Шредингер мысық парадоксы. Мағынасын түсіндіру. Шредингер мысығы - әйгілі парадоксикалық эксперимент Шредингердің ойлау эксперименті
Оны жоғалтпа.Жазылыңыз және электрондық поштаңыздағы мақалаға сілтеме алыңыз.
Сіз «Шредингер мысығы» сияқты құбылыс бар екенін бірнеше рет естігенсіз. Бірақ егер сіз физик болмасаңыз, онда сізде бұл мысықтың қандай екендігі және оның не үшін қажет екендігі туралы түсініксіз болуы мүмкін.
« Шредингердің мысығы«- бұл әйгілі австриялық физик-теоретик Эрвин Шредингердің әйгілі ойлау экспериментінің аты, ол да Нобель сыйлығының лауреаты. Ғалым осы ойдан шығарылған эксперименттің көмегімен субатомдық жүйеден макроскопиялық жүйеге өтудегі кванттық механиканың толық еместігін көрсеткісі келді.
Бұл мақала Шредингердің мысық және кванттық механика туралы теориясының мәнін қарапайым сөзбен түсіндіру әрекеті болып табылады, сондықтан ол жоғары техникалық білімі жоқ адамға қолжетімді болады. Мақалада эксперименттің әртүрлі интерпретациялары, соның ішінде «Үлкен жарылыс теориясы» телехикаясындағылар да ұсынылады.
Эксперименттің сипаттамасы
Эрвин Шредингердің түпнұсқа мақаласы 1935 жылы жарияланған. Онда эксперимент қолдану немесе тіпті тұлғалау арқылы сипатталды:
Сіз сондай-ақ өте бұралқы болатын жағдайларды құра аласыз. Кейбір мысықтарды болат камераға келесі диаболикалық машинамен (бұл мысықтың араласуына қарамастан) құлыптауға рұқсат етіңіз: Гейгер есептегішінің ішінде радиоактивті заттың шамалы мөлшері бар, соншалықты кішкентай, бір сағатта бір атом ғана ыдырай алады, бірақ бірдей ықтималдықпен ыдырамауы мүмкін; егер бұл орын алса, оқу түтігі разрядталады және реле іске қосылады, балғаны босатады, ол колбаны циан қышқылымен сындырады.
Егер біз осы бүкіл жүйені бір сағатқа қалдырсақ, онда атом ыдырап кетпесе, бұл уақыттан кейін мысық тірі болады деп айта аламыз. Атомның алғашқы ыдырауы мысықты улайды. Жалпы жүйенің psi-функциясы оны тірі және өлі мысықты (өрнекті кешіріңіз) тең бөліктерге араластыру немесе жағу арқылы көрсетеді. Мұндай жағдайларда тән нәрсе, бастапқыда атом әлемімен шектелген белгісіздік макроскопиялық белгісіздікке айналады, оны тікелей бақылау арқылы жоюға болады. Бұл шындықты көрсететін «бұлыңғыр модельді» аңғалдықпен қабылдауға кедергі келтіреді. Мұның өзі түсініксіз немесе қарама-қайшы нәрсені білдірмейді. Бұлыңғыр немесе фокусталмаған фотосурет пен бұлт немесе тұман фотосуретінің арасында айырмашылық бар.
Басқа сөзбен:
- Қорап пен мысық бар. Қорапта радиоактивті атом ядросы және улы газы бар ыдысы бар механизм бар. Эксперименттік параметрлер 1 сағатта ядролық ыдырау ықтималдығы 50% болатындай етіп таңдалды. Егер ядро ыдырайтын болса, газ ыдысы ашылып, мысық өледі. Егер ядро ыдырамаса, мысық тірі және жақсы болып қалады.
- Біз мысықты қорапқа жабамыз, бір сағат күтіп, сұрақ қоямыз: мысық тірі ме, әлде өлі ме?
- Кванттық механика бізге атом ядросының (демек, мысықтың) барлық мүмкін күйде бір уақытта болатынын айтқан сияқты (кванттық суперпозицияны қараңыз). Біз қорапты ашпас бұрын, мысық-ядро жүйесі 50% ықтималдықпен «ядро ыдырап, мысық өлді» күйінде және «ядро ыдыраған жоқ, мысық тірі» күйінде. ықтималдығы 50%. Қорапта отырған мысық бір уақытта тірі де, өлі де болып шығады.
- Қазіргі Копенгаген түсіндірмесіне сәйкес, мысық ешқандай аралық күйлерсіз тірі/өлі. Ал ядроның ыдырау күйін таңдау қорапты ашу сәтінде емес, тіпті ядро детекторға түскен кезде де болады. Өйткені «мысық-детектор-ядро» жүйесінің толқындық функциясының төмендеуі қораптың адам бақылаушысымен байланысты емес, ядроның детектор-бақылаушысымен байланысты.
Қарапайым сөзбен түсіндіру
Кванттық механика бойынша, егер атомның ядросы байқалмаса, онда оның күйі екі күйдің қоспасымен сипатталады - ыдыраған ядро және ыдырамаған ядро, демек, қорапта отырған және атомның ядросын бейнелейтін мысық. бір уақытта тірі де, өлі де. Егер қорап ашылса, экспериментатор бір ғана нақты күйді көре алады - «ядро ыдыраған, мысық өлген» немесе «ядро ыдыраған жоқ, мысық тірі».
Адам тіліндегі мәні: Шредингер тәжірибесі көрсеткендей, кванттық механика тұрғысынан мысық тірі де, өлі де болуы мүмкін емес. Сондықтан кванттық механиканың елеулі кемшіліктері бар.
Мәселе мынада: жүйе қашан екі күйдің қоспасы ретінде өмір сүруін тоқтатады және бір нақтысын таңдайды? Тәжірибенің мақсаты – толқындық функцияның қандай жағдайда күйрейтінін көрсететін кейбір ережелерсіз кванттық механиканың толық емес екендігін көрсету, ал мысық не өледі, не тірі қалады, бірақ екеуінің қоспасы болудан қалады. Мысықтың тірі немесе өлі болуы керек екені анық болғандықтан (өмір мен өлім арасында аралық күй жоқ), бұл атом ядросы үшін де ұқсас болады. Ол шіріген немесе шірімеген болуы керек (Уикипедия).
Үлкен жарылыс теориясынан бейне
Шредингердің ойлау тәжірибесінің тағы бір соңғы интерпретациясы - Үлкен жарылыс теориясының кейіпкері Шелдон Купер өзінің білімі аз көршісі Пенниге айтқан оқиға. Шелдонның әңгімесінің мәні мынада: Шредингердің мысығы концепциясын адамдар арасындағы қарым-қатынасқа қолдануға болады. Еркек пен әйелдің арасында не болып жатқанын, олардың арасындағы қарым-қатынастың қандай екенін түсіну үшін: жақсы немесе жаман, тек қорапты ашу керек. Оған дейін қарым-қатынас жақсы да, жаман да болады.
Төменде Шелдон мен Пения арасындағы Үлкен жарылыс теориясының алмасуының бейнеклипі берілген.
Эксперимент нәтижесінде мысық тірі қалды ма?
Мақаланы мұқият оқымаған, бірақ әлі де мысық туралы алаңдайтындар үшін жақсы жаңалық: біздің деректеріміз бойынша, ессіз австриялық физиктің ойлау тәжірибесінің нәтижесінде алаңдамаңыз.
ЕШҚАНДАЙ МЫСЫҚ ЖАРАНАДЫ
Энциклопедиялық YouTube
1 / 5
✪ 🔶 Шредингердің мысығы
✪ Физика – кванттық теория. Шредингер мысығы және қос саңылау.
✪ Шредингердің мысығы
✪ Шредингердің мысығы
✪ Шредингердің мысығы кванттық механикадағы ойлау тәжірибесі
Субтитрлер
[музыка] Австриялық физик Эрвин Шредингер кванттық механиканың негізін салушылардың бірі. Дегенмен, ол ешқашан жасамаған нәрсемен танымал - мысықтың қатысуымен жасалған ойлау эксперименті. Ол мысықты бір сағат ішінде өлтіру ықтималдығы 50% болатын құрылғысы бар жабық контейнерге салуды ұсынды. Бір сағаттан кейін ғалым мысықтың қандай күйде болғанына қызығушылық танытты? Парасат оның не тірі, не өлі екенін айтады. Бірақ Шредингер кванттық физика бойынша, контейнерді ашқанға дейінгі уақытта мысықтың бірдей тірі және өлі екенін байқады. Ал ыдысты ашқаннан кейін ғана біз жануардың жалғыз нақты күйін көре аламыз. Бұған дейін ол белгісіздік жағдайында қалады - жартысы бір күйде, жартысы басқа күйде. Бұл абсурд болып көрінеді, бұл Шредингер атап өткен. Ол кванттық физиканы философиялық тұрғыдан қарама-қайшы деп тапқаны сонша, ол құруға көмектескен теориядан бас тартып, биологиямен жұмыс істеуге бет бұрды. Көрінетін абсурдтығына қарамастан, Шредингер тәжірибесі өте шынайы. Оның үстіне оның маңыздылығы даусыз. бір уақытта екі күйде болу.Егер кванттық объектілерде қабілет болмаса, онда бұл бейнені көріп отырған компьютер де болмас еді. Суперпозицияның кванттық құбылысы болмыстың қос, материалдық-толқындық бастауының салдары болып табылады. Кез келген нысан толқындық қасиеттерге ие болуы үшін ол белгілі бір арақашықтыққа таралуы керек. Осылайша, ол бір уақытта көптеген лауазымдарға ие болады. Дегенмен, кеңістіктің шағын ауданымен шектелген кез келген нысанның толқын ұзындығын бірегей түрде анықтау мүмкін емес және объект бір уақытта сонша толқын болады. Күнделікті заттардың толқындарының қасиеттері бізге қол жетімді емес, өйткені толқын ұзындығы импульстің өсуімен ғана азаяды. Ал мысық салыстырмалы түрде үлкен және ауыр болып көрінеді. Егер біз бір атомды алып, оны Күн жүйесінің өлшеміне дейін ұлғайтқан болсақ, онда физиктен қашып бара жатқан мысықтың толқын ұзындығы осындай күн жүйесінің ішіндегі атом сияқты кішкентай болар еді. Оны анықтау үшін тым кішкентай, сондықтан біз мысықтың толқын сияқты әрекет ететінін ешқашан көрмейміз. Сонымен қатар, электрон сияқты микробөлшек оның қосарлы шығу тегінің әсерлі дәлелдерін көрсете алады. Егер электрондар бөгеттегі екі тар саңылау арқылы бірінен соң бірі жіберілсе, әрбір электрон бөлшек сияқты әрекет етеді және кез келген сәтте белгілі бір жерде аяқталады. Бірақ егер сіз барлық жеке нәтижелерді қадағалай отырып, бұл тәжірибені бірнеше рет қайталасаңыз, электрондар толқынның мінез-құлқына тән үлгіні құрайтынын байқайсыз. Жолақтардың комбинациясы – мүлдем жоқ аймақтармен бөлінген көп электрондары бар аймақтар. Егер ұялардың бірін блоктасаңыз, жолақтар жоғалады. Бұл үлгі екі саңылаудан бір уақытта өтетін әрбір электронның салдары екенін дәлелдейді. Жеке электрон солға немесе оңға жүруді анықтамайды; ол бір уақытта солға және оңға жүреді. Мемлекеттердің бұл суперпозициясы да бізді заманауи технологияға жетелейді. Кез келген атомда ядроға жақын орналасқан кез келген электрон бөлінген, толқын тәрізді орбита түрінде болады. Екі атом бір-біріне жақындаған кезде электрондар тек бір атомды таңдауы қажет емес, олар олардың арасында бөлінеді. Химиялық байланыстар осылай түзіледі. Кез келген молекуладағы кез келген электрон тек А немесе В атомымен ғана емес, сонымен қатар А және В-мен бір мезгілде байланысады. Атомдар саны артқан сайын электрондар бір уақытта көбірек атомдар арасында таралып, одан әрі таралады. Қатты денеде электрондар белгілі бір атоммен байланыспайды, олар барлығына таралып, кеңістіктің үлкен көлеміне таралады. Күйлердің бұл үлкен суперпозициясы электрондардың өткізгіш, диэлектрик немесе жартылай өткізгіш болсын, зат арқылы қозғалу жолдарын анықтайды. Электрондардың атом арасында қалай бөлінетінін түсіну кремний сияқты жартылай өткізгіш материалдардың қасиеттерін ең дәл бақылауға мүмкіндік береді. Әртүрлі жартылай өткізгіштерді дұрыс біріктіру арқылы біз миниатюралық деңгейде транзисторларды жасай аламыз - олардың миллиондағанын бір компьютерлік чипте. Мұндай чиптер және олардың таратылған электрондары осы бейнені көру үшін пайдаланып жатқан компьютерді іске қосуға көмектеседі. Ескі әзілге сәйкес, Интернет мысықтар туралы бейнелерді тарату үшін бар. Шындығында, қарапайым деңгейде Интернет австриялық физик пен оның қиялындағы мысыққа қарыздар.
Эксперименттің мәні
Шын мәнінде, Хокинг және басқа да көптеген физиктер Копенгаген мектебінің кванттық механика түсіндірмесі бақылаушының рөлін атап өтуде негізсіз деп санайды. Бұл мәселе бойынша физиктер арасында түпкілікті бірлікке әлі қол жеткізілген жоқ.
Уақыттың әр сәтінде әлемдердің параллельділігі шынайы детерминирленген емес автоматқа сәйкес келеді, бұл ықтималдылықтан айырмашылығы, әрбір қадамда олардың ықтималдығына байланысты мүмкін жолдардың бірі таңдалады.
Вигнер парадоксы
Бұл Шредингер тәжірибесінің күрделі нұсқасы. Евгений Вигнер «достар» категориясын енгізді. Тәжірибені аяқтағаннан кейін экспериментатор қорапты ашып, тірі мысықты көреді. Қорапты ашқан кезде мысықтың күй векторы «ядро ыдыраған жоқ, мысық тірі» күйіне өтеді. Осылайша, зертханада мысық тірі деп танылды. Зертхананың сыртында дос. досмысықтың тірі немесе өлі екенін әлі білмейді. досэкспериментатор эксперименттің нәтижесін айтқан кезде ғана мысықты тірі деп таниды. Бірақ басқалардың бәрі Достармысық әлі тірі деп танылған жоқ және олар эксперимент нәтижесі туралы хабардар болған кезде ғана танылады. Осылайша, мысықты ғаламдағы барлық адамдар эксперименттің нәтижесін білгенде ғана толық тірі (немесе толығымен өлі) деп тануға болады. Осы уақытқа дейін, Үлкен Әлемнің масштабында, Вигнердің айтуынша, мысық бір уақытта тірі және өлі болып қалады.
(Копенгагендік интерпретация тұрғысынан, бақылау жасалады) және жарық күйлердің біріне түседі. Кабельдің қабылдау ұшындағы жарықтың статистикалық сынақтарын жүргізу арқылы жарықтың күйлердің суперпозициясында екенін немесе әлдеқашан байқалып, басқа нүктеге жіберілгенін анықтауға болады. Бұл анықталмайтын сигналды ұстап алуды және тыңдауды болдырмайтын байланыс құралдарын жасауға мүмкіндік береді.
Эксперимент (негізінде үлкен көлемдегі ақпаратты беруге қабілетті жұмыс істейтін кванттық криптографиялық жүйелер әлі жасалмағанымен жүзеге асырылуы мүмкін) сонымен қатар Копенгагендік интерпретациядағы «бақылаудың» бақылаушының санасына ешқандай қатысы жоқ екенін көрсетеді, өйткені бұл жағдайда кабельдің соңына қарай статистиканың өзгеруі сымның мүлдем жансыз тармағына әкеледі.
Гейзенберг бізге түсіндіргендей, белгісіздік принципіне байланысты кванттық микроәлемдегі объектілерді сипаттау Ньютондық макроәлемдегі объектілерді әдеттегі сипаттаудан басқа сипатта болады. Біз механикалық қозғалысты сипаттауға дағдыланған кеңістіктік координаталар мен жылдамдықтың орнына, мысалы, бильярд үстеліндегі доп, кванттық механикада объектілер толқындық функция деп аталатын функциямен сипатталады. «Толқынның» шыңы өлшеу сәтінде кеңістікте бөлшекті табудың максималды ықтималдығына сәйкес келеді. Мұндай толқынның қозғалысы уақыт өте келе кванттық жүйе күйінің қалай өзгеретінін көрсететін Шредингер теңдеуі арқылы сипатталады.
Енді мысық туралы. Барлығы мысықтардың қораптарға тығылуды ұнататынын біледі (). Эрвин Шредингер де белгілі болды. Оның үстіне, таза скандинавиялық фанатизммен ол бұл мүмкіндікті әйгілі ойлау экспериментінде қолданды. Оның мәні мынада: мысық тозақтық машинасы бар қорапқа қамалды. Машина реле арқылы кванттық жүйеге, мысалы, радиоактивті ыдырайтын затқа қосылады. Ыдырау ықтималдығы белгілі және 50% құрайды. Тозақ машинасы жүйенің кванттық күйі өзгергенде (ыдырау пайда болады) және мысық толығымен өлгенде іске қосылады. Егер сіз «Мысық-қорап-тозақ машина-кванттар» жүйесін бір сағатқа қалдырсаңыз және кванттық жүйенің күйі ықтималдықпен сипатталатынын есте сақтасаңыз, онда оны анықтау мүмкін болмайтыны белгілі болады. Белгілі бір уақытта мысық тірі ме, жоқ па, сол сияқты монеталардың бастарға немесе құйрықтарға құлауын алдын ала болжау мүмкін емес. Парадокс өте қарапайым: кванттық жүйені сипаттайтын толқындық функция мысықтың екі күйін араластырады - ол бір уақытта тірі және өлі, байланысқан электронның кеңістіктегі кез келген жерде бірдей ықтималдықпен орналасуы сияқты. атом ядросы. Қорапты ашпасақ, мысықтың қалай жүргенін нақты білмейміз. Атом ядросына бақылаулар (өлшеулерді оқу) жасамай, оның күйін тек екі күйдің суперпозициясы (араласуы) арқылы сипаттай аламыз: ыдыраған және ыдырамаған ядро. Ядролық тәуелділіктегі мысық бір уақытта тірі де, өлі де болады. Мәселе мынада: жүйе қашан екі күйдің қоспасы ретінде өмір сүруін тоқтатады және бір нақтысын таңдайды?
Эксперименттің Копенгагендік түсіндірмесі бізге жүйенің күйлер қоспасы болуды тоқтататынын және бақылау орын алған сәтте олардың біреуін таңдайтынын айтады, бұл да өлшеу (қорап ашылады). Яғни, өлшеу фактісінің өзі физикалық шындықты өзгертіп, толқындық функцияның құлдырауына әкеледі (мысық не өледі, не тірі қалады, бірақ екеуінің қоспасы болуды тоқтатады)! Бұл туралы ойланыңыз, эксперимент және оны сүйемелдейтін өлшемдер бізді қоршаған шындықты өзгертеді. Жеке алғанда, бұл факт менің миымды алкогольге қарағанда көбірек алаңдатады. Әйгілі Стив Хокинг те Шредингердің мысығы туралы естігенде оның қолы Браунингке созылатынын қайталай отырып, бұл парадоксты бастан кешіру қиынға соғады. Көрнекті физик-теоретик реакциясының ауырлығы оның пікірінше, толқындық функцияның күйреуіндегі (оны екі ықтималдықтың біріне ыдырату) бақылаушының рөлін шектен тыс асыра көрсетумен байланысты.
Әрине, 1935 жылы профессор Эрвин өзінің мысықты азаптауын ойлаған кезде, бұл кванттық механиканың жетілмегендігін көрсетудің тамаша тәсілі болды. Шын мәнінде, мысық бір уақытта тірі және өлі бола алмайды. Эксперименттің бір интерпретациясының нәтижесінде макроәлем заңдары (мысалы, термодинамиканың екінші заңы – мысық не тірі, не өлі) мен микро- дүние (мысық бір мезгілде тірі және өлі).
Жоғарыда айтылғандар тәжірибеде қолданылады: кванттық есептеулерде және кванттық криптографияда. Екі күйдің суперпозициясындағы жарық сигналы талшықты-оптикалық кабель арқылы жіберіледі. Егер шабуылдаушылар кабельге ортадағы бір жерге қосылса және жіберілген ақпаратты тыңдау үшін сигналды түртсе, онда бұл толқындық функцияны бұзады (Копенгаген түсіндірмесі тұрғысынан бақылау жасалады) және жарық штаттардың біріне түседі. Кабельдің қабылдау ұшындағы жарықтың статистикалық сынақтарын жүргізу арқылы жарықтың күйлердің суперпозициясында екенін немесе әлдеқашан байқалып, басқа нүктеге жіберілгенін анықтауға болады. Бұл анықталмайтын сигналды ұстап алуды және тыңдауды болдырмайтын байланыс құралдарын жасауға мүмкіндік береді.
Шредингердің ойлау тәжірибесінің тағы бір соңғы интерпретациясы - Үлкен жарылыс теориясының кейіпкері Шелдон Купер өзінің білімі аз көршісі Пенниге айтқан оқиға. Шелдонның әңгімесінің мәні мынада: Шредингердің мысығы концепциясын адамдар арасындағы қарым-қатынасқа қолдануға болады. Еркек пен әйелдің арасында не болып жатқанын, олардың арасындағы қарым-қатынастың қандай екенін түсіну үшін: жақсы немесе жаман, тек қорапты ашу керек. Оған дейін қарым-қатынас жақсы да, жаман да болады.
Көптеген адамдар бұл жұмбақ тұжырымға тап болғаны сөзсіз. Ал көпшілік істің мәні неде екенін толық түсіне алмады. Шредингер мысығы – эксперимент, оның авторы, австриялық физик және кванттық механиканың негізін салушылардың бірі. Біздің материалда біз эксперименттің мағынасы туралы қарапайым және қысқаша айтамыз. Ол не үшін болды?
Эрвин Шредингер – әйгілі физик-теоретик. 1935 жылы ол мысықпен виртуалды эксперимент жүргізуді ұйғарды. Мұның бәрі суперпозицияның (екі күйдің араласуы) копенгагендік интерпретациясының кванттық теорияға қатысты мүлдем дұрыс емес екенін дәлелдеу үшін.
Эксперименттің мәні неде?
Шредингер тірі мысықты балғамен, циан қышқылының құтысымен және өте аз мөлшердегі радиоактивті материалмен бірге болат камераға ойша орналастырады. Сынақ кезеңінде радиоактивті материалдың бір атомы да ыдырайтын болса, релелік механизм балғаны босатады. Бірақ ол қазірдің өзінде улы газ бөтелкесін аударып, мысықты өлтіреді.
Неліктен Шредингер мұны ойлап тапты?
Кванттық механикада ядроны ешкім де, ештеңе де бақыламаса, онда ол аралас, анықталмаған күйде болады деп есептейді. Екеуі де ыдырап, бірден ыдыраған жоқ. Бірақ бақылаушы пайда болғанда, ядро күйлердің бірінде болады. Айтпақшы, Шредингер тәжірибесінің мақсаты «мысықтың өлі және тірі екенін» дәл қай сәтте анықтау болды. Сондай-ақ белгілі бір жағдай анықталған кезде. Ғалым кванттық механиканың ұсақ бөлшектерсіз мүмкін емес екенін дәлелдегісі келеді. Және олар толқындық функцияның құлдырауы (күйдің өзгеруі) қандай жағдайда болатынын анықтайды. Сондай-ақ олар нысанның мүмкін болатын күйлердің бірінде (бірден бірнеше күйде емес) қашан қалатынын анықтайды.
Эрвин Шредингер кванттық теоретиктердің біртүрлі тұжырымын атап өткісі келді. Олар қарапайым адам заттың шынайы күйін көмексіз көре алады деп сенді. Ол кезде кванттық физиканың Копенгагендік түсіндірмесі басым болды. Ол атомдар немесе фотондар бір сәтте бірнеше күйде болады (суперпозицияда) және олар байқалмайынша белгілі бір күйге кірмейді деп сенді.
Шредингер тәжірибесінде бақылаушы зат атомының ыдыраған-ыдырамағанын біле алмайды. Сонымен қатар, бақылаушы бөтелкенің сынғанын және мысықтың өлгенін білмейді. Копенгагендік интерпретация бойынша, біреу қорапқа қарағанша мысық тірі және өлі болады. Кванттық механикада ол байқалғанға дейін тірі және өлі болу мүмкіндігі кванттық белгісіздік немесе бақылаушының парадоксы деп аталады. Бақылаушы парадоксының астарындағы логика мынада: бақылаулар нәтижелерді анықтай алады.
Шредингер суперпозицияның бар екендігімен келісті. Айтпақшы, оның көзі тірісінде ғалымдар жарық толқындарындағы интерференцияны зерттеу арқылы мұны дәлелдей алды. Бірақ ол суперпозицияның белгілі бір күйге қашан жол беретініне таң қалды. Шредингердің тәжірибесі адамдарды таң қалдырды. Қорапты ашу арқылы мысықтың өмірінің нәтижесін анықтау шынымен мүмкін бе (қараңыз)?
Бірақ қорап ашылмаса да, мысық тірі ме, өлі ме?
Осы парадоксалды ойлау экспериментімен Шредингер кванттық физиканың копенгагендік түсіндірмесінің қате екенін дәлелдеді. Бұл интерпретация микроскопиялық деңгейде жұмыс істей алады. Бірақ оның макроскопиялық әлемге ешқандай қатысы жоқ (мысық макроскопиялық мысал ретінде алынған). Ғалымдар микроскопиялық деңгейде материяның табиғаты туралы не білді және адамдардың макроскопиялық деңгейде не бақылайтыны әлі толық анықталған жоқ. Бақылаушының рөлі кванттық физиканы зерттеудегі маңызды мәселе болып қала береді және алыпсатарлықтардың шексіз көзі болып табылады.
Сөйтсем, мен бұл сөзді естігенімді мойындағым келеді, бірақ оның нені білдіретінін, тіпті қандай тақырыпта қолданылғанын білмедім. Осы мысық туралы интернеттен оқығанымды айтайын...
« Шредингердің мысығы» - бұл әйгілі австриялық физик-теоретик Эрвин Шредингердің әйгілі ойлау экспериментінің аты, ол да Нобель сыйлығының лауреаты. Ғалым осы ойдан шығарылған эксперименттің көмегімен субатомдық жүйеден макроскопиялық жүйеге өтудегі кванттық механиканың толық еместігін көрсеткісі келді.
Эрвин Шредингердің түпнұсқа мақаласы 1935 жылы жарияланған. Міне цитата:
Сіз сондай-ақ өте бұралқы болатын жағдайларды құра аласыз. Кейбір мысықтарды болат камераға келесі диаболикалық машинамен (бұл мысықтың араласуына қарамастан) құлыптауға рұқсат етіңіз: Гейгер есептегішінің ішінде радиоактивті заттың шамалы мөлшері бар, соншалықты кішкентай, бір сағатта бір атом ғана ыдырай алады, бірақ бірдей ықтималдықпен ыдырамауы мүмкін; егер бұл орын алса, оқу түтігі разрядталады және реле іске қосылады, балғаны босатады, ол колбаны циан қышқылымен сындырады.
Егер біз осы бүкіл жүйені бір сағатқа қалдырсақ, онда атом ыдырап кетпесе, бұл уақыттан кейін мысық тірі болады деп айта аламыз. Атомның алғашқы ыдырауы мысықты улайды. Жалпы жүйенің psi-функциясы оны тірі және өлі мысықты (өрнекті кешіріңіз) тең бөліктерге араластыру немесе жағу арқылы көрсетеді. Мұндай жағдайларда тән нәрсе, бастапқыда атом әлемімен шектелген белгісіздік макроскопиялық белгісіздікке айналады, оны тікелей бақылау арқылы жоюға болады. Бұл шындықты көрсететін «бұлыңғыр модельді» аңғалдықпен қабылдауға кедергі келтіреді. Мұның өзі түсініксіз немесе қарама-қайшы нәрсені білдірмейді. Бұлыңғыр немесе фокусталмаған фотосурет пен бұлт немесе тұман фотосуретінің арасында айырмашылық бар.
Басқа сөзбен:
- Қорап пен мысық бар. Қорапта радиоактивті атом ядросы және улы газы бар ыдысы бар механизм бар. Эксперименттік параметрлер 1 сағатта ядролық ыдырау ықтималдығы 50% болатындай етіп таңдалды. Егер ядро ыдырайтын болса, газ ыдысы ашылып, мысық өледі. Егер ядро ыдырамаса, мысық тірі және жақсы болып қалады.
- Біз мысықты қорапқа жабамыз, бір сағат күтіп, сұрақ қоямыз: мысық тірі ме, әлде өлі ме?
- Кванттық механика бізге атом ядросының (демек, мысықтың) барлық мүмкін күйде бір уақытта болатынын айтқан сияқты (кванттық суперпозицияны қараңыз). Қорапты ашпас бұрын, мысық-ядро жүйесі 50% ықтималдықпен «ядро ыдырап, мысық өлді» күйінде және «ядро ыдыраған жоқ, мысық тірі» күйінде. ықтималдығы 50%. Қорапта отырған мысық бір уақытта тірі де, өлі де болып шығады.
- Қазіргі Копенгаген түсіндірмесіне сәйкес, мысық ешқандай аралық күйлерсіз тірі/өлі. Ал ядроның ыдырау күйін таңдау қорапты ашу сәтінде емес, тіпті ядро детекторға түскен кезде де болады. Өйткені «мысық-детектор-ядро» жүйесінің толқындық функциясының төмендеуі қораптың адам бақылаушысымен байланысты емес, ядроның детектор-бақылаушысымен байланысты.
Кванттық механика бойынша, егер атомның ядросы байқалмаса, онда оның күйі екі күйдің қоспасымен сипатталады - ыдыраған ядро және ыдырамаған ядро, демек, қорапта отырған және атомның ядросын бейнелейтін мысық. бір уақытта тірі де, өлі де. Егер қорап ашылса, экспериментатор бір ғана нақты күйді көре алады - «ядро ыдыраған, мысық өлген» немесе «ядро ыдыраған жоқ, мысық тірі».
Адам тіліндегі мәні
Шредингер тәжірибесі көрсеткендей, кванттық механика тұрғысынан мысық тірі де, өлі де болуы мүмкін емес. Сондықтан кванттық механиканың елеулі кемшіліктері бар.
Мәселе мынада: жүйе қашан екі күйдің қоспасы ретінде өмір сүруін тоқтатады және бір нақтысын таңдайды? Тәжірибенің мақсаты – толқындық функцияның қандай жағдайда құлдырап, мысықтың өлетінін немесе тірі қалатынын, бірақ енді екеуінің қоспасы болмайтынын көрсететін кейбір ережелерсіз кванттық механиканың толық емес екенін көрсету. Мысықтың тірі немесе өлі болуы керек екені анық болғандықтан (өмір мен өлім арасында аралық күй жоқ), бұл атом ядросы үшін де ұқсас болады. Ол шіріген немесе шірімеген болуы керек (Уикипедия).
Шредингердің ойлау тәжірибесінің тағы бір соңғы интерпретациясы - Үлкен жарылыс теориясының кейіпкері Шелдон Купер өзінің білімі аз көршісі Пенниге айтқан оқиға. Шелдонның әңгімесінің мәні мынада: Шредингердің мысығы концепциясын адамдар арасындағы қарым-қатынасқа қолдануға болады. Еркек пен әйелдің арасында не болып жатқанын, олардың арасындағы қарым-қатынастың қандай екенін түсіну үшін: жақсы немесе жаман, тек қорапты ашу керек. Оған дейін қарым-қатынас жақсы да, жаман да болады.
Төменде Шелдон мен Пения арасындағы Үлкен жарылыс теориясының алмасуының бейнеклипі берілген.
Шредингердің иллюстрациясы кванттық физиканың негізгі парадоксын сипаттайтын ең жақсы мысал: оның заңдарына сәйкес электрондар, фотондар және тіпті атомдар сияқты бөлшектер бір уақытта екі күйде («тірі» және «өлі») болады. шыдамды мысық). Бұл күйлер суперпозициялар деп аталады.
Арканзас университетінің (Арканзас штатының университеті) американдық физик Арт Хобсон осы парадокстың шешімін ұсынды.
«Кванттық физикадағы өлшеулер белгілі бір макроскопиялық құрылғылардың жұмысына негізделген, мысалы, Гейгер санаушысы, оның көмегімен микроскопиялық жүйелердің – атомдардың, фотондардың және электрондардың кванттық күйі анықталады. Кванттық теория микроскопиялық жүйені (бөлшектерді) жүйенің екі түрлі күйін ажырататын қандай да бір макроскопиялық құрылғыға қоссаңыз, онда құрылғы (мысалы, Гейгер санауышы) кванттық шиеленіс күйіне өтеді және сонымен бірге өзін екі жағдайда табады дегенді білдіреді. бір уақытта суперпозициялар. Алайда, бұл құбылысты тікелей байқау мүмкін емес, бұл оны қабылдауға болмайды», - дейді физик.
Хобсон Шредингер парадоксында мысық радиоактивті ядроға жалғанған макроскопиялық құрылғы, Гейгер санауышы рөлін атқарады, ол ядроның ыдырау күйін немесе «ыдырамайтынын» анықтайды. Бұл жағдайда тірі мысық «шірімейтіндіктің» көрсеткіші болады, ал өлі мысық ыдыраудың көрсеткіші болады. Бірақ кванттық теорияға сәйкес, мысық, ядро сияқты, өмір мен өлімнің екі суперпозициясында болуы керек.
Оның орнына, физиктің айтуынша, мысықтың кванттық күйі атомның күйімен байланысты болуы керек, яғни олар бір-бірімен «жергілікті емес қарым-қатынаста» болады. Яғни, шиеленіскен заттардың біреуінің күйі кенет керісінше өзгерсе, оның жұбының күйі де бір-бірінен қаншалықты алыс болса да өзгереді. Сонымен бірге, Хобсон осы кванттық теорияны эксперименттік растауға сілтеме жасайды.
«Кванттық шиеленіс теориясының ең қызығы, екі бөлшектің күйінің өзгеруі бірден болады: ешқандай жарық немесе электромагниттік сигнал бір жүйеден екінші жүйеге ақпаратты жіберуге үлгермейді. Демек, бұл олардың арасындағы қашықтық қанша үлкен болса да, кеңістік бойынша екі бөлікке бөлінген бір нысан деп айта аласыз», - деп түсіндіреді Хобсон.
Шредингердің мысығы енді бір уақытта тірі және өлі емес. Егер ыдырау орын алса, ол өлді, ал ыдырау ешқашан болмаса, тірі.
Осы парадоксқа ұқсас шешімдерді соңғы отыз жыл ішінде ғалымдардың тағы үш тобы ұсынғанын, бірақ олар байыпты қабылданбады және кең ғылыми ортада назардан тыс қалды. Хобсон кванттық механиканың парадокстарын шешу, кем дегенде, теориялық тұрғыдан, оны терең түсіну үшін өте қажет екенін атап өтеді.
Шредингер
Бірақ жақында ғана ТЕОРЕТИСТТЕР ШРОДИНГЕР МЫСЫҒЫН Гравитацияның қалай өлтіретінін түсіндіреді.бірақ бұл әлдеқайда күрделі ...
Әдетте, физиктер құбылысты түсіндіреді суперпозиция бөлшектер әлемінде мүмкін, бірақ мысықтармен немесе басқа макрообъектілермен, қоршаған ортаның араласуымен мүмкін емес. Кванттық нысан өріс арқылы өткенде немесе кездейсоқ бөлшектермен әрекеттескенде, ол бірден бір күйді қабылдайды — өлшенген сияқты. Ғалымдар ойлағандай, суперпозиция дәл осылай жойылады.
Бірақ қандай да бір жолмен суперпозиция күйіндегі макрообъектіні басқа бөлшектермен және өрістермен әрекеттесуден оқшаулау мүмкін болса да, ол бәрібір ерте ме, кеш пе бір күйге ие болады. Кем дегенде, бұл жер бетінде болып жатқан процестерге қатысты.
«Жұлдызаралық кеңістікте мысықтың кванттық когеренттілікті сақтауға мүмкіндігі болуы мүмкін, бірақ Жерде немесе кез келген планетаның жанында бұл өте екіталай. Мұның себебі - гравитация», - деп түсіндіреді жаңа зерттеудің жетекші авторы, Гарвард-Смитсон астрофизика орталығының қызметкері Игорь Пиковски.
Пиковский және оның Вена университетіндегі әріптестері гравитация макрообъектілердің кванттық суперпозицияларына деструктивті әсер етеді, сондықтан біз макрокосмда ұқсас құбылыстарды байқамаймыз деп дәлелдейді. Жаңа гипотезаның негізгі тұжырымдамасы, айтпақшы, «Жұлдыздар аралық» көркем фильмінде қысқаша сипатталған.
Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы өте массивтік объект өзінің айналасындағы кеңістік уақытты иеді деп айтады. Жағдайды кішірек деңгейде қарастыра отырып, Жер бетіне жақын орналасқан молекула үшін уақыт планетамыздың орбитасында орналасқанға қарағанда біршама баяу өтеді деп айта аламыз.
Ауырлық күшінің кеңістік-уақытқа әсер етуіне байланысты бұл әсерге ұшыраған молекула өз орнында ауытқуға ұшырайды. Ал бұл, өз кезегінде, оның ішкі энергиясына - уақыт өте келе өзгеретін молекуладағы бөлшектердің тербелісіне әсер етуі керек. Егер молекула екі орынның кванттық суперпозиция күйіне енгізілсе, онда позиция мен ішкі энергия арасындағы байланыс көп ұзамай молекуланы кеңістіктегі екі позицияның біреуін ғана «таңдауға» мәжбүр етеді.
Пиковский: «Көп жағдайда декогеренттілік құбылысы сыртқы әсермен байланысты, бірақ бұл жағдайда бөлшектердің ішкі тербелісі молекуланың қозғалысымен әрекеттеседі», - деп түсіндіреді Пиковский.
Бұл әсер әлі байқалған жоқ, өйткені магниттік өрістер, жылулық сәулелену және тербеліс сияқты декогеренцияның басқа көздері, әдетте, ауырлық күшінен көп бұрын кванттық жүйелердің бұзылуын тудыратын әлдеқайда күшті. Бірақ экспериментаторлар гипотезаны тексеруге тырысады.
Ұқсас қондырғыны гравитацияның кванттық жүйелерді жою қабілетін тексеру үшін де қолдануға болады. Ол үшін тік және көлденең интерферометрлерді салыстыру қажет болады: біріншісінде жолдың әртүрлі «биіктіктерінде» уақыттың кеңеюіне байланысты суперпозиция тез арада жоғалып кетуі керек, ал екіншісінде кванттық суперпозиция қалуы мүмкін.
