким чином, в цей момент відбувається редукція хвильової функції фотона, балон виявляється в певному стані: або він відкривається, або він не відкривається, і кіт помирає або не вмирає. Всі. Жодних «імовірнісних котів», що він з якоюсь ймовірністю живий, з якоюсь ймовірністю мертвий, немає. Коли я говорив про те, що парадокс кота Шредінгера має багато різних формулювань, я лише казав, що є багато різних способів придумати той прилад, який умертвляє або залишає живим кота. По суті, формулювання парадоксу не змінюється.

  Я чув і про інші спроби пояснення цього парадоксу за допомогою множини світів і таке інше. На мою думку, всі ці пояснення не витримують критики. Те, що я пояснив протягом цього ролика словами, можна вдягнути в математичну форму і перевірити вірність цього твердження. Ще раз наголошую, що, на мій погляд, вимірювання та редукція хвильової функції маленької квантової системи відбувається у момент взаємодії з великою класичною системою. Такою великою класичною системою є кіт разом з приладом, який убиває його, а не людина, яка відкриває коробку з котом і дивиться, чи живий кіт чи ні. Тобто вимір відбувається у момент взаємодії цієї системи з квантовою часткою, а не в момент перевірки кота. Подібні парадокси, на мій погляд, знаходять пояснення із застосування теорій та здорового глузду.

  Суть самого експерименту

  В оригінальній статті Шредінгера експеримент описаний так:

  Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Якийсь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною пекельною машиною (яка має бути захищена від прямого втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться крихітна кількість радіоактивної речовини, настільки невелика, що протягом години може розпастися лише один атом, але з такою ж ймовірністю може і не розпастися; якщо ж це станеться, трубка, що зчитує, розряджається і спрацьовує реле, що спускає молот, який розбиває колбочку з синильною кислотою. Якщо на годину надати всю цю систему самій собі, то можна сказати, що кіт буде живий після цього часу, якщо розпаду атома не відбудеться. Перший розпад атома отруїв би кота. Пси-функція системи в цілому виражатиме це, змішуючи в собі або розмазуючи живого і мертвого кота (вибачте за вираз) в рівних частках. Типовим у випадках є те, що невизначеність, спочатку обмежена атомним світом, перетворюється на макроскопічну невизначеність, яка може бути усунена шляхом прямого спостереження. Це заважає нам наївно прийняти «модель розмиття» як дійсність, що відображає. Саме собою це означає нічого незрозумілого чи суперечливого. Є різниця між нечітким або розфокусованим фото та знімком хмар або туману. Згідно квантової механіки, якщо над ядром не проводиться спостереження, то його стан описується суперпозицією (змішенням) двох станів - ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор може побачити тільки якийсь один конкретний стан - "ядро розпалося, кіт мертвий" або "ядро не розпалося, кіт живий". Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне? Мета експерименту - показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, які вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого.

  Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, що поєднує життя і смерть), це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або не розпався.

  Оригінальна стаття вийшла 1935 року. Метою статті було обговорення парадоксу Ейнштейна - Подільського - Розена (ЕПР), опублікованого Ейнштейном, Подільським і Розеном раніше того ж року

  У 1935 році великий фізик, нобелівський лауреат та основоположник квантової механіки Ервін Шредінгер сформулював свій знаменитий парадокс.

  Вчений припустив, що якщо взяти когось кота і помістити його в сталеву непрозору коробку з "пекельною машиною", то через годину він буде живий і мертвий одночасно. Механізм у коробці виглядає наступним чином: усередині лічильника Гейгера знаходиться мікроскопічна кількість радіоактивної речовини, здатної розпастися за годину лише на один атом; при цьому воно з тією самою ймовірністю може і не розпастися. Якщо розпад все ж таки відбудеться, то спрацює важільний механізм і молоток розіб'є посудину з синильною кислотою і кіт загине; якщо розпаду не буде, то посудина залишиться цілою, а кіт — живий і здоровий.

  Якби йшлося не про кота і коробку, а про світ субатомних частинок, то вчені б сказали, що кіт і живий і мертвий одночасно, проте в макросвіті такий висновок некоректний. То чому ж ми оперуємо такими поняттями, коли йдеться про дрібніші частинки матерії?

  Ілюстрація Шредінгера є найкращим прикладом для опису головного парадоксу квантової фізики: згідно з її законами, частки, такі як електрони, фотони і навіть атоми існують у двох станах одночасно ("живих" і "мертвих", якщо згадувати багатостраждального кота). Ці стани називаються суперпозиціями.

  Американський фізик Арт Хобсон (Art Hobson) з університету Арканзасу (Arkansas State University) запропонував своє рішення цього феномена.

  " Вимірювання в квантової фізики базуються на роботі деяких макроскопічних пристроїв, таких як лічильник Гейгера, за допомогою яких визначається квантовий стан мікроскопічних систем - атомів, фотонів і електронів. що розрізняє два різні стани системи, то прилад (лічильник Гейгера, наприклад) перейде в стан квантової заплутаності і теж виявиться одночасно у двох суперпозиціях. Однак неможливо спостерігати це явище безпосередньо, що робить його неприйнятним", - розповідає фізик.

  Хобсон каже, що у парадоксі Шредінгера кіт грає роль макроскопічного приладу, лічильника Гейгера, приєднаного до радіоактивного ядра, визначення стану розпаду чи " нерозпаду " цього ядра. У такому разі живий кіт буде індикатором "нерозпаду", а мертвий кіт - показником розпаду. Але згідно з квантовою теорією, кіт, так само як і ядро, повинен перебувати у двох суперпозиціях життя та смерті.

  Натомість, за словами фізика, квантовий стан кота має бути заплутаним зі станом атома, що означає, що вони перебувають у "нелокальному зв'язку" один з одним. Тобто, якщо стан одного з заплутаних об'єктів раптово зміниться на протилежне, то стан його пари точно також зміниться, на якій відстані вони від одної вони перебували. При цьому Хобсон посилається на цю квантову теорію.

  Найцікавіше в теорії квантової заплутаності - це те, що зміна стану обох частинок відбувається миттєво: ніяке світло або електромагнітний сигнал не встиг би передати інформацію від однієї системи до іншої. Таким чином, можна сказати, що це один об'єкт, розділений на дві частини простором, і неважливо, наскільки велика відстань між ними", - пояснює Хобсон.

  Кіт Шредінгера більше не живий і мертвий одночасно. Він мертвий, якщо станеться розпад, і живий, якщо розпад так і не станеться.

  Додамо, що схожі варіанти вирішення цього феномена були запропоновані ще трьома групами вчених протягом останніх тридцять років, проте вони були сприйняті всерйоз і залишилися непоміченими у широких наукових колах. Хобсон зазначає , що рішення парадоксів квантової механіки, хоча б теоретичні, необхідні для її глибинного розуміння.