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 дано спробу пояснити простими словамисуть теорії Шредінгера про кота та 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 подібних 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 станаходночасно (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 та смертю), то 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
"Кіт Шредінгера" - так називається цікавий розумовий експеримент, поставлений, як ви вже напевно здогадалися, Шредінгера, а точніше, Нобелівським лауреатомз фізики, австрійським вченим Ервіном Рудольфом Йозефом Олександром Шредінгер. ядро розпадеться за 1 годину, становить 50%.Якщо ядро розпадається, воно приводить механізм у дію - відкривається ємність з 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 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 ящик, йому з стовідсотковою впевненістюдоведеться нарізати ковбаски чи 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 іншої цікавій задачіз таємничого та 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 розповідьпро те, як офісні меблі, залишившись без спостерігача, рухаються кабінетом, ніби використовуючи вільний часдля 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 смертьабо радісне повідомлення 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.
Кіт Шредінгера - найзагадковіший з усіх котиків, котів, кішок, котейок, яких так обожнює людство. Вірусні відео «з котиками» розлітаються Всесвітнім павутинням з мільйонами щоденних переглядів, а зображення милих кошенят на рекламних білбордах здатні змусити нас купити будь-який товар. На терені популяризації науки теж є свої вусаті-смугасті герої. Точніше, один – кіт Шредінгера. Напевно, ви про нього чули, навіть якщо не займаєтеся питаннями квантової механіки. То чому майже сотню років знаменитий кіт не дає спокою фізикам та лірикам, а також стає одним із найцікавіших об'єктів сучасної масової культури?
Кіт Шредінгера як метафора
Як це парадоксально не звучить, але австрійський фізик-теоретик та володар Нобелівської премії Ервін Шредінгер є «батьком» найтаємничішого кота, а не господарем. Адже кіт Шредінгера- це уявний експеримент, теоретичний парадокс і справді приголомшлива метафора для опису квантової суперпозиції.
А чи був котик?
Питання «Чи був у Шредінгера кіт?» досі залишається відкритим. Хоча, якщо вірити низці джерел, в одному з ранніх видань PhysicsTodayє фотографія вченого із його домашнім котом Мільтоном. З іншого боку, в оригінальному текстістатті 1935, де Ервін Шредінгер описав свій гіпотетичний експеримент, і зовсім значиться не кіт, а кішка (die Katze). Чому головним персонажем своєї концепції фізик вибрав саме представника котячих? Як же кішка перетворилася на кота? Цим питанням, схоже, судилося залишитись риторичними.
Кіт Шредінгера мертвий з ймовірністю 50%
Designua/shutterstock.comОднак якщо джерелом натхнення для дослідника таки послужив його особистий вихованець, то, мабуть, приводом для цього стала розбита котом ваза або зіпсовані шпалери. Тому що головне, що кіт Шредінгера робить в ході експерименту, так це знаходиться замкненим у сталевому ящику і ... вмирає. Щоправда, з ймовірністю 50%. А точніше, крім бідної тварини всередину боксу вміщено спеціальний механізм, що містить радіоактивне ядро та ємність з отруйним газом. Якщо ядро розпадається, то механізм спрацьовує і від випущеного газу кіт гине. Якщо не спрацьовує – живе. Але впізнати його долю може лише спостерігач, який відкрив ящик. До того часу кіт одночасно живий і мертвий.
Без кота квантова механіка не та
Вся ця парадоксальна, на перший погляд, ситуація наочно ілюструє одне з положень квантової механіки. Згідно з ним, атомне ядро знаходиться одночасно у всіх можливих станах: розпаду і не розпаду. Якщо над атомом немає спостереження, його стан описується змішанням цих двох характеристик. Тому кіт, читай – ядро атома, і живий, і мертвий. А це просто неможливо. Значить, квантової механіки немає деяких правил, визначальних умови, у яких доля кота однозначно ясна.
Кіт Шредінгра: різновиди
Не дивно, що сенс того, що відбувається з міфічним котом у сталевій коробці, має кілька інтерпретацій.
- копенгагенський різновид
Є копенгагенська інтерпретація квантової механіки, авторами якої є Нільс Бор та Вернер Гейзенберг. Згідно з нею, кіт залишається і в тому, і в іншому стані незалежно від спостерігача. Адже вирішальний момент відбувається не тоді, коли відкривається скринька, а коли спрацьовує механізм. Тобто умовно тварина вже давно загинула від газу, а скринька все ще замкнена. Іншими словами, у копенгагенській інтерпретації немає жодного «мертвого-живого» стану, тому що воно визначається детектором, що реагує на розпад ядра.
- різновид Еверетта
Існує також багатосвітове тлумачення, чи інтерпретація Еверетта. Вона трактує досвід із котом Шредінгера як два окремо існуючих світу, Розщеплення на які відбувається в той момент, коли відкривається скринька. В одному всесвіті кіт живий-здоровий, в іншій він не пережив експеримент.
- «Квантове самогубство»
Так чи інакше по черзі бідного кота Шредінгера «перемучало» чимало вчених-фізиків. Одні, наприклад, пропонували розглядати ситуацію з котом з погляду самої тварини - адже він краще за всіх фізиків світу знає, мертвий він чи живий. Справді, не посперечаєшся. Цей підхід отримав назву «квантового самогубства» і гіпотетично дозволяє перевірити, яка із зазначених інтерпретацій є вірною.
Кожен може вивести свій різновид
Якщо подивитися на сучасну фізичну науку, то можна з упевненістю сказати, що на сторінках досліджень багатостраждальний котик Шредінгера живіший за всіх живих. Періодично вчені пропонують свої рішення цього відомого парадоксу, а також розвивають концепцію в рамках цікавих розробок.
- "друга коробка"
Наприклад, минулого року дослідники з Єльського університету «дали» коту Шредінгера другу коробку для його смертельних хованок. За підсумками цього підходу вчені спробували змоделювати систему, необхідну роботи квантового комп'ютера. Адже, як відомо, одна з головних складнощів у створенні цього виду машини полягає у необхідності коригувати помилки. І, як виявилося, залучення котиків Шредінгера – перспективний спосіб управління надмірною квантовою інформацією.
- «мікрокішка»
А буквально кілька тижнів тому міжнародній команді вчених, очолюваній російськими фахівцями в галузі квантової оптики, вдалося «розвести» мікроскопічних кіт-шредінгерів для того, щоб просунутися в пошуках кордону між квантовим і класичним світами. Так кіт Шредінгера допомагає фізикам розвивати квантові технології комунікації та криптографії.
Кіт Шредінгера – зірка поп-культури
Africa Studio / shutterstock.com
Якщо зі своєї злощасної коробки кіт ніяк не може втекти, вибратися за межі наукових концепцій і сторінок досліджень йому вдалося. Та ще й як!
Персонаж загадкового кота з нелегкою долею із завидною постійністю з'являється у творах масової культури. Так, кіт Шредінгера фігурує в книгах Террі Пратчетта, Фредріка Пола, Дугласа Адамса та інших всесвітньо відомих письменників. Звичайно ж, не обійшлося без згадки кота у популярних телепроектах, таких як «Теорія великого вибуху» та «Доктор Хто». Не кажучи про те, що образ кота Шредінгера постійно зустрічається у відеоіграх та текстах пісень. А інтернет-портал ThinkGeek вже заробив цілий стан на продажі футболок, де на одній стороні вміщено напис: «Кіт Шредінгера живий», а на іншій – «Кіт Шредінгера мертвий».
У котів виходить краще
Погодьтеся, можна спостерігати дивовижну річ: найвідоміший науковий кіт - це лише візуалізована модель для перевірки гіпотези. Проте участь у ній хвостатого улюбленця надало експерименту значної частини поетичності та шарму. А може, просто справа в тому, що котики все роблять краще? Цілком можливо.
І пам'ятайте: в результаті експерименту Шредінгера жоден котик не постраждав.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
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 вчений отримав у 1933 році. Нобелівську преміюпо фізиці.
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:
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 законамина 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 говорив, що є багато різних способівпридумати той прилад, який умертвляє чи 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
Loading...