Знаменитий феномен кота шредінгера. Знаменита загадка "Кота Шредінгера" простими словами

Чи може кіт одночасно бути живим і мертвим? Скільки існує паралельних всесвітів? І чи існують вони взагалі? Це зовсім не питання в галузі фантастики, а цілком реальні наукові завдання, що вирішуються квантовою фізикою.

Отже, почнемо з Кота Шредінгера. Це уявний експеримент, який запропонував Ервін Шредінгер з метою вказати на парадокс, що існує у квантовій фізиці. Суть експерименту ось у чому.

У закритий ящик одночасно поміщений уявний кіт, а також такий уявний механізм з радіоактивним ядром і ємністю з отруйним газом. Згідно з експериментом, якщо ядро розпадеться, воно приведе механізм у дію: ємність з газом відкриється і кіт помре. Імовірність розпаду ядра становить 1 до 2.

Парадокс полягає в тому, що згідно квантової механіки якщо над ядром не проводять спостереження, то кіт знаходиться в так званій суперпозиції, тобто кіт одночасно перебуває у взаємовиключних станах (він одночасно живий і мертвий). Проте якщо спостерігач відкриє ящик, може переконатися, що кіт перебуває у одному конкретному стані: він або живий, або мертвий. На думку Шредінгера, неповнота квантової теорії полягає в тому, що вона не уточнює, за яких умов кіт перестає бути в суперпозиції і виявляється живим або мертвим.

Даний парадокс посилюється експериментом Вігнера, який додає до вже існуючого уявного експерименту категорію друзів. Згідно з Вігнером, під час відкриття експериментатором коробки, він дізнається, чи живий кіт чи мертвий. Для експериментатора кіт перестає бути в суперпозиції, проте для друга, який знаходиться за дверима, і який ще не знає про результати експерименту, кіт все ще перебуває десь між життям і смертю. Так можна продовжувати з нескінченною кількістю дверей і друзів, і згідно з такою логікою, кіт перебуватиме в суперпозиції доти, доки всі люди у Всесвіті не дізнаються, що ж побачив експериментатор, відкривши скриньку.

Як пояснює подібний парадокс квантова фізика? Квантова фізика пропонує уявний експеримент квантового самогубстваі два можливі варіанти розвитку подій, виходячи різних інтерпретацій квантової механіки.

У ході проведення уявного експерименту на учасника спрямовано рушницю, яка або вистрілить внаслідок розпаду радіоактивного атома, або ні. Знову 50 на 50. Таким чином, учасник експерименту або помре, або ні, а поки що він знаходиться, як і кіт Шредінгера в суперпозиції.

Цю ситуацію можна інтерпретувати по-різному з погляду квантової механіки. Згідно з копенгагенською інтерпретацією, рушниця рано чи пізно вистрілить, і учасник помре. Згідно з інтерпретацією Еверетта, суперпозиція передбачає наявність двох паралельних всесвітів, у яких одночасно існує учасник: в одній з них він живий (рушниця не вистрілила), у другій він мертвий (зброя вистрілила). Однак якщо багатосвітова інтерпретація вірна, то в одному із всесвітів учасник завжди залишається живим, що призводить до ідеї існування «квантового безсмертя».

Що стосується кота Шредінгера та спостерігача експерименту, то, згідно з інтерпретацією Еверетта, він також опиняється разом з котом одразу у двох Всесвітах, тобто, висловлюючись, «квантовою мовою», «плутується» з ним.

Звучить як історія з фантастичного роману, проте це одна з багатьох наукових теорій, яка має місце бути в сучасній фізиці.

Можливо, хтось із вас чув таке словосполучення, як «кіт Шредінгера». Однак для більшості людей ця назва ні про що не говорить.

Якщо ви вважаєте себе мислячим суб'єктом, і навіть претендуєте на роль інтелектуала, то слід обов'язково дізнатися, що являє собою кіт Шредінгера, і чому він став знаменитий у .

кіт Шредінгера– це розумовий експеримент, запропонований австрійським фізиком теоретиком Ервіном Шредінгером. Цей талановитий учений отримав 1933 р. Нобелівську премію з фізики.

За допомогою свого знаменитого експерименту йому хотілося показати всю неповноту квантової механіки під час переходу від субатомних систем до макроскопічних.

Ервін Шредінгер намагався пояснити свою теорію на оригінальному прикладі кота. Він хотів зробити це максимально просто, щоб його думка була зрозуміла будь-якій людині.

Чи вдалося йому це чи ні, ви дізнаєтеся, дочитавши статтю до кінця.

Суть експерименту Кіт Шредінгера

Припустимо, що якийсь кіт замкнений у сталевій камері разом з такою пекельною машиною (яка повинна бути захищена від прямого втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться така крихітна кількість радіоактивної речовини, 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.

Інакше кажучи, ми маємо ящик та кота. У ящику встановлено пристрій з радіоактивним атомним ядром та ємністю з отруйним газом.

У ході досвіду, ймовірність розпаду ілі не розпаду ядра дорівнює 50%. Отже, якщо воно розпадається - тварина помре, а якщо ядро не розпадається - кіт Шрьодінгера залишиться жити.

Замикаємо кота в ящик, і протягом години чекаємо, розмірковуючи над тлінністю життя.

За законами квантової механіки ядро (а отже, і сам кіт), одночасно може бути у всіх можливих станах (див. квантова суперпозиція).

До того моменту, поки ящик ще не відкритий, система "кіт-ядро" передбачає два варіанти результату подій: "розпад ядра - кіт мертвий" з ймовірністю 50%, і "розпаду ядра не трапилося - кіт живий" з тією ж часткою ймовірності.

Виходить, що кіт Шредінгера, який сидить усередині ящика, одночасно живий і мертвий.

Трактування копенгагенської інтерпретації говорить, що за будь-якого розкладу кіт живий і мертвий одночасно. Вибір розпаду ядра настає не тоді, коли ми розкриваємо ящик, а коли ядро потрапляє в детектор.

Це відбувається через те, що редукція хвильової функції системи «кіт-детектор-ядро» ніяк не взаємопов'язана з людиною, що спостерігає з боку. Вона безпосередньо пов'язана з детектором-спостерігачем атомного ядра.

Кіт Шредінгера простими словами

За законами квантової механіки, у разі, якщо над атомним ядром нічого очікувати відбуватися спостереження, воно може бути двоїстим: тобто, розпад або станеться, чи ні.

З цього випливає, що кіт, що знаходиться в ящику і являє собою ядро, одночасно може бути і живим, і мертвим.

Але в мить, коли спостерігач вирішить розкрити ящик, йому вдасться побачити лише один із 2-х можливих станів.

Але тепер постає закономірне питання: коли саме система припиняє своє існування у подвійному вигляді?

Завдяки цьому досвіду Шредінгер навів аргументи щодо того, що квантова механіка є неповною без певних правил, які пояснюють, у яких випадках настає колапс хвильової функції.

Враховуючи той факт, що кіт Шредінгера рано чи пізно має стати або живим, або мертвим, то це буде аналогічно і для атомного ядра: атомний розпад чи станеться, чи ні.

Суть досвіду людською мовою

Шредінгер на прикладі кота, хотів показати, що згідно з квантовою механікою, тварина буде одночасно, як живою, так і мертвою. Це, по суті, неможливо, з чого робиться висновок, що квантова механіка на сьогоднішній день має суттєві вади.

Відеоролик із «Теорії великого вибуху»

Персонаж серіалу Шелдон Купер намагався роз'яснити своїй недалекій подрузі суть експерименту Кіт Шредінгера. Для цього він використав приклад стосунків між чоловіком та жінкою.

Щоб дізнатися, які в них взаємини достатньо лише розкрити ящик. А доки він буде закритий, їхні стосунки можуть бути одночасно як позитивними, так і негативними.

Чи вижив кіт Шредінгера після досвіду?

Якщо хтось із наших читачів хвилюється за кота, то вам варто заспокоїтись. У ході досвіду жоден із не загинув, а сам Шредінгер назвав свій експеримент уявнимтобто таким, який проводиться виключно в розумі.

Сподіваємося, що ви зрозуміли, в чому полягає суть експерименту Кіт Шрьодінгера. Якщо у вас залишилися питання – можете задавати їх у коментарях. Ну і, звичайно, поділіться цією статтею у соціальних мережах.

Якщо вам подобаються – підписуйтесь на сайт IнтересніFakty.orgбудь-яким зручним способом. З нами завжди цікаво!

Сподобався піст? Натисніть будь-яку кнопку:

Напевно, ви не раз чули, що існує такий феномен, як «Кіт Шредінгера». Але якщо ви не фізик, то, швидше за все, лише віддалено уявляєте, що це за кіт і навіщо він потрібний.

« кіт Шредінгера- так називається знаменитий уявний експеримент знаменитого австрійського фізика-теоретика Ервіна Шредінгера, який також є лауреатом Нобелівської премії. За допомогою цього вигаданого досвіду вчений хотів показати неповноту квантової механіки під час переходу від субатомних систем до макроскопічних систем.

У цій статті дана спроба пояснити простими словами суть теорії Шредінгера про кота і квантову механіку, так щоб це було доступно людині, яка не має вищої технічної освіти. У статті також будуть представлені різні інтерпретації експерименту, зокрема з серіалу «Теорія великого вибуху».

Опис експерименту

Оригінальна стаття Ервіна Шредінгера побачила світ 1935 року. У ній експеримент був описаний з використанням або навіть уособлення:

Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Нехай який-небудь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною диявольською машиною (яка повинна бути незалежно від втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться крихітна кількість радіоактивної речовини, така невелика, що протягом години може розпастися тільки 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.

Іншими словами:

Є ящик та кіт. У ящику є механізм, що містить радіоактивне атомне ядро та ємність з отруйним газом. Параметри експерименту підібрано так, що ймовірність розпаду ядра за 1 годину становить 50%. Якщо ядро розпадається, відкривається ємність із газом і кіт гине. Якщо розпаду ядра не відбувається - кіт залишається живий-здоровий.
Закриваємо кота в ящик, чекаємо годину і запитуємо: чи живий кіт чи мертвий?
Квантова ж механіка говорить нам, що атомне ядро (а отже і кіт) знаходиться у всіх можливих станах одночасно (див. квантова суперпозиція). Перш ніж ми відкрили ящик, система «кіт-ядро» знаходиться в стані «ядро розпалося, кіт мертвий» з ймовірністю 50% і в стані «ядро не розпалося, кіт живий» з ймовірністю 50%. Виходить, що кіт, що сидить у ящику, і живий, і мертвий одночасно.
Відповідно до сучасної копенгагенської інтерпретації, кіт-таки живий/мертвий без будь-яких проміжних станів. А вибір стану розпаду ядра відбувається над момент відкриття ящика, а ще коли ядро потрапляє у детектор. Тому що редукція хвильової функції системи "кіт-детектор-ядро" не пов'язана з людиною-спостерігачем ящика, а пов'язана з детектором-спостерігачем ядра.

Пояснення простими словами

Згідно квантової механіки, якщо над ядром атома не проводиться спостереження, то його стан описується змішанням двох станів - ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику і втілює ядро атома, 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".

Суть людською мовою: Експеримент Шредінгера показав, що, з погляду квантової механіки, кіт одночасно і живий, і мертвий, чого не може бути. Отже, квантова механіка має суттєві вади.

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, проміжного між життям і смертю), це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або нерозпалим (Вікіпедія).

Відео з «Теорії великого вибуху»

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.

Нижче наведено відеофрагмент цього діалогу «Теорії великого вибуху» між Шелдоном та Пенією.

Чи залишився кіт живим у результаті експерименту?

Для тих, хто неуважно читав статтю, але все одно переживає за кота — добрі новини: не переживайте, за нашими даними, внаслідок уявного експерименту божевільного австрійського фізика

ЖОДНИЙ КІТ не постраждав

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.

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.