Mulți oameni au auzit această expresie, dar poate că nu toată lumea înțelege măcar sensul ei simplificat. Să încercăm să ne dăm seama fără teorii și formule complicate.
„Pisica lui Schrödinger” este numele celebrului experiment gânditor al celebrului fizician fizician teoretic austriac Erwin Schrödinger, care este și câștigător al Premiului Nobel. Cu această experiență fictivă, omul de știință a dorit să arate incompletitudinea mecanicii cuantice în trecerea de la sisteme subatomice la sisteme macroscopice.
Articolul original al lui Erwin Schrödinger a fost publicat în 1935. Iată un citat:
De asemenea, puteți construi cazuri în care burlescul este suficient. Lăsați o pisică să fie blocată într-o cameră de oțel împreună cu următoarea mașină diabolică (care ar trebui să fie independentă de intervenția pisicii): în interiorul contorului Geiger există o cantitate minusculă de substanță radioactivă, atât de mică încât doar un atom poate să se descompună într-o oră, dar cu aceeași probabilitatea poate să nu se dezintegreze; dacă se întâmplă acest lucru, tubul de citire este descărcat și releul este declanșat, eliberând ciocanul, care rupe conul cu acid hidrocianic.
Dacă lăsați întregul sistem în sine timp de o oră, atunci putem spune că pisica va fi în viață după acest timp, atâta timp cât nu se produce descompunerea atomului. Chiar prima decădere a unui atom ar fi otrăvit pisica. Funcția psi a sistemului în ansamblu va exprima acest lucru prin amestecarea sau împletirea unei pisici vii și a unei pisici moarte (scuze pentru expresie) în părți egale. Tipic în astfel de cazuri este faptul că incertitudinea, limitată inițial la lumea atomică, este transformată în incertitudine macroscopică, care poate fi eliminată prin observare directă. Acest lucru ne împiedică să acceptăm în mod naiv „modelul de neclaritate” ca reflectând realitatea. În sine, aceasta nu înseamnă nimic neclar sau contradictoriu. Există o diferență între o fotografie încețoșată sau în afara focalizării și o fotografie cu nori sau ceață.
Cu alte cuvinte:
- Există o cutie și o pisică. Cutia conține un mecanism care conține un nucleu atomic radioactiv și un recipient cu un gaz otrăvitor. Parametrii experimentului au fost selectați astfel încât probabilitatea de descompunere nucleară în 1 oră să fie de 50%. Dacă nucleul se dezintegrează, un recipient cu gaz se deschide și pisica moare. Dacă nucleul nu se descompune, pisica rămâne în viață și bine.
- Închidem pisica într-o cutie, așteptăm o oră și ne întrebăm: pisica este vie sau moartă?
- Mecanica cuantică, așa cum s-a spus, ne spune că nucleul atomic (și, prin urmare, pisica) este în toate stările posibile simultan (vezi superpoziția cuantică). Înainte de a deschide cutia, sistemul „nucleu de pisică” este în starea „nucleul a decăzut, pisica este moartă” cu o probabilitate de 50%, iar în starea „nucleul nu a decăzut, pisica este vie” cu o probabilitate de 50%. Se dovedește că pisica care stă în cutie este în același timp vie și moartă în același timp.
- Conform interpretării moderne de la Copenhaga, pisica este vie / moartă, fără stări intermediare. Și alegerea stării de descompunere nucleară are loc nu în momentul deschiderii cutiei, ci și atunci când nucleul intră în detector. Deoarece reducerea funcției de undă a sistemului „pisică-detector-nucleu” nu este asociată cu observatorul uman al cutiei, ci este asociată cu detectorul-observatorul nucleului.
Video promotional:
Conform mecanicii cuantice, dacă nu se face nicio observație asupra nucleului unui atom, atunci starea lui este descrisă prin amestecarea a două stări - un nucleu dezintegrat și un nucleu nerezolvat, prin urmare, o pisică care stă într-o cutie și care personifică nucleul unui atom este atât vie cât și moartă în același timp. Dacă caseta este deschisă, atunci experimentatorul poate vedea o singură stare specifică - „nucleul a decăzut, pisica este moartă” sau „nucleul nu a decăzut, pisica este vie”.
Esența limbajului uman: experimentul lui Schrödinger a arătat că, din punct de vedere al mecanicii cuantice, o pisică este atât vie cât și moartă, ceea ce nu poate fi. Prin urmare, mecanica cuantică are defecte semnificative.
Întrebarea este: când sistarea nu mai există ca amestec de două state și alege una specifică? Scopul experimentului este de a arăta că mecanica cuantică este incompletă fără anumite reguli care indică în ce condiții are loc prăbușirea funcției de undă, iar pisica fie devine moartă, fie rămâne vie, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor. Întrucât este clar că pisica trebuie să fie neapărat vie sau moartă (nu există nicio stare intermediară între viață și moarte), atunci aceasta va fi aceeași pentru nucleul atomic. Trebuie să fie dezintegrat sau neintegrat (Wikipedia).
O altă interpretare cea mai recentă a experimentului gândit de Schrödinger este povestea lui Sheldon Cooper, eroul serialului Big Bang Theory, pe care l-a recitat pentru vecinul mai puțin educat de Penny. Esența poveștii lui Sheldon este că conceptul pisicii lui Schrödinger poate fi aplicat în relațiile dintre oameni. Pentru a înțelege ce se întâmplă între un bărbat și o femeie, ce fel de relație între ei: bine sau rău, trebuie doar să deschizi cutia. Înainte de asta, relațiile sunt atât bune, cât și rele.
Mai jos este un videoclip al acestui dialog al teoriei Big Bang dintre Sheldon și Singing.
Ilustrația lui Schrödinger este cel mai bun exemplu pentru a descrie principalul paradox al fizicii cuantice: în conformitate cu legile sale, particule precum electroni, fotoni și chiar atomi există în două stări în același timp („în viață” și „moartă”, dacă vă amintiți pisica îndelungată). Aceste stări se numesc superpoziții.
Fizicianul american Art Hobson de la Universitatea din Arkansas (Arkansas University) și-a oferit propria soluție pentru acest paradox.
„Măsurătorile fizicii cuantice se bazează pe funcționarea anumitor dispozitive macroscopice, cum ar fi contorul Geiger, care determină starea cuantică a sistemelor microscopice - atomi, fotoni și electroni. Teoria cuantică implică faptul că dacă conectați un sistem microscopic (particule) la un anumit dispozitiv macroscopic care distinge două stări diferite ale sistemului, atunci dispozitivul (contorul Geiger, de exemplu) va intra într-o stare de înțelegere cuantică și va fi, de asemenea, în două superpoziții simultan. Cu toate acestea, este imposibil de observat acest fenomen direct, ceea ce îl face inacceptabil , spune fizicianul.
Hobson spune că, în paradoxul lui Schrödinger, pisica joacă rolul unui instrument macroscopic, un contor Geiger conectat la un nucleu radioactiv, pentru a determina starea de descompunere sau „non-descompunerea” acelui nucleu. În acest caz, o pisică vie va fi un indicator al „non-descompunerii”, iar o pisică moartă este un indicator al degradării. Dar, conform teoriei cuantice, pisica, ca și nucleul, trebuie să se afle în două superpoziții ale vieții și ale morții.
În schimb, potrivit fizicianului, starea cuantică a pisicii trebuie să fie legată de starea atomului, ceea ce înseamnă că sunt în „conexiune non-locală” între ele. Adică, dacă starea unuia dintre obiectele încurcate se schimbă brusc în sens opus, atunci starea perechii sale se va schimba exact în același mod, indiferent cât de departe ar fi ele. În acest sens, Hobson se referă la confirmarea experimentală a acestei teorii cuantice.
„Cel mai interesant lucru din teoria înțelegerii cuantice este că schimbarea stării ambelor particule se produce instantaneu: niciun semnal luminos sau electromagnetic nu ar avea timp să transfere informații de la un sistem la altul. Astfel, putem spune că acesta este un singur obiect, împărțit în două părți prin spațiu, oricât de mare este distanța dintre ele”, explică Hobson.
Pisica lui Schrödinger nu mai este vie și moartă în același timp. El este mort dacă are loc decăderea, și în viață, dacă nu are loc niciodată decăderea.
Adăugăm că opțiunile similare pentru soluționarea acestui paradox au fost propuse de încă trei grupuri de oameni de știință în ultimii treizeci de ani, dar acestea nu au fost luate în serios și au rămas neobservate în largi cercuri științifice. Hobson observă că rezolvarea paradoxurilor mecanicii cuantice, chiar a celor teoretice, este absolut necesară pentru înțelegerea profundă a acesteia.
Puteți citi mai multe despre activitatea fizicianului în articolul său, care a fost publicat în revista Physical Review A.
Schrödinger.
Dar mai recent, TEORICA EXPLICĂ CUM GRAVITATEA Ucide CAT-ul SCHRODINGERULUI, dar acest lucru este deja mai dificil …
De regulă, fizicienii explică fenomenul conform căruia suprapoziția este posibilă în lumea particulelor, dar nu este posibilă cu pisicile sau alte macro-obiecte, interferențe din mediu. Când un obiect cuantic trece printr-un câmp sau interacționează cu particule aleatorii, își asumă imediat o singură stare - ca și cum ar fi fost măsurată. Așa se face că superpoziția este distrusă, așa cum au crezut oamenii de știință.
Dar chiar dacă într-un fel a devenit posibilă izolarea unui macro-obiect într-o stare de superpoziție de interacțiunile cu alte particule și câmpuri, atunci mai devreme sau mai târziu ar fi asumat încă o singură stare. Cel puțin acest lucru este valabil pentru procesele care au loc pe suprafața Pământului.
„Undeva în spațiul interstelar, poate o pisică ar avea șansa de a menține coerența cuantică, dar pe Pământ sau în apropierea oricărei planete, acest lucru este extrem de puțin probabil. Iar motivul pentru asta este gravitația”, explică autorul principal al noului studiu, Igor Pikovski, de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian.
Pikovsky și colegii săi de la Universitatea din Viena susțin că gravitația are un efect distructiv asupra superpozițiilor cuantice ale macroobiectelor și, prin urmare, nu observăm astfel de fenomene în macrocosmos. Conceptul de bază al noii ipoteze, apropo, este rezumat în lungmetrajul Interstellar.
Teoria generală a relativității a lui Einstein afirmă că un obiect extrem de masiv se va îndoi spațiu-timp lângă el. Având în vedere situația la un nivel mai mic, putem spune că pentru o moleculă plasată lângă suprafața Pământului, timpul va merge ceva mai lent decât pentru cel de pe orbita planetei noastre.
Datorită influenței gravitației asupra spațiului-timp, o moleculă care a ajuns sub această influență va experimenta o deviere în poziția sa. Iar aceasta, la rândul său, ar trebui să afecteze energia sa internă - vibrațiile particulelor dintr-o moleculă, care se schimbă în timp. Dacă o moleculă ar fi introdusă într-o stare a unei superpoziții cuantice a două locații, atunci relația dintre poziție și energia internă ar obliga în curând molecula să „aleagă” doar una dintre cele două poziții în spațiu.
„În majoritatea cazurilor, fenomenul de decidență este asociat cu influența externă, dar în acest caz, vibrația internă a particulelor interacționează cu mișcarea moleculei în sine”, explică Pikovsky.
Acest efect nu a fost încă observat, deoarece alte surse de decorare, cum ar fi câmpurile magnetice, radiațiile de căldură și vibrațiile, sunt de obicei mult mai puternice și provoacă distrugerea sistemelor cuantice cu mult înainte de gravitație. Experimentatorii încearcă însă să testeze ipoteza enunțată.
Markus Arndt, un fizician experimental la Universitatea din Viena, efectuează experimente pentru observarea suprapunerii cuantice în obiecte macroscopice. Acesta trimite molecule mici în interferometru, oferind efectiv particulei o „alegere” care cale să ia. Din punct de vedere al mecanicii clasice, o moleculă poate merge doar într-o singură direcție, dar o moleculă cuantică poate parcurge două căi simultan, amestecând în sine și creând un model ondulat caracteristic.
O configurație similară poate fi folosită și pentru a testa capacitatea gravitației de a distruge sistemele cuantice. Pentru a face acest lucru, va fi necesar să se compare interferometrele verticale și cele orizontale: în prima, superpoziția ar trebui să dispară curând din cauza dilatării timpului la diferite „înălțimi” ale căii, în timp ce în cea de-a doua, suprapoziția cuantică poate persista.
