Стан шредінгера. Кіт шредінгера – знаменитий парадоксальний експеримент

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.

  Всі ми чули про знаменитого кота Шредінгера, але чи знаємо ми, що це за кіт такий насправді? Давайте розберемося і спробуємо розповісти про знаменитого кота Шредінгера простими словами.

  Кіт Шредінгера – це експеримент, проведений Ервіном Шредінгером, одним із батьків-засновників квантової механіки. Причому це звичайний фізичний експеримент, а уявний.

  Треба визнати, що Ервін Шредінгер був людиною з дуже багатою уявою.

  Отже, що у нас є як уявна основа для проведення експерименту? Є кіт, вміщений у коробку. У коробці також знаходиться лічильник Гейгера з дуже маленькою кількістю радіоактивної речовини. Кількість речовини така, що ймовірність розпаду та нерозпаду одного атома протягом години – однакова. Якщо атом розпадеться, запуститься спеціальний механізм, який розіб'є колбу із синильною кислотою, і бідний кіт помре. Якщо розпаду не станеться, то кіт продовжить тихенько сидіти собі в коробці і мріяти про сосисках.

  

  У чому суть кота Шредінгера? Навіщо взагалі було вигадувати такий сюрреалістичний досвід?

  Згідно з результатами експерименту ми дізнаємося, чи живий кіт чи ні, тільки коли відкриваємо коробку. З погляду квантової механіки кіт одночасно (як атом речовини) перебуває одразу у двох станах – і живий, і мертвий одночасно. Це і є знаменитий феномен кота Шредінгера.

  Звичайно, такого бути не може. Ервін Шредінгер поставив цей уявний експеримент, щоб показати недосконалість квантової механіки під час переходу від субатомних систем до макроскопічних.

  

  Наведемо формулювання самого Шредінгера:

  Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Нехай який-небудь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною диявольською машиною (яка має бути незалежно від 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.

  Визначено позитивним моментом в даному експерименті є той факт, що не одна тварина в його ході не постраждала.

  

  Насамкінець, для закріплення матеріалу пропонуємо Вам переглянути відео зі старого доброго серіалу «Теорія Великого Вибуху».

  А якщо у Вас раптом залишилися питання або викладач поставив завдання з квантової механіки, звертайтесь до . Разом ми вирішимо всі питання набагато швидше!

  Як пояснив нам Гейзенберг, через принцип невизначеності опис об'єктів квантового мікросвіту носить інший характер, ніж звичний опис об'єктів ньютонівського макросвіту. Замість просторових координат і швидкості, якими ми звикли описувати механічний рух, наприклад, кулі по більярдному столу, в квантовій механіці об'єкти описуються так званою хвильовою функцією. Гребінь «хвилі» відповідає максимальній ймовірності знаходження частки у просторі в момент виміру. Рух такої хвилі описується рівнянням Шредінгера, яке й говорить нам про те, як змінюється згодом стан квантової системи.

  Тепер про кота. Всім відомо, що коти люблять ховатися в коробках. Ервін Шредінгер теж був у курсі. Більше того, з суто нордичним бузувірством він використав цю особливість у знаменитому уявному експерименті. Суть його полягала в тому, що в коробці з пекельною машиною замкнений кіт. Машина через реле приєднана до квантової системи, наприклад, радіоактивно розпадається речовини. Імовірність розпаду відома і становить 50%. Пекельна машина спрацьовує коли квантовий стан системи змінюється (відбувається розпад) і котик гине повністю. Якщо надати систему "Котик-коробка-пекельна машина-кванти" самій собі на одну годину і згадати, що стан квантової системи описується в термінах ймовірності, то стає зрозумілим, що дізнатися чи живий котик, в даний момент часу, напевно не вийде, так само, як не вийде точно передбачити падіння монети орлом або рішкою наперед. Парадокс дуже простий: хвильова функція, що описує квантову систему, змішує в собі два стани кота - він живий і мертвий одночасно, так само як пов'язаний електрон з рівною ймовірністю може перебувати в будь-якому місці простору, рівновіддаленого від атомного ядра. Якщо ми не відкриваємо коробки, ми не знаємо точно, як там котик. Не здійснивши спостереження (читай вимірювання) над атомним ядром ми можемо описати його стан тільки суперпозицією (змішенням) двох станів: ядра, що розпалося і не розпалося. Кіт, що знаходиться в ядерній залежності, і живий і мертвий одночасно. Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне?

  Копенгагенська інтерпретація експерименту говорить нам про те, що система перестає бути змішанням станів і вибирає одне з них у той момент, коли відбувається спостереження, воно ж вимір (коробка відкривається). Тобто сам факт виміру змінює фізичну реальність, призводячи до колапсу хвильової функції (котик або стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого)! Вдумайтеся, експеримент та виміри, що його супутні, змінюють реальність навколо нас. Особисто мені цей факт виносить мозок набагато сильніше за алкоголь. Відомий Стів Хокінг теж важко переживає цей парадокс, повторюючи, що коли він чує про кота Шредінгера, його рука тягнеться до браунінгу. Гострота реакції видатного фізика-теоретика пов'язана з тим, що на його думку, роль спостерігача в колапсі хвильової функції (звалювання її до одного з двох імовірнісних) станів сильно перебільшена.

  Звичайно, коли професор Ервін у далекому 1935 р. замислював своє кото-знущання це був дотепний спосіб показати недосконалість квантової механіки. Справді, кіт може бути живий і мертвий одночасно. В результаті однієї з інтерпретацій експерименту стала очевидність протиріччя законів макросвіту (наприклад, другого закону термодинаміки - кіт або живий, або мертвий) і мікросвіту (кіт живий і мертвий одночасно).

  Вищеописане застосовується практично: в квантових обчисленнях і квантової криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що у суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це схлопне 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.

  Ще однією найсвіжішою інтерпретацією уявного експерименту Шредінгера є розповідь Шелдона Купера, героя серіалу "Теорія великого вибуху" ("Big Bang Theory"), який він виголосив для менш освіченої сусідки Пенні. Суть оповідання Шелдона у тому, що концепція кота Шредінгера можна застосувати у відносинах для людей. Щоб зрозуміти, що відбувається між чоловіком і жінкою, які стосунки між ними: хороші чи погані, – потрібно просто відкрити ящик. А до цього відносини є одночасно і добрими, і поганими.

  «Будь-хто, хто не шокований квантовою теорією, Не розуміє її », - так сказав Нільс Бор, засновник квантової теорії.
  Основа класичної фізики – однозначна запрограмованість світу, інакше лапласовський детермінізм, з появою квантової механіки змінилася вторгненням світу невизначеностей та імовірнісних подій. І тут, до речі, виявилися для фізиків-теоретиків уявні експерименти. Це були пробні камені, у яких перевірялися нові ідеї.

  "Кіт Шредінгера" - це уявний експеримент, Запропонований Ервіном Шредінгером, яким він хотів показати неповноту квантової механіки при переході від субатомних систем до систем макроскопічним.

  У закриту шухляду поміщений кіт. У ящику є механізм, що містить радіоактивне ядро, та ємність з отруйним газом. Імовірність того, що ядро ​​розпадеться за 1 годину, становить 1/2. Якщо ядро ​​розпадається, воно приводить механізм у дію, він відкриває ємність із газом, і кіт помирає. 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".

  

  Коли ж система перестає існуватияк змішання двох станів та вибирає одне конкретне?

  Мета експерименту- показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, що вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції (миттєва зміна квантового стану об'єкта, що відбувається при вимірі), і кіт стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того і іншого.

  Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, проміжного між життям і смертю), це означає, що це вірно і для атомного ядра. Воно обов'язково буде або розпався, або не розпався.

  Стаття Шредінгера "Поточна ситуація в квантовій механіці" з поданням уявного експерименту з котом вийшла в німецькому журналі "Природні науки" в 1935 з метою обговорення ЕПР-парадоксу.

  Статті Ейнштейна-Подільського-Розена та Шредінгера позначили дивну природу «квантової заплутаності» (термін запроваджений Шредінгером), характерною для квантових станів, що є суперпозицією станів двох систем (наприклад, двох субатомних частинок).

  Тлумачення квантової механіки

  За час існування квантової механіки вченими було висунуто різні її тлумачення, але найбільш підтримувані з усіх на сьогодні є «копенгагенська» та «багатосвітова».

  «Копенгагенська інтерпретація»- це тлумачення квантової механіки сформулювали Нільс Бор і Вернер Гейзенберг під час роботи у Копенгагені (1927г.). Вчені спробували відповісти на питання, що виникають внаслідок властивого квантової механіки корпускулярно-хвильового дуалізму, зокрема на питання про вимір.

  У копенгагенської інтерпретації система перестає бути змішанням станів і вибирає один із них у той момент, коли відбувається спостереження. Експеримент із котом показує, що в цій інтерпретації природа цього самого спостереження – виміру – визначена недостатньо. Деякі вважають, що досвід говорить про те, що доти, поки ящик закритий, система знаходиться в обох станах одночасно, в суперпозиції станів «ядро, що розпалося, мертвий кіт» і «ядро, що не розпалося, живий кіт», а коли ящик відкривають, то тільки тоді відбувається колапс хвильової функції одного з варіантів. Інші здогадуються, що «спостереження» відбувається, коли частка ядра потрапляє в детектор; однак (і це ключовий момент уявного експерименту) в копенгагенської інтерпретації немає чіткого правила, яке говорить, коли це відбувається, і тому ця інтерпретація неповна доти, доки таке правило до неї не введено, або не сказано, як його можна ввести. Точне правило таке: випадковість у тому місці, де вперше використовується класичне наближення.

  Таким чином, ми можемо спиратися на наступний підхід: у макроскопічних системах ми не спостерігаємо квантових явищ (крім явища надплинності та надпровідності); тому, якщо ми накладаємо макроскопічну хвильову функцію на квантовий стан, ми з досвіду повинні зробити висновок, що суперпозиція руйнується. І хоча не зовсім ясно, що означає, що щось є «макроскопічним» взагалі, про кота точно відомо, що він є макроскопічним об'єктом. Таким чином, копенгагенська інтерпретація не вважає, що до відкриття ящика кіт перебуває у стані змішування живого та мертвого.

  У «багатосвітовій інтерпретації»квантової механіки, яка вважає процес виміру чимось особливим, обидва стани кота існують, але декогерують, тобто. відбувається процес, при якому квантово-механічна система взаємодіє з навколишнім середовищем і набуває інформації, що є в навколишньому середовищі, або інакше «заплутується» з навколишнім середовищем. І коли спостерігач відкриває ящик, він заплутується з котом і від цього утворюються два стани спостерігача, що відповідають живому та мертвому коту, і ці стани не взаємодіють один з одним. Той самий механізм квантової декогеренції важливий і для «спільних» історій. У цій інтерпретації лише «мертвий кіт» чи «живий кіт» може бути у «спільній історії.

  

  Іншими словами, коли ящик відкривається, Всесвіт розщеплюється на два різні всесвіти, в одній з яких спостерігач дивиться на ящик з мертвим котом, а в іншій - спостерігач дивиться на живого кота.

  Парадокс "друга Вігнера"

  Парадокс друга Вігнера – це ускладнений експеримент феномена «кота Шредінгера». Лауреат Нобелівської премії, американський фізик Юджін Вігнер запровадив категорію «друзів». Після завершення досвіду експериментатор відкриває коробку та бачить живого кота. Стан кота в момент відкриття коробки перетворюється на стан «ядро не розпалося, кіт живий». Таким чином, у лабораторії кіт визнаний живим. За межами лабораторії знаходиться друг. Друг ще не знає, чи живий кіт чи мертвий. Друг визнає кота живим лише тоді, коли експериментатор повідомить йому результат експерименту. Але решта «друзів» ще не визнала кота живим, і визнають тільки тоді, коли їм повідомлять результат експерименту. Таким чином, кота можна визнати повністю живим лише тоді, коли всі люди у Всесвіті дізнаються про результат експерименту. До цього моменту в масштабі Великого Всесвіту кіт залишається напівживим і напівмертвим одночасно.

  Вищеописане застосовується практично: в квантових обчисленнях і квантової криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що у суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це схлопне 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.

  А в квантових обчисленнях станом «шредінгерівського кота» називається особливий заплутаний стан кубитів, при якому всі вони знаходяться в однаковій суперпозиції всіх нулів або одиниць.

  («Кубить»- Це найменший елемент для зберігання інформації у квантовому комп'ютері. Він допускає два власні стани, але при цьому може перебувати і в їхній суперпозиції. При будь-якому вимірі стану кубіту він випадково перетворюється на одне зі своїх власних станів.)

  У реаліях! Малий брат «кота Шредінгера»

  Минуло вже 75 років з того часу, як з'явився «кіт Шредінгера», але досі деякі з наслідків квантової фізики здаються розбіжними з нашими звичайними уявленнями про речовину та її властивості. Відповідно до законів квантової механіки має бути можливим створення такого стану «кота», що він одночасно і живий, і мертвий, тобто. перебуватиме у стані квантової суперпозиції двох станів. Однак на практиці створення квантової суперпозиції такої великої кількості атомів поки що не вдається. Труднощами є те, що чим більше атомів знаходиться в суперпозиції, тим менш стійкий цей стан, оскільки зовнішні впливи прагнуть його зруйнувати.

  Фізикам з Віденського університету (публікація у журналі «Nature Communications», 2011р.) вперше у світі вдалося продемонструвати квантову поведінку органічної молекули, що складається з 430 атомів і знаходиться в стані квантової суперпозиції. Отримана експериментаторами молекула більше нагадує восьминога. Розмір молекул становить близько 60 ангстрем, а довжина хвилі де Бройля для молекули становила лише 1 пікометр. Такий «молекулярний восьминіг» виявився здатним продемонструвати властивості, властиві коту Шредінгера.

  Квантове самогубство

  Квантове самогубство - уявний експеримент у квантової механіки, запропонований незалежно друг від друга Р. Моравеком і Б. Маршалом, а 1998 року було розширено космологом Максом Тегмарком. Цей уявний експеримент, будучи модифікацією уявного експерименту з котом Шредінгера, наочно показує різницю між двома інтерпретаціями квантової механіки: копенгагенською інтерпретацією та багатосвітовою інтерпретацією Еверетта.

  Фактично експеримент є експериментом з котом Шредінгера з точки зору кота.

  У запропонованому експерименті на учасника спрямована рушниця, яка стріляє або не стріляє залежно від розпаду радіоактивного атома. Імовірність, що в результаті експерименту рушниця вистрілить і учасник помре, становить 50%. Якщо копенгагенська інтерпретація вірна, то рушниця зрештою вистрілить, і учасник помре.
  Якщо ж вірна багатосвітова інтерпретація Еверетта, то в результаті кожного проведеного експерименту всесвіт розщеплюється на два всесвіти, в одній з яких учасник залишається живим, а в іншому гине. У світах, де учасник вмирає, він перестає існувати. Навпаки, з погляду мертвого учасника, експеримент продовжуватиметься, не призводячи до зникнення учасника. Це тому, що у будь-якому відгалуженні учасник здатний спостерігати результат експерименту лише тому світі, де він виживає. І якщо багатосвітова інтерпретація вірна, то учасник може помітити, що він ніколи не загине під час експерименту.

  Учасник ніколи не зможе розповісти про ці результати, оскільки з погляду стороннього спостерігача, ймовірність результату експерименту буде однаковою і в багатосвітовій, і в копенгагенській інтерпретаціях.

  Квантове безсмертя

  Квантове безсмертя - уявний експеримент, що випливає з уявного експерименту з квантовим самогубством і стверджує, що згідно з багатосвітовою інтерпретацією квантової механіки істоти, що мають здатність до самосвідомості, безсмертні.

  Припустимо, що учасник експерименту підриває ядерну бомбу поблизу себе. Практично у всіх паралельних Всесвітах ядерний вибух знищить учасника. Але, попри це, має існувати небагато альтернативних Всесвітів, у яких учасник якимось чином виживає (тобто Всесвітів, у яких можливий розвиток потенційного сценарію порятунку). Ідея квантового безсмертя полягає в тому, що учасник залишається в живих, і тим самим здатний сприймати навколишню реальність, щонайменше в одному з Всесвітів у величезній кількості, нехай навіть кількість таких всесвітів дуже мала в порівнянні з кількістю всіх можливих Всесвітів. Таким чином, згодом учасник виявить, що він може жити вічно. Деякі паралелі з цим висновком можуть бути знайдені в концепції антропного принципу.

  Інший прикладвитікає з ідеї квантового самогубства. У цьому думці учасник спрямовує на себе рушницю, яка може або вистрілити, або ні в залежності від результату розпаду будь-якого радіоактивного атома. Імовірність, що в результаті експерименту рушниця вистрілить і учасник помре, становить 50%. Якщо Копенгагенська інтерпретація вірна, то рушниця зрештою вистрілить, і учасник помре.

  Якщо ж вірна багатосвітова інтерпретація Еверетта, то в результаті кожного проведеного експерименту всесвіт розщеплюється на два всесвіти, в одній з яких учасник залишається живим, а в іншому гине. У світах, де учасник вмирає, він перестає існувати. Навпаки, з погляду не померлого учасника, експеримент триватиме, не призводячи до зникнення учасника, оскільки після кожного розщеплення всесвітів він буде здатний усвідомлювати себе лише у тих всесвітів, де вижив. Таким чином, якщо багатосвітова інтерпретація Еверетта вірна, то учасник може помітити, що він ніколи не загине в ході експерименту, тим самим доводячи своє безсмертя, принаймні з його точки зору.

  Прихильники квантового безсмертя вказують на те, що ця теорія не суперечить жодним відомим законам фізики (ця позиція є далекою від одностайного визнання в науковому світі). У своїх міркуваннях вони спираються на наступні два спірні припущення:
  - вірна багатосвітова інтерпретація Еверетта, а чи не Копенгагенська інтерпретація, оскільки остання заперечує існування паралельних всесвітів;
  - всі можливі сценарії, в яких під час експерименту учасник може померти, містять принаймні малу підмножину сценаріїв, де учасник залишається живим.

  Можливим аргументом проти теорії квантового безсмертя може бути те, що друге припущення не обов'язково випливає з багатосвітової інтерпретації Еверетта, і воно може суперечити законам фізики, які, як вважається, поширюються на всі можливі реальності. Багатосвітова інтерпретація квантової фізики необов'язково передбачає, що все можливо. Вона лише вказує на те, що в певний момент часу всесвіт може розділитися на деяке число інших, кожна з яких буде відповідати одному з багатьох можливих результатів. Наприклад, вважається, що друге початок термодинаміки справедливо всім можливих всесвітів. Це означає, що теоретично існування цього закону перешкоджає утворенню паралельних всесвітів, де б він порушувався. Наслідком цього може бути досягнення з погляду експериментатора такого стану реальності, де його подальше виживання стає неможливим, оскільки це потребувало б порушення закону фізики, який, за висловленим раніше припущенням, справедливий для всіх можливих реальностей.

  Наприклад, при вибуху ядерної бомби, описаному вище, досить важко описати правдоподібний сценарій, який не порушує основних біологічних принципів, у якому учасник залишиться живим. Живі клітини просто не можуть існувати при температурах, що досягаються в центрі ядерного вибуху. Для того щоб теорія квантового безсмертя залишилася справедливою, необхідно, щоб або відбулася осічка (і тим самим не відбулося ядерного вибуху), або сталася якась подія, яка ґрунтувалася б на поки що невідкритих або недоведених законах фізики. Іншим аргументом проти теорії, що обговорюється, може бути наявність у всіх істот природної біологічної смерті, яку неможливо уникнути в жодній з паралельних Всесвітів (принаймні, на даному етапі розвитку науки).

  З іншого боку, другий початок термодинаміки є статистичним законом, і нічому не суперечить виникнення флуктуації (наприклад, поява області з умовами, що підходять для життя спостерігача у всесвіті, що загалом досягла стану теплової смерті; або в принципі можливий рух усіх частинок, що виникли в результаті ядерного вибуху, таким чином, що кожна з них пролетить повз спостерігача), хоча така флуктуація виникне лише в украй малій частині з усіх можливих наслідків. Аргумент, що відноситься до неминучості біологічної смерті, також може бути спростований на підставі міркувань. Для кожного живого організму в даний момент існує ненульова ймовірність, що він залишиться живим протягом наступної секунди. Таким чином, ймовірність того, що він залишиться живим протягом наступного мільярда років, також відмінна від нуля (оскільки є твором великої кількості ненульових співмножників), хоч і дуже мала.

  В ідеї квантового безсмертя проблемно те, що згідно з нею самосвідома істота буде «змушена» переживати надзвичайно малоймовірні події, які виникатимуть у ситуаціях, за яких учасник, здавалося б, має загинути. Навіть незважаючи на те, що в багатьох паралельних всесвітах учасник помирає, ті не всі, які учасник здатний суб'єктивно сприймати, будуть розвиватися за вкрай малоймовірним сценарієм. Це своє чергу може певною мірою викликати порушення принципу причинності, природа якого у квантової фізики ще недостатньо ясна.

  Хоча ідея квантового безсмертя випливає здебільшого з експерименту з «квантовим самогубством», Тегмарк стверджує, що за будь-яких нормальних умов будь-яка мисляча істота перед смертю проходить через етап (від кількох секунд до декількох років) зменшення рівня самосвідомості, ніяк не пов'язаний з квантовою механікою, і учасник не має жодної можливості для тривалого існування за допомогою переходу з одного світу в інший, що дає можливість вижити.

  Тут розумний спостерігач, що розуміє себе, лише в відносно малій кількості можливих станів, при яких він зберігає самосвідомість, продовжує залишатися в, так би мовити, «здоровому тілі». Можливість того, що спостерігач, зберігши свідомість, залишиться покаліченим, значно більше, ніж якщо він залишиться цілим і неушкодженим. Будь-яка система (у тому числі живий організм) має набагато більше можливостей функціонувати неправильно, ніж залишатися в ідеальній формі. Ергодична гіпотеза Больцмана вимагає, щоб безсмертний спостерігач рано чи пізно пройшов усі стани, сумісні зі збереженням свідомості, у тому числі й ті, в яких він відчуватиме нестерпні страждання – і таких станів буде значно більше, ніж станів оптимального функціонування організму. Таким чином, як вважає філософ Девід Льюїс, нам слід було б сподіватися, що багатосвітова інтерпретація неправильна.

  Як пояснив нам Гейзенберг, через принцип невизначеності опис об'єктів квантового мікросвіту носить інший характер, ніж звичний опис об'єктів ньютонівського макросвіту. Замість просторових координат і швидкості, якими ми звикли описувати механічний рух, наприклад, кулі по більярдному столу, в квантовій механіці об'єкти описуються так званою хвильовою функцією. Гребінь «хвилі» відповідає максимальній ймовірності знаходження частки у просторі в момент виміру. Рух такої хвилі описується рівнянням Шредінгера, яке й говорить нам про те, як змінюється згодом стан квантової системи.

  Тепер про кота. Всім відомо, що коти люблять ховатися в коробках. Ервін Шредінгер теж був у курсі. Більше того, з суто нордичним бузувірством він використав цю особливість у знаменитому уявному експерименті. Суть його полягала в тому, що в коробці з пекельною машиною замкнений кіт. Машина через реле приєднана до квантової системи, наприклад, радіоактивно розпадається речовини. Імовірність розпаду відома і становить 50%. Пекельна машина спрацьовує коли квантовий стан системи змінюється (відбувається розпад) і котик гине повністю. Якщо надати систему "Котик-коробка-пекельна машина-кванти" самій собі на одну годину і згадати, що стан квантової системи описується в термінах ймовірності, то стає зрозумілим, що дізнатися чи живий котик, в даний момент часу, напевно не вийде, так само, як не вийде точно передбачити падіння монети орлом або рішкою наперед. Парадокс дуже простий: хвильова функція, що описує квантову систему, змішує в собі два стани кота - він живий і мертвий одночасно, так само як пов'язаний електрон з рівною ймовірністю може перебувати в будь-якому місці простору, рівновіддаленого від атомного ядра. Якщо ми не відкриваємо коробки, ми не знаємо точно, як там котик. Не здійснивши спостереження (читай вимірювання) над атомним ядром ми можемо описати його стан тільки суперпозицією (змішенням) двох станів: ядра, що розпалося і не розпалося. Кіт, що знаходиться в ядерній залежності, і живий і мертвий одночасно. Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне?

  Копенгагенська інтерпретація експерименту говорить нам про те, що система перестає бути змішанням станів і вибирає одне з них у той момент, коли відбувається спостереження, воно ж вимір (коробка відкривається). Тобто сам факт виміру змінює фізичну реальність, призводячи до колапсу хвильової функції (котик або стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого)! Вдумайтеся, експеримент та виміри, що його супутні, змінюють реальність навколо нас. Особисто мені цей факт виносить мозок набагато сильніше за алкоголь. Відомий Стів Хокінг теж важко переживає цей парадокс, повторюючи, що коли він чує про кота Шредінгера, його рука тягнеться до браунінгу. Гострота реакції видатного фізика-теоретика пов'язана з тим, що на його думку, роль спостерігача в колапсі хвильової функції (звалювання її до одного з двох імовірнісних) станів сильно перебільшена.

  Звичайно, коли професор Ервін у далекому 1935 р. замислював своє кото-знущання це був дотепний спосіб показати недосконалість квантової механіки. Справді, кіт може бути живий і мертвий одночасно. В результаті однієї з інтерпретацій експерименту стала очевидність протиріччя законів макросвіту (наприклад, другого закону термодинаміки - кіт або живий, або мертвий) і мікросвіту (кіт живий і мертвий одночасно).

  Вищеописане застосовується практично: в квантових обчисленнях і квантової криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що у суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це схлопне 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.

  Ще однією найсвіжішою інтерпретацією уявного експерименту Шредінгера є розповідь Шелдона Купера, героя серіалу "Теорія великого вибуху" ("Big Bang Theory"), який він виголосив для менш освіченої сусідки Пенні. Суть оповідання Шелдона у тому, що концепція кота Шредінгера можна застосувати у відносинах для людей. Щоб зрозуміти, що відбувається між чоловіком і жінкою, які стосунки між ними: хороші чи погані, – потрібно просто відкрити ящик. А до цього відносини є одночасно і добрими, і поганими.