Schrödinger'in kedisi paradoksu. Anlamın açıklanması. Schrödinger'in kedisi - ünlü paradoksal deney Schrödinger'in düşünce deneyi
Sakın kaybetme. Abone olun ve e-postanızdaki makaleye bir bağlantı alın.
Elbette “Schrödinger'in Kedisi” diye bir fenomenin olduğunu defalarca duymuşsunuzdur. Ancak fizikçi değilseniz, büyük olasılıkla bunun ne tür bir kedi olduğuna ve neden gerekli olduğuna dair yalnızca belirsiz bir fikriniz vardır.
« Shroedinger'ın kedisi“- aynı zamanda Nobel Ödülü sahibi olan ünlü Avusturyalı teorik fizikçi Erwin Schrödinger'in ünlü düşünce deneyinin adıdır. Bilim adamı, bu hayali deneyin yardımıyla atom altı sistemlerden makroskobik sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermek istedi.
Bu makale, Schrödinger'in kedi ve kuantum mekaniği hakkındaki teorisinin özünü, yüksek teknik eğitimi olmayan bir kişinin de anlayabileceği şekilde basit kelimelerle açıklamaya yönelik bir girişimdir. Makalede ayrıca "The Big Bang Theory" dizisindekiler de dahil olmak üzere deneyin çeşitli yorumları sunulacak.
Deneyin açıklaması
Erwin Schrödinger'in orijinal makalesi 1935'te yayımlandı. İçinde deney, aşağıdakiler kullanılarak veya hatta kişileştirilerek anlatıldı:
Oldukça gülünç olan vakalar da oluşturabilirsiniz. Bir kedinin aşağıdaki şeytani makineyle (kedinin müdahalesine bakılmaksızın olması gereken) çelik bir odaya kilitlenmesine izin verin: Bir Geiger sayacının içinde çok az miktarda radyoaktif madde vardır, o kadar küçüktür ki, bir saatte yalnızca bir atom bozunabilir. ama aynı olasılıkla parçalanmayabilir; bu gerçekleşirse, okuma tüpü boşaltılır ve röle etkinleştirilerek, hidrosiyanik asit şişesini kıran çekici serbest bırakır.
Tüm bu sistemi bir saatliğine kendi haline bırakırsak, atom parçalanmadığı sürece bu saatten sonra kedinin hayatta olacağını söyleyebiliriz. Atomun ilk parçalanması kediyi zehirler. Sistemin bir bütün olarak psi işlevi, bunu canlı ve ölü bir kediyi (ifadeyi bağışlayın) eşit parçalar halinde karıştırarak veya bulaştırarak ifade edecektir. Bu gibi durumlarda tipik olan şey, başlangıçta atom dünyasıyla sınırlı olan belirsizliğin, doğrudan gözlemle ortadan kaldırılabilecek makroskobik belirsizliğe dönüşmesidir. Bu, "bulanıklık modelinin" gerçeği yansıttığını safça kabul etmemizi engelliyor. Bu kendi başına belirsiz veya çelişkili bir şey anlamına gelmez. Bulanık veya odak dışı bir fotoğraf ile bulut veya sis fotoğrafı arasında fark vardır.
Başka bir deyişle:
- Bir kutu ve bir kedi var. Kutu, radyoaktif bir atom çekirdeği ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizma içerir. Deneysel parametreler, 1 saat içinde nükleer bozunma olasılığı %50 olacak şekilde seçilmiştir. Çekirdek parçalanırsa gaz dolu bir kap açılır ve kedi ölür. Çekirdek çürümezse kedi hayatta ve sağlıklı kalır.
- Kediyi bir kutuya kapatıyoruz, bir saat bekleyip şu soruyu soruyoruz: Kedi canlı mı ölü mü?
- Kuantum mekaniği bize atom çekirdeğinin (ve dolayısıyla kedinin) aynı anda tüm olası durumlarda olduğunu söylüyor gibi görünüyor (bkz. kuantum süperpozisyonu). Kutuyu açmadan önce kedi-çekirdek sistemi %50 olasılıkla “çekirdek çürümüş, kedi ölmüş” durumunda ve %50 olasılıkla “çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor” durumundadır. olasılık %50. Kutunun içinde oturan kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu ortaya çıktı.
- Modern Kopenhag yorumuna göre kedi herhangi bir ara durumu olmaksızın canlı/ölüdür. Ve çekirdeğin bozunma durumunun seçimi, kutunun açıldığı anda değil, çekirdek dedektöre girdiğinde bile gerçekleşir. Çünkü “kedi-dedektör-çekirdek” sisteminin dalga fonksiyonunun indirgenmesi, kutunun insan gözlemcisi ile değil, çekirdeğin dedektör-gözlemcisi ile ilişkilidir.
Basit kelimelerle açıklama
Kuantum mekaniğine göre, eğer bir atomun çekirdeği gözlemlenmezse, durumu iki durumun bir karışımı ile tanımlanır - bozunmuş bir çekirdek ve çürümemiş bir çekirdek, dolayısıyla bir kutuda oturan ve bir atomun çekirdeğini kişileştiren bir kedi. aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Kutu açılırsa deneyci yalnızca belirli bir durumu görebilir: "çekirdek çürümüş, kedi ölmüş" veya "çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor."
İnsan dilindeki öz: Schrödinger'in deneyi, kuantum mekaniği açısından kedinin hem canlı hem de ölü olduğunu gösterdi ki bu böyle olamaz. Bu nedenle kuantum mekaniğinin önemli kusurları vardır.
Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer? Deneyin amacı, dalga fonksiyonunun hangi koşullar altında çöktüğünü ve kedinin ya öldüğünü ya da canlı kaldığını, ancak her ikisinin karışımı olmaktan çıktığını belirten bazı kurallar olmadan kuantum mekaniğinin eksik olduğunu göstermektir. Bir kedinin ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğundan (yaşam ile ölüm arasında bir ara durum yoktur), atom çekirdeği için de aynı durum geçerli olacaktır. Ya çürümüş ya da çürümemiş olmalıdır (Wikipedia).
The Big Bang Theory'den video
Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Big Bang Theory karakteri Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür.
Aşağıda Sheldon ve Penia arasındaki bu Big Bang Theory alışverişinin video klibi var.
Deney sonucunda kedi hayatta kaldı mı?
Makaleyi dikkatli okumayan ama yine de kedi konusunda endişe duyanlar için iyi haber: Verilerimize göre Avusturyalı çılgın bir fizikçinin yaptığı düşünce deneyi sonucunda endişelenmeyin.
HİÇBİR KEDİ ZARARLANMADI
Ansiklopedik YouTube
1 / 5
✪ 🔶 Schrödinger'in Kedisi
✪ Fizik - Kuantum teorisi. Schrödinger'in kedisi ve çift yarık.
✪ Schrödinger'in kedisi
✪ Schrödinger'in kedisi
✪ Kuantum mekaniğinde Schrödinger'in kedisi düşünce deneyi
Altyazılar
[müzik] Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger kuantum mekaniğinin kurucularından biridir. Ancak hiç yapmadığı bir şeyle ünlüdür: Bir kediyi içeren bir düşünce deneyi. Kediyi, onu bir saat içinde öldürme şansı %50 olan bir cihazın bulunduğu kapalı bir kaba koymayı önerdi. Bir saat sonra bilim adamı kedinin ne durumda olduğuyla ilgilenmeye başladı. Sağduyu onun ya hayatta ya da ölü olduğunu belirtir. Ancak Schrödinger, kuantum fiziğine göre, kabı açmadan hemen önce kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğunu fark etti. Ve ancak kabı açtıktan sonra hayvanın tek kesin durumunu görebiliyoruz. Bundan önce, bir belirsizlik durumunda kalır; yarısı bir durumda, yarısı başka bir durumda. Bu saçma görünüyor, Schrödinger'in de belirttiği gibi. Kuantum fiziğini felsefi açıdan o kadar çelişkili buldu ki yaratılmasına katkıda bulunduğu teoriyi terk etti ve biyoloji alanında çalışmaya yöneldi. Görünür saçmalığına rağmen Schrödinger'in deneyi oldukça gerçektir. Üstelik önemi yadsınamaz. Aynı anda iki durumda olabilmek... Kuantum nesnelerinin bu yeteneği olmasaydı, bu videoyu izlediğiniz bilgisayar da olmazdı. Süperpozisyon kuantum fenomeni, varoluşun ikili, maddi-dalga kökeninin bir sonucudur. Herhangi bir cismin dalga özelliği taşıyabilmesi için belli bir mesafeye kadar uzanması gerekir. Böylece aynı anda birçok görevi üstlenecek. Ancak uzayın küçük bir alanıyla sınırlı olan herhangi bir cismin dalga boyu benzersiz bir şekilde belirlenemez ve cisim aynı anda birçok dalgadan oluşur. Dalga boyu yalnızca artan momentumla azaldığından, gündelik nesnelerin dalgalarının özellikleri bizim için mevcut değildir. Ve kedi nispeten büyük ve ağır görünüyor. Tek bir atomu alıp güneş sistemi boyutuna kadar büyütsek, fizikçiden kaçan bir kedinin dalga boyu, böyle bir güneş sisteminin içindeki atom kadar küçük olur. Tespit edilemeyecek kadar küçük olduğundan kedinin dalga gibi davrandığını asla göremeyeceğiz. Aynı zamanda elektron gibi bir mikropartikül, ikili kökenine dair etkileyici kanıtlar ortaya koyabilir. Elektronlar bir bariyerdeki iki dar yarıktan birbiri ardına gönderilirse, her elektron bir parçacık gibi davranır ve herhangi bir anda belirli bir yerde sona erer. Ancak bu deneyi birçok kez tekrarlarsanız ve tüm bireysel sonuçları takip ederseniz, elektronların bir dalganın davranışına özgü bir model oluşturduğunu fark edeceksiniz. Bant kombinasyonları: Hiç elektronun bulunmadığı alanlarla ayrılmış çok sayıda elektron içeren alanlar. Yuvalardan birini tıkarsanız şeritler kaybolur. Bu, desenin her elektronun her iki yarıktan aynı anda geçmesinin bir sonucu olduğunu kanıtlar. Tek bir elektron sola mı yoksa sağa mı gideceğini belirlemez; aynı anda hem sola hem de sağa gider. Devletlerin bu Süperpozisyonu bizi aynı zamanda modern teknolojiye de götürüyor. Herhangi bir atomun çekirdeğinin yakınında bulunan herhangi bir elektron, dağınık, dalga benzeri bir yörünge biçiminde bulunur. İki atom birbirine yaklaştığında elektronların yalnızca bir atomu seçmesi gerekmez, aralarında dağılırlar. Kimyasal bağlar bu şekilde oluşur. Herhangi bir moleküldeki herhangi bir elektron, yalnızca A veya B atomuyla değil, aynı zamanda A ve B atomuyla da ilişkilidir. Atom sayısı arttıkça elektronlar daha da genişler ve aynı anda daha fazla atom arasında dağılır. Bir katıda elektronlar belirli bir atomla ilişkili değildir; hepsi arasında dağılmış ve daha geniş bir uzay hacmine yayılmaktadır. Durumların bu devasa Süperpozisyonu, ister iletken, ister dielektrik veya yarı iletken olsun, elektronların madde içinde hareket etme yollarını belirler. Elektronların bir atom arasında nasıl dağıtıldığını anlamak, silikon gibi yarı iletken malzemelerin özelliklerinin en hassas şekilde kontrol edilmesini sağlar. Farklı yarı iletkenleri doğru bir şekilde birleştirmek, minyatür düzeyde transistörler oluşturmamızı sağlar - bilgisayar çipi başına milyonlarca transistör. Bu tür çipler ve bunların dağıtılmış elektronları, bu videoyu izlemek için kullandığınız bilgisayarın çalıştırılmasına yardımcı olur. Eski bir espriye göre internet, kedi videoları dağıtmak amacıyla var. Aslında internet temel düzeyde varlığını Avusturyalı bir fizikçiye ve onun hayali kedisine borçludur.
Deneyin özü
Aslında Hawking ve diğer pek çok fizikçi, Kopenhag Okulu'nun kuantum mekaniği yorumunun gözlemcinin rolünü vurgulamanın haksız olduğu görüşündedir. Fizikçiler arasında bu konuda nihai bir birlik hâlâ sağlanamadı.
Zamanın her anında dünyaların paralelleştirilmesi, her adımda olası yollardan birinin olasılıklarına bağlı olarak seçildiği olasılıksal otomatın aksine, deterministik olmayan gerçek bir otomata karşılık gelir.
Wigner'ın paradoksu
Bu, Schrödinger deneyinin karmaşık bir versiyonudur. Eugene Wigner "arkadaşlar" kategorisini tanıttı. Deneyi tamamladıktan sonra deneyci kutuyu açar ve canlı bir kedi görür. Kedinin kutuyu açtığı andaki durum vektörü “çekirdek bozulmamış, kedi yaşıyor” durumuna geçer. Böylece laboratuvarda kedinin canlı olduğu tespit edildi. Laboratuvarın dışında Arkadaş. Arkadaş Kedinin canlı mı ölü mü olduğunu henüz bilmiyor. Arkadaş ancak deneyi yapan kişi kendisine deneyin sonucunu söylediğinde kedinin canlı olduğunu fark eder. Ama diğer herkes Arkadaşlar Kedinin henüz canlı olduğu belirlenmemiştir ve ancak deneyin sonucu kendisine bildirildiğinde tanınacaktır. Bu nedenle, kedinin tamamen canlı (ya da tamamen ölü) olduğu ancak evrendeki tüm insanlar deneyin sonucunu öğrendiğinde tanınabilir. Bu ana kadar, Büyük Evren ölçeğinde Wigner'a göre kedi aynı anda hem canlı hem de ölü kalıyor.
(Kopenhag yorumu açısından bir gözlem yapılacaktır) ve ışık durumlardan birine girecektir. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri gerçekleştirerek, ışığın durumların süperpozisyonunda mı olduğunu yoksa daha önce gözlemlenip başka bir noktaya iletilip aktarılmadığını tespit etmek mümkün olacaktır. Bu, tespit edilemeyen sinyal müdahalesini ve gizlice dinlenmeyi engelleyen iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.
Deney (prensipte gerçekleştirilebilir, ancak büyük miktarlarda bilgi iletebilen çalışan kuantum kriptografi sistemleri henüz oluşturulmamış), Kopenhag yorumundaki "gözlem" in gözlemcinin bilinciyle hiçbir ilgisi olmadığını da gösteriyor. çünkü bu durumda kablonun ucundaki istatistiklerdeki değişiklik, kablonun tamamen cansız bir dalına yol açar.
Heisenberg'in bize açıkladığı gibi, belirsizlik ilkesi nedeniyle, kuantum mikro dünyasındaki nesnelerin tanımı, Newton'un makro dünyasındaki nesnelerin olağan tanımından farklı bir niteliktedir. Kuantum mekaniğinde nesneler, örneğin bilardo masasındaki bir top gibi mekanik hareketi tanımlamaya alışkın olduğumuz uzaysal koordinatlar ve hız yerine, dalga fonksiyonu olarak adlandırılan fonksiyonla tanımlanır. “Dalganın” tepesi, ölçüm anında uzayda bir parçacık bulmanın maksimum olasılığına karşılık gelir. Böyle bir dalganın hareketi, bize kuantum sisteminin durumunun zamanla nasıl değiştiğini söyleyen Schrödinger denklemiyle tanımlanır.
Şimdi kedi hakkında. Herkes kedilerin kutularda saklanmayı sevdiğini bilir (). Erwin Schrödinger de biliyordu. Üstelik tamamen İskandinav fanatizmiyle bu özelliği ünlü bir düşünce deneyinde kullanmıştı. İşin özü, bir kedinin cehennemi bir makineyle birlikte bir kutuya kilitlenmesiydi. Makine bir röle aracılığıyla örneğin radyoaktif olarak bozunan bir madde gibi bir kuantum sistemine bağlanır. Çürüme olasılığı bilinmektedir ve %50'dir. Cehennem makinesi, sistemin kuantum durumu değiştiğinde (çürüme meydana geldiğinde) ve kedi tamamen öldüğünde tetiklenir. “Kedi-kutu-cehennem makinesi-kuanta” sistemini bir saatliğine kendi haline bırakırsanız ve bir kuantum sisteminin durumunun olasılık ile tanımlandığını hatırlarsanız, bunu bulmanın muhtemelen mümkün olmayacağı ortaya çıkar. tıpkı bir paranın tura veya tura düşeceğini önceden doğru bir şekilde tahmin etmenin imkansız olması gibi, kedinin zamanın belirli bir anında canlı olup olmadığı. Paradoks çok basit: Bir kuantum sistemini tanımlayan dalga fonksiyonu bir kedinin iki durumunu karıştırır; kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür, tıpkı bağlı bir elektronun uzayda kendisinden eşit uzaklıktaki herhangi bir yere eşit olasılıkla yerleştirilebilmesi gibi. atom çekirdeği. Eğer kutuyu açmazsak kedinin ne durumda olduğunu tam olarak bilemeyiz. Bir atom çekirdeğinin gözlemlerini (ölçümlerini okumadan) yapmadan, onun durumunu yalnızca iki durumun üst üste binmesi (karışımı) ile tanımlayabiliriz: bozunmuş ve bozunmamış çekirdek. Nükleer bağımlılığa sahip bir kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer?
Deneyin Kopenhag yorumu bize, sistemin bir durumlar karışımı olmaktan çıktığını ve bir gözlem gerçekleştiği anda bu durumlardan birini seçtiğini, bunun da bir ölçüm olduğunu (kutu açılır) söyler. Yani, ölçüm gerçeği fiziksel gerçekliği değiştirerek dalga fonksiyonunun çökmesine yol açar (kedi ya ölür ya da hayatta kalır, ancak ikisinin karışımı olmaktan çıkar)! Bir düşünün, deney ve ona eşlik eden ölçümler etrafımızdaki gerçekliği değiştiriyor. Şahsen bu gerçek beynimi alkolden çok daha fazla rahatsız ediyor. Ünlü Steve Hawking de bu paradoksu yaşamakta zorlanıyor ve Schrödinger'in kedisi haberini aldığında elini Browning'e uzattığını tekrarlıyor. Seçkin teorik fizikçinin tepkisinin ciddiyeti, ona göre, dalga fonksiyonunun çöküşünde (onu iki olasılıktan birine çökertme) gözlemcinin rolünün büyük ölçüde abartılmasından kaynaklanmaktadır.
Elbette, Profesör Erwin 1935'te kedi işkencesini tasarladığında bu, kuantum mekaniğinin kusurlarını göstermenin ustaca bir yoluydu. Aslında bir kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olması mümkün değildir. Deneyin yorumlarından birinin bir sonucu olarak, makro dünyanın yasalarıyla (örneğin, termodinamiğin ikinci yasası - kedi ya canlı ya da ölüdür) mikro dünya arasında bir çelişki olduğu ortaya çıktı. dünya (kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür).
Yukarıdakiler pratikte kullanılır: kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisinde. İki durumun üst üste bindiği bir ışık sinyali, fiber optik kablo aracılığıyla gönderilir. Saldırganlar kablonun ortasında bir yere bağlanırsa ve iletilen bilgiyi gizlice dinlemek için oraya bir sinyal vuruşu yaparsa, bu durum dalga fonksiyonunu çökertecektir (Kopenhag yorumu açısından gözlem yapılacaktır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri gerçekleştirerek, ışığın durumların süperpozisyonunda mı olduğunu yoksa daha önce gözlemlenip başka bir noktaya iletilip aktarılmadığını tespit etmek mümkün olacaktır. Bu, tespit edilemeyen sinyal müdahalesini ve gizlice dinlenmeyi engelleyen iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.
Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Big Bang Theory karakteri Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür.
Elbette pek çok kişi bu gizemli formülasyonla karşılaştı. Ve çoğunluk konunun özünün ne olduğunu tam olarak anlayamadı. Schrödinger'in Kedisi, Avusturyalı fizikçi ve kuantum mekaniğinin kurucularından biri olan yaratıcısının adını taşıyan bir deneydir. Materyalimizde deneyin anlamından kısaca ve kısaca bahsediyoruz. Bu ne içindi?
Erwin Schrödinger ünlü bir teorik fizikçidir. 1935'te bir kediyle sanal bir deney yapmaya karar verdi. Bütün bunlar, süperpozisyona (iki durumun karışması) ilişkin Kopenhag yorumunun kuantum teorisi açısından tamamen doğru olmadığını kanıtlamak için.
Deneyin özü nedir?
Schrödinger, zihinsel olarak yaşayan bir kediyi, bir çekiç, bir şişe hidrosiyanik asit ve çok az miktarda radyoaktif madde ile birlikte çelik bir odaya yerleştirir. Test süresi boyunca tek bir radyoaktif madde atomu bile bozunursa, röle mekanizması çekici serbest bırakacaktır. Ama zehirli gaz şişesini çoktan teslim edecek ve kediyi öldürecektir.
Schrödinger bunu neden ortaya atıyor?
Kuantum mekaniğinde, eğer hiç kimse ve hiçbir şey çekirdeği gözlemlemiyorsa, çekirdeğin karışık, belirsiz bir durumda olduğuna inanılmaktadır. Her ikisi de parçalandı ve hemen parçalanmadı. Ancak bir gözlemci ortaya çıktığında çekirdek kendisini durumlardan birinde bulur. Bu arada, Schrödinger'in deneyinin amacı "kedinin hem ölü hem de diri" olduğunu tam olarak hangi anda bulmaktı. Ve ayrıca belirli bir durum tespit edildiğinde. Bir bilim adamı, ince ayrıntılar olmadan kuantum mekaniğinin imkansız olduğunu kanıtlamak istiyor. Ve hangi koşullar altında dalga fonksiyonunun çöküşünün (durum değişiminin) meydana geldiğini belirlerler. Ayrıca bir nesnenin olası durumlardan birinde (aynı anda birkaç durumda değil) ne zaman kalacağını da belirlerler.
Erwin Schrödinger, kuantum teorisyenlerinin tuhaf bir sonucuna dikkat çekmek istedi. Sıradan bir insanın yardım almadan maddenin gerçek durumunu görebileceğine inanıyorlardı. O dönemde kuantum fiziğinin Kopenhag yorumu hakimdi. Atomların veya fotonların aynı anda birkaç durumda mevcut olduğuna (süperpozisyonda olduklarına) ve gözlemleninceye kadar belirli bir duruma geçmediklerine inanıyordu.
Schrödinger'in deneyi, bir gözlemcinin bir maddenin atomunun bozunup bozunmadığını bilemeyeceğini söylüyor. Ayrıca gözlemci şişenin kırılıp kırılmadığını ve kedinin ölüp ölmediğini bilmiyor. Kopenhag yorumuna göre kedi, birisi kutunun içine bakana kadar hem canlı hem de ölü olacaktır. Kuantum mekaniğinde gözlemlenene kadar canlı ve ölü olma yeteneğine kuantum belirsizliği veya gözlemcinin paradoksu denir. Gözlemci paradoksunun ardındaki mantık, gözlemlerin sonuçları belirleyebilmesidir.
Schrödinger süperpozisyonun var olduğu konusunda hemfikirdi. Bu arada, yaşamı boyunca bilim adamları, ışık dalgalarındaki girişimi inceleyerek bunu kanıtlamayı başardılar. Ancak süperpozisyonun gerçekte ne zaman belirli bir duruma yol açtığını merak etti. Schrödinger'in deneyi insanları meraklandırdı. Bir kedinin hayatının sonucunu kutuyu açarak belirlemek gerçekten mümkün mü (şuna bakın)?
Peki kutu açılmasa bile kedi canlı mı yoksa ölü mü olacak?
Bu paradoksal düşünce deneyiyle Schrödinger, kuantum fiziğinin Kopenhag yorumunun yanlış olduğunu kanıtladı. Bu yorum mikroskobik düzeyde işe yarayabilir. Ancak makroskobik dünyayla hiçbir ilgisi yoktur (makroskobik dünyaya örnek olarak kedi alınmıştır). Bilim adamlarının mikroskobik düzeyde maddenin doğası hakkında bildikleri ve makroskobik düzeyde insanların gözlemlediği şeyler henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Gözlemcinin rolü kuantum fiziği çalışmalarında önemli bir konu olmayı sürdürüyor ve sonsuz bir spekülasyon kaynağıdır.
Utanarak bu ifadeyi duyduğumu ama ne anlama geldiğini, hatta hangi konuda kullanıldığını bilmediğimi itiraf etmek istiyorum. Size bu kedi hakkında internette okuduklarımı anlatayım...
« Shroedinger'ın kedisi» - aynı zamanda Nobel Ödülü sahibi olan ünlü Avusturyalı teorik fizikçi Erwin Schrödinger'in ünlü düşünce deneyinin adıdır. Bilim adamı, bu hayali deneyin yardımıyla atom altı sistemlerden makroskobik sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermek istedi.
Erwin Schrödinger'in orijinal makalesi 1935'te yayımlandı. İşte alıntı:
Oldukça gülünç olan vakalar da oluşturabilirsiniz. Bir kedinin aşağıdaki şeytani makineyle (kedinin müdahalesine bakılmaksızın olması gereken) çelik bir odaya kilitlenmesine izin verin: Bir Geiger sayacının içinde çok az miktarda radyoaktif madde vardır, o kadar küçüktür ki, bir saatte yalnızca bir atom bozunabilir. ama aynı olasılıkla parçalanmayabilir; bu gerçekleşirse, okuma tüpü boşaltılır ve röle etkinleştirilerek, hidrosiyanik asit şişesini kıran çekici serbest bırakır.
Tüm bu sistemi bir saatliğine kendi haline bırakırsak, atom parçalanmadığı sürece bu saatten sonra kedinin hayatta olacağını söyleyebiliriz. Atomun ilk parçalanması kediyi zehirler. Sistemin bir bütün olarak psi işlevi, bunu canlı ve ölü bir kediyi (ifadeyi bağışlayın) eşit parçalar halinde karıştırarak veya bulaştırarak ifade edecektir. Bu gibi durumlarda tipik olan şey, başlangıçta atom dünyasıyla sınırlı olan belirsizliğin, doğrudan gözlemle ortadan kaldırılabilecek makroskobik belirsizliğe dönüşmesidir. Bu, "bulanıklık modelinin" gerçeği yansıttığını safça kabul etmemizi engelliyor. Bu kendi başına belirsiz veya çelişkili bir şey anlamına gelmez. Bulanık veya odak dışı bir fotoğraf ile bulut veya sis fotoğrafı arasında fark vardır.
Başka bir deyişle:
- Bir kutu ve bir kedi var. Kutu, radyoaktif bir atom çekirdeği ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizma içerir. Deneysel parametreler, 1 saat içinde nükleer bozunma olasılığı %50 olacak şekilde seçilmiştir. Çekirdek parçalanırsa gaz dolu bir kap açılır ve kedi ölür. Çekirdek çürümezse kedi hayatta ve sağlıklı kalır.
- Kediyi bir kutuya kapatıyoruz, bir saat bekleyip şu soruyu soruyoruz: Kedi canlı mı ölü mü?
- Kuantum mekaniği bize atom çekirdeğinin (ve dolayısıyla kedinin) aynı anda tüm olası durumlarda olduğunu söylüyor gibi görünüyor (bkz. kuantum süperpozisyonu). Kutuyu açmadan önce kedi-çekirdek sistemi %50 olasılıkla “çekirdek çürümüş, kedi ölmüş” durumunda ve %50 olasılıkla “çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor” durumundadır. olasılık %50. Kutunun içinde oturan kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu ortaya çıktı.
- Modern Kopenhag yorumuna göre kedi herhangi bir ara durumu olmaksızın canlı/ölüdür. Ve çekirdeğin bozunma durumunun seçimi, kutunun açıldığı anda değil, çekirdek dedektöre girdiğinde bile gerçekleşir. Çünkü “kedi-dedektör-çekirdek” sisteminin dalga fonksiyonunun indirgenmesi, kutunun insan gözlemcisi ile değil, çekirdeğin dedektör-gözlemcisi ile ilişkilidir.
Kuantum mekaniğine göre, eğer bir atomun çekirdeği gözlemlenmezse, durumu iki durumun bir karışımı ile tanımlanır - bozunmuş bir çekirdek ve çürümemiş bir çekirdek, dolayısıyla bir kutuda oturan ve bir atomun çekirdeğini kişileştiren bir kedi. aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Kutu açılırsa deneyci yalnızca belirli bir durumu görebilir: "çekirdek çürümüş, kedi ölmüş" veya "çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor."
İnsan dilindeki öz
Schrödinger'in deneyi, kuantum mekaniği açısından kedinin hem canlı hem de ölü olduğunu gösterdi ki bu böyle olamaz. Bu nedenle kuantum mekaniğinin önemli kusurları vardır.
Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer? Deneyin amacı, kuantum mekaniğinin, hangi koşullar altında dalga fonksiyonunun çöktüğünü ve kedinin ya öldüğünü ya da hayatta kaldığını, ancak artık her ikisinin bir karışımı olmadığını gösteren bazı kurallar olmadan eksik olduğunu göstermektir. Bir kedinin ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğundan (yaşam ile ölüm arasında bir ara durum yoktur), atom çekirdeği için de aynı durum geçerli olacaktır. Ya çürümüş ya da çürümemiş olmalıdır (Wikipedia).
Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Big Bang Theory karakteri Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür.
Aşağıda Sheldon ve Penia arasındaki bu Big Bang Theory alışverişinin video klibi var.
Schrödinger'in çizimi kuantum fiziğinin ana paradoksunu tanımlayan en iyi örnektir: kanunlarına göre elektronlar, fotonlar ve hatta atomlar gibi parçacıklar aynı anda iki durumda bulunur (hatırlarsanız "canlı" ve "ölü"). uzun süredir acı çeken kedi). Bu durumlara süperpozisyon denir.
Arkansas Üniversitesi'nden (Arkansas Eyalet Üniversitesi) Amerikalı fizikçi Art Hobson, bu paradoksa çözümünü önerdi.
“Kuantum fiziğindeki ölçümler, mikroskobik sistemlerin (atomlar, fotonlar ve elektronlar) kuantum durumunun belirlendiği Geiger sayacı gibi belirli makroskobik cihazların çalışmasına dayanmaktadır. Kuantum teorisi, mikroskobik bir sistemi (parçacığı), sistemin iki farklı durumunu ayırt eden makroskobik bir cihaza bağlarsanız, o zaman cihazın (örneğin Geiger sayacı) kuantum dolaşıklık durumuna gireceğini ve aynı zamanda kendisini iki durumda bulacağını ima eder. Aynı anda süperpozisyonlar. Ancak bu fenomeni doğrudan gözlemlemek imkansız, bu da onu kabul edilemez kılıyor” diyor fizikçi.
Hobson, Schrödinger'in paradoksunda kedinin, radyoaktif bir çekirdeğe bağlanan ve o çekirdeğin bozunma veya "bozunmama" durumunu belirleyen makroskobik bir cihaz, bir Geiger sayacı rolünü oynadığını söylüyor. Bu durumda yaşayan bir kedi “çürümemenin” göstergesi, ölü bir kedi ise çürümenin göstergesi olacaktır. Ancak kuantum teorisine göre kedinin de çekirdek gibi yaşam ve ölümün iki süperpozisyonunda var olması gerekir.
Fizikçi bunun yerine, kedinin kuantum durumunun atomun durumuyla dolanık olması gerektiğini, yani kedilerin birbirleriyle "yerel olmayan bir ilişki" içinde olmaları gerektiğini söylüyor. Yani, dolanık nesnelerden birinin durumu aniden tersine değişirse, birbirlerinden ne kadar uzakta olursa olsun çiftinin durumu da değişecektir. Hobson aynı zamanda bu kuantum teorisinin deneysel olarak doğrulanmasından da söz ediyor.
“Kuantum dolaşıklık teorisinin en ilginç yanı, her iki parçacığın durumundaki değişikliğin anında gerçekleşmesidir: hiçbir ışık veya elektromanyetik sinyalin bir sistemden diğerine bilgi iletmeye zamanı olmaz. Yani aralarındaki mesafe ne kadar büyük olursa olsun onun uzay tarafından iki parçaya bölünmüş tek bir nesne olduğunu söyleyebilirsiniz," diye açıklıyor Hobson.
Schrödinger'in kedisi artık aynı anda hem canlı hem de ölü değil. Parçalanma meydana gelirse ölmüştür, parçalanma hiç olmazsa diridir.
Bu paradoksa benzer çözümlerin son otuz yılda üç bilim adamı grubu tarafından daha önerildiğini, ancak bunların ciddiye alınmadığını ve geniş bilim çevrelerinde gözden kaçırıldığını da ekleyelim. Hobson, kuantum mekaniğinin paradokslarını en azından teorik olarak çözmenin, derinlemesine anlaşılması için kesinlikle gerekli olduğunu belirtiyor.
Schrödinger
Ama yakın zamanda Teorisyenler Yerçekiminin Schrodinger'in Kedisini Nasıl Öldürdüğünü Açıklıyor ama bu daha karmaşık...
Kural olarak fizikçiler, parçacıklar dünyasında süperpozisyonun mümkün olduğu, ancak kediler veya diğer makro nesnelerde çevrenin müdahalesi nedeniyle imkansız olduğu olgusunu açıklıyorlar. Bir kuantum nesnesi bir alandan geçtiğinde veya rastgele parçacıklarla etkileşime girdiğinde, sanki ölçülmüş gibi hemen tek bir durumu varsayar. Bilim adamlarının inandığı gibi, süperpozisyon tam olarak bu şekilde yok ediliyor.
Ancak süperpozisyon durumundaki bir makro nesneyi diğer parçacıklar ve alanlarla olan etkileşimlerden izole etmek bir şekilde mümkün hale gelse bile, er ya da geç yine de tek bir duruma bürünecektir. En azından bu, Dünya yüzeyinde meydana gelen süreçler için geçerlidir.
“Yıldızlararası uzayda bir yerde belki bir kedinin kuantum tutarlılığını koruma şansı olabilir, ancak Dünya'da veya herhangi bir gezegenin yakınında bu son derece düşük bir ihtimal. Ve bunun nedeni yerçekimidir," diye açıklıyor yeni çalışmanın baş yazarı, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden Igor Pikovski.
Viyana Üniversitesi'nden Pikovsky ve meslektaşları, yerçekiminin makro nesnelerin kuantum süperpozisyonları üzerinde yıkıcı bir etkiye sahip olduğunu ve bu nedenle makrokozmosta benzer fenomenleri gözlemlemediğimizi savunuyorlar. Bu arada, yeni hipotezin temel konsepti “Interstellar” adlı uzun metrajlı filmde kısaca özetleniyor.
Einstein'ın genel görelilik teorisi, son derece büyük bir nesnenin etrafındaki uzay-zamanı bükeceğini belirtir. Durumu daha küçük düzeyde ele aldığımızda, Dünya yüzeyine yakın bir yerde bulunan bir molekül için zamanın, gezegenimizin yörüngesinde yer alan bir moleküle göre biraz daha yavaş akacağını söyleyebiliriz.
Yerçekiminin uzay-zaman üzerindeki etkisi nedeniyle, bu etkiden etkilenen bir molekül, konumunda bir sapma yaşayacaktır. Ve bu da onun iç enerjisini - bir molekül içindeki parçacıkların zamanla değişen titreşimlerini - etkilemelidir. Eğer bir molekül iki konumun kuantum süperpozisyonu durumuna getirilirse, o zaman konum ile iç enerji arasındaki ilişki, molekülü çok geçmeden uzaydaki iki konumdan yalnızca birini "seçmeye" zorlayacaktır.
Pikovsky, "Çoğu durumda eşevresizlik olgusu dış bir etkiyle ilişkilidir, ancak bu durumda parçacıkların iç titreşimi molekülün kendi hareketi ile etkileşime girer" diye açıklıyor.
Bu etki henüz gözlemlenmedi çünkü manyetik alanlar, termal radyasyon ve titreşimler gibi diğer eşevresizlik kaynakları genellikle çok daha güçlüdür ve kuantum sistemlerinin yerçekiminden çok önce yok olmasına neden olur. Ancak deneyciler hipotezi test etmeye çalışıyorlar.
Benzer bir kurulum, yerçekiminin kuantum sistemlerini yok etme yeteneğini test etmek için de kullanılabilir. Bunu yapmak için, dikey ve yatay interferometreleri karşılaştırmak gerekli olacaktır: ilkinde, yolun farklı "yüksekliklerinde" zamanın genişlemesi nedeniyle süperpozisyon kısa süre içinde kaybolmalı, ikincisinde ise kuantum süperpozisyon kalabilir.
