Парадокс кота Шредінгера. Пояснення сенсу. Кіт шредінгера - знаменитий парадоксальний експеримент Думковий експеримент шредінгера
Чи не втратите.Підпишіться та отримайте посилання на статтю собі на пошту.
Напевно, ви не раз чули, що існує такий феномен, як «Кіт Шредінгера». Але якщо ви не фізик, то, швидше за все, лише віддалено уявляєте, що це за кіт і навіщо він потрібний.
« кіт Шредінгера- так називається знаменитий уявний експеримент знаменитого австрійського фізика-теоретика Ервіна Шредінгера, який також є лауреатом Нобелівської премії. За допомогою цього вигаданого досвіду вчений хотів показати неповноту квантової механіки під час переходу від субатомних систем до макроскопічних систем.
У цій статті дана спроба пояснити простими словами суть теорії Шредінгера про кота і квантову механіку, так щоб це було доступно людині, яка не має вищої технічної освіти. У статті також будуть представлені різні інтерпретації експерименту, зокрема з серіалу «Теорія великого вибуху».
Опис експерименту
Оригінальна стаття Ервіна Шредінгера побачила світ 1935 року. У ній експеримент був описаний з використанням або навіть уособлення:
Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Нехай який-небудь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною диявольською машиною (яка повинна бути незалежно від втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться крихітна кількість радіоактивної речовини, така невелика, що протягом години може розпастися тільки один атом, але з такою ж ймовірністю може і не розпастися; якщо ж це станеться, трубка, що зчитує, розряджається і спрацьовує реле, що спускає молот, який розбиває колбочку з синильною кислотою.
Якщо на годину надати всю цю систему самій собі, то можна сказати, що кіт буде живий після цього часу, якщо розпаду атома не відбудеться. Перший розпад атома отруїв би кота. Пси-функція системи в цілому виражатиме це, змішуючи в собі або розмазуючи живого і мертвого кота (вибачте за вираз) в рівних частках. Типовим у випадках є те, що невизначеність, спочатку обмежена атомним світом, перетворюється на макроскопічну невизначеність, яка може бути усунена шляхом прямого спостереження. Це заважає нам наївно прийняти «модель розмиття» як дійсність, що відображає. Саме собою це означає нічого незрозумілого чи суперечливого. Є різниця між нечітким або розфокусованим фото та знімком хмар або туману.
Іншими словами:
- Є ящик та кіт. У ящику є механізм, що містить радіоактивне атомне ядро та ємність з отруйним газом. Параметри експерименту підібрано так, що ймовірність розпаду ядра за 1 годину становить 50%. Якщо ядро розпадається, відкривається ємність із газом і кіт гине. Якщо розпаду ядра не відбувається - кіт залишається живий-здоровий.
- Закриваємо кота в ящик, чекаємо годину і запитуємо: чи живий кіт чи мертвий?
- Квантова ж механіка говорить нам, що атомне ядро (а отже і кіт) знаходиться у всіх можливих станах одночасно (див. квантова суперпозиція). Перш ніж ми відкрили ящик, система «кіт-ядро» знаходиться в стані «ядро розпалося, кіт мертвий» з ймовірністю 50% і в стані «ядро не розпалося, кіт живий» з ймовірністю 50%. Виходить, що кіт, що сидить у ящику, і живий, і мертвий одночасно.
- Відповідно до сучасної копенгагенської інтерпретації, кіт-таки живий/мертвий без будь-яких проміжних станів. А вибір стану розпаду ядра відбувається над момент відкриття ящика, а ще коли ядро потрапляє у детектор. Тому що редукція хвильової функції системи "кіт-детектор-ядро" не пов'язана з людиною-спостерігачем ящика, а пов'язана з детектором-спостерігачем ядра.
Пояснення простими словами
Згідно квантової механіки, якщо над ядром атома не проводиться спостереження, то його стан описується змішанням двох станів - ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику і втілює ядро атома, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор може побачити тільки якийсь один конкретний стан - "ядро розпалося, кіт мертвий" або "ядро не розпалося, кіт живий".
Суть людською мовою: Експеримент Шредінгера показав, що, з погляду квантової механіки, кіт одночасно і живий, і мертвий, чого не може бути. Отже, квантова механіка має суттєві вади.
Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне? Мета експерименту - показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, які вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого. Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, проміжного між життям і смертю), це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або нерозпалим (Вікіпедія).
Відео з «Теорії великого вибуху»
Ще однією найсвіжішою інтерпретацією уявного експерименту Шредінгера є розповідь Шелдона Купера, героя серіалу "Теорія великого вибуху" ("Big Bang Theory"), який він виголосив для менш освіченої сусідки Пенні. Суть оповідання Шелдона у тому, що концепція кота Шредінгера можна застосувати у відносинах для людей. Щоб зрозуміти, що відбувається між чоловіком і жінкою, які стосунки між ними: хороші чи погані, – потрібно просто відкрити ящик. А до цього відносини є одночасно і добрими, і поганими.
Нижче наведено відеофрагмент цього діалогу «Теорії великого вибуху» між Шелдоном та Пенією.
Чи залишився кіт живим у результаті експерименту?
Для тих, хто неуважно читав статтю, але все одно переживає за кота — добрі новини: не переживайте, за нашими даними, внаслідок уявного експерименту божевільного австрійського фізика
ЖОДНИЙ КІТ не постраждав
Енциклопедичний YouTube
1 / 5
✪ 🔶 Кіт Шредінгера
✪ Фізика - Квантова теорія. Кіт Шредінгера і подвійна щілина.
✪ Кіт Шредінгера
✪ Кіт Шредінгера
✪ Кіт Шредінгера уявний експеримент у квантовій механіці
Субтитри
[музика] Австрійський фізик Ервін Шредінгер є одним із засновників квантової механіки. Однак він відомий завдяки тому, чого ніколи не робив - уявного експерименту, пов'язаного з котом. Він запропонував помістити кота у запечатаний контейнер разом із пристроєм, що має 50% шанс вбити його протягом години. Через годину вченому стало цікаво в якому ж стані знаходиться кіт? Здоровий глузд підказує, що той або живий, або мертвий. Але Шредінгер звернув увагу, що згідно з квантовою фізикою, в момент перед відкриттям контейнера, кіт рівнозначно живий і мертвий, одночасно. І тільки після відкриття контейнера, ми можемо побачити єдиний певний стан тварини. До цього він перебуває у стані невизначеності – наполовину в одному стані, наполовину – в іншому. Це здається абсурдним, на що і звернув увагу Шредінгер. Він виявив, що квантова фізика настільки філософськи суперечлива, що закинув теорію, яку сам допоміг створити і звернувся до робіт з біології. Незважаючи на абсурдність, експеримент Шредінгера вельми реальний. Понад те, важливість його безперечна. перебувати в двох станах одночасно, Якби квантові об'єкти не мали можливості то й не існувало б комп'ютера, за допомогою якого ви дивитеся це відео. Квантовий феномен Суперпозиції є наслідком двоїстого, матеріально-хвильового походження сущого. Для того щоб будь-який об'єкт мав властивості хвилі, він повинен простягатися на певну відстань. Тим самим він займе безліч позицій одночасно. Тим не менш, довжина хвилі будь-якого об'єкта, обмеженого невеликою ділянкою простору, не може бути однозначно визначена і об'єкт існує як безліч хвиль одночасно. Нам недоступні властивості повсякденних об'єктів, оскільки довжина хвилі зменшується тільки при збільшенні імпульсу. І кіт здається відносно великим та важким. Якщо взяти окремий атом і збільшити його до розмірів Сонячної системи, то довжина хвилі кота, що тікає від фізика, була б така мала, як і атом усередині Сонячної системи. Вона занадто мала для виявлення, тому ми ніколи не побачимо як кіт поводиться як хвиля. У той же час, мікрочастинка, така як електрон, може продемонструвати вражаючий доказ свого двоїстого походження. Якщо один за одним спрямовувати електрони крізь дві вузькі щілини в перешкоді, кожен електрон поводиться як частка, і в кінцевому підсумку виявляється в певному місці в кожний конкретний момент. Але якщо багаторазово повторювати цей експеримент, відстежуючи всі окремі результати, можна помітити, що електрони утворюють малюнок, який характерний для поведінки хвилі. Комбінації смуг - областей із безліччю електронів, відокремлених областями, де їх немає взагалі. Якщо заблокувати одну із щілин, смуги зникнуть. Це доводить, що малюнок є наслідком проходження кожного електрона крізь обидві щілини одночасно. Окремий електрон не визначає, відправитися йому ліворуч чи праворуч, він проходить зліва та праворуч одночасно. Ця Суперпозиція станів також приводить нас до сучасних технологій. Будь-який електрон, перебуваючи біля ядра в будь-якому атомі, існує у формі розподіленої хвилеподібної орбіти. При зближенні двох атомів електронам не доводиться вибирати тільки один атом, вони розподіляються між ними. У такий спосіб формуються хімічні зв'язки. Будь-який електрон у будь-якій молекулі пов'язаний не тільки з атомом А або Б, але з А та Б одночасно. При збільшенні кількості атомів електрони розподіляються ще далі, розподіляючись між великою кількістю атомів одночасно. У твердому тілі електрони пов'язані з конкретним атомом, вони розподіляються з-поміж них усіма, поширюючись більший обсяг простору. Ця гігантська Суперпозиція станів визначає способи, якими електрони рухаються крізь матерію, провідник, діелектрик або напівпровідник. Розуміння того, як електрони розподіляються між атомом, дозволяє максимально точно контролювати властивості напівпровідникових матеріалів, таких як кремній. Правильне комбінування різних напівпровідників дозволяє нам створювати транзистори на мініатюрному рівні – мільйони їх припадають на один комп'ютерний чіп. Такі чіпи та їх розподілені електрони допомагають працювати комп'ютеру, який ви використовуєте для перегляду відео. Згідно з старим жартом, інтернет існує з метою поширення відео про котиків. Насправді, на базовому рівні, інтернет завдячує своєму існуванню Австрійському фізику та його уявному коту.
Суть експерименту
Фактично Хокінг та інші фізики дотримуються думки, що «Копенгагенська школа» інтерпретації квантової механіки підкреслює роль спостерігача безпідставно. Остаточної єдності серед фізиків з цього питання все ще не досягнуто.
Розпаралелювання світів у кожен момент часу відповідає справжньому недетермінованого автомату на відміну від імовірнісного, коли на кожному кроці вибирається один із можливих шляхів залежно від їхньої ймовірності.
Парадокс Вігнера
Це ускладнений варіант експерименту Шредінгера. Юджин Вігнер ввів категорію «друзів». Після завершення досвіду експериментатор відкриває коробку та бачить живого кота. Вектор стану кота в момент відкриття коробки переходить у стан «ядро не розпалося, кіт живий». Таким чином, у лабораторії кіт визнаний живим. За межами лабораторії знаходиться друг. Другще не знає, чи живий кіт чи мертвий. Другвизнає кота живим лише тоді, коли експериментатор повідомить йому результат експерименту. Але всі інші друзіще не визнали кота живим і визнають тільки тоді, коли їм повідомлять результат експерименту. Таким чином, кота можна визнати повністю живим (або повністю мертвим) лише тоді, коли всі люди у всесвіті дізнаються про результат експерименту. До цього моменту в масштабі Великого Всесвіту кіт, згідно з Вігнером, залишається живим і мертвим одночасно.
(з точки зору копенгагенської інтерпретації буде проведено спостереження) і світло перейде в один із станів. Провівши статистичні проби світла на приймальному кінці кабелю, можна буде виявити, чи знаходиться світло в суперпозиції станів або над ним вже здійснено спостереження та передачу в інший пункт. Це уможливлює створення засобів зв'язку, які виключають непомітний перехоплення сигналу та підслуховування.
Експеримент (який у принципі може бути виконаний, хоча працюючі системи квантової криптографії, здатні передавати великі обсяги інформації, ще не створені) також показує, що «спостереження» в копенгагенській інтерпретації не має відношення до свідомості спостерігача, оскільки в даному випадку зміна статистики на кінці кабелю наводить абсолютно неживе відгалуження дроту.
Як пояснив нам Гейзенберг, через принцип невизначеності опис об'єктів квантового мікросвіту носить інший характер, ніж звичний опис об'єктів ньютонівського макросвіту. Замість просторових координат і швидкості, якими ми звикли описувати механічний рух, наприклад, кулі по більярдному столу, в квантовій механіці об'єкти описуються так званою хвильовою функцією. Гребінь «хвилі» відповідає максимальній ймовірності знаходження частки у просторі в момент виміру. Рух такої хвилі описується рівнянням Шредінгера, яке й говорить нам про те, як змінюється згодом стан квантової системи.
Тепер про кота. Всім відомо, що коти люблять ховатися в коробках. Ервін Шредінгер теж був у курсі. Більше того, з суто нордичним бузувірством він використав цю особливість у знаменитому уявному експерименті. Суть його полягала в тому, що в коробці з пекельною машиною замкнений кіт. Машина через реле приєднана до квантової системи, наприклад, радіоактивно розпадається речовини. Імовірність розпаду відома і становить 50%. Пекельна машина спрацьовує коли квантовий стан системи змінюється (відбувається розпад) і котик гине повністю. Якщо надати систему "Котик-коробка-пекельна машина-кванти" самій собі на одну годину і згадати, що стан квантової системи описується в термінах ймовірності, то стає зрозумілим, що дізнатися чи живий котик, в даний момент часу, напевно не вийде, так само, як не вийде точно передбачити падіння монети орлом або рішкою наперед. Парадокс дуже простий: хвильова функція, що описує квантову систему, змішує в собі два стани кота - він живий і мертвий одночасно, так само як пов'язаний електрон з рівною ймовірністю може перебувати в будь-якому місці простору, рівновіддаленого від атомного ядра. Якщо ми не відкриваємо коробки, ми не знаємо точно, як там котик. Не здійснивши спостереження (читай вимірювання) над атомним ядром ми можемо описати його стан тільки суперпозицією (змішенням) двох станів: ядра, що розпалося і не розпалося. Кіт, що знаходиться в ядерній залежності, і живий і мертвий одночасно. Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне?
Копенгагенська інтерпретація експерименту говорить нам про те, що система перестає бути змішанням станів і вибирає одне з них у той момент, коли відбувається спостереження, воно ж вимір (коробка відкривається). Тобто сам факт виміру змінює фізичну реальність, призводячи до колапсу хвильової функції (котик або стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого)! Вдумайтеся, експеримент та виміри, що його супутні, змінюють реальність навколо нас. Особисто мені цей факт виносить мозок набагато сильніше за алкоголь. Відомий Стів Хокінг теж важко переживає цей парадокс, повторюючи, що коли він чує про кота Шредінгера, його рука тягнеться до браунінгу. Гострота реакції видатного фізика-теоретика пов'язана з тим, що на його думку, роль спостерігача в колапсі хвильової функції (звалювання її до одного з двох імовірнісних) станів сильно перебільшена.
Звичайно, коли професор Ервін у далекому 1935 р. замислював своє кото-знущання це був дотепний спосіб показати недосконалість квантової механіки. Справді, кіт може бути живий і мертвий одночасно. В результаті однієї з інтерпретацій експерименту стала очевидність протиріччя законів макросвіту (наприклад, другого закону термодинаміки - кіт або живий, або мертвий) і мікросвіту (кіт живий і мертвий одночасно).
Вищеописане застосовується практично: в квантових обчисленнях і квантової криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що у суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це схлопне хвильову функцію (з точки зору копенгагенської інтерпретації буде проведено спостереження) і світло перейде в один із станів. Провівши статистичні проби світла на приймальному кінці кабелю, можна буде виявити, чи знаходиться світло в суперпозиції станів або над ним вже здійснено спостереження та передачу в інший пункт. Це уможливлює створення засобів зв'язку, які виключають непомітний перехоплення сигналу та підслуховування.
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.
Напевно, багато хто стикався з цим загадковим формулюванням. А більшість до кінця не могли зрозуміти, в чому справа. Кіт Шредінгера - це експеримент, який названий на прізвище творця, австрійського фізика та одного з основоположника квантової механіки. У нашому матеріалі ми просто і коротко розповідаємо про сенс експерименту. Навіщо він був потрібен?
Ервін Шредінгер - відомий фізик-теоретик. У 1935 році він вирішив провести віртуальний експеримент із котом. Все це, щоб довести, що копенгагенська інтерпретація суперпозиції (змішування двох станів) не зовсім вірна щодо квантової теорії.
У чому суть експерименту?
Шредінгер подумки поміщає живого кота в сталеву камеру разом із молотом, флаконом синильної кислоти та дуже невеликою кількістю радіоактивної речовини. Якщо хоча б один атом радіоактивної речовини розпадеться протягом випробувального періоду, механізм реле спустить молот. А ось той уже переверне флакон із отруйним газом і змусить кота померти.
Навіщо Шредінгер це вигадує?
У квантовій механіці вважається, що якщо за ядром ніхто і ніщо не спостерігає, він перебуває в змішаному, невизначеному стані. І розпався, і не розпався відразу. А от коли з'являється спостерігач, ядро опиняється в одному стані. До речі, експеримент Шредінгера мав на меті з'ясувати, в який саме момент «кіт одночасно мертвий і живий». А також коли виявляється конкретний стан. Вчений хоче довести, що квантова механіка неможлива без тонких деталей. А вони визначають, за яких умов трапляється колапс хвильової функції (зміна стану). А також визначають, коли об'єкт залишається в одному з можливих станів (не в кількох відразу).
Ервін Шредінгер хотів вказати на дивний висновок квантових теоретиків. Вони вважали, що проста людина може побачити справжній стан матерії неозброєним. Копенгагенська інтерпретація квантової фізики була домінуючою на той час. Вона вважала, що атоми або фотони існують у кількох станах в один момент (перебувають у суперпозиції) і не переходять у певне, поки вони не спостерігаються.
Експеримент Шредінгера говорить про те, що спостерігач не може знати, розпався атом речовини чи ні. До того ж, спостерігач не знає, чи розбився флакон і чи загинув кіт. Відповідно до копенгагенської інтерпретації, кіт буде живий і мертвий, поки хтось не загляне в коробку. У квантовій механіці здатність бути живою і мертвою доти, доки її не спостерігають, називається квантовою невизначеністю або парадоксом спостерігача. Логіка, що лежить в основі феномена спостерігача, полягає в тому, що спостереження можуть визначати результати.
Шредінгер погодився з тим, що суперпозиція існує. До речі, за його життя вчені змогли довести це, вивчаючи інтерференцію у світлових хвилях. Але він ставив питання про те, коли насправді суперпозиція змінюється певним станом. Експеримент Шредінгера змусив людей запитати себе. Чи дійсно можна визначити результат життя кота, відкривши коробку (подивитися на нього)?
Але чи буде кіт живий чи мертвий, навіть якщо коробку не відкривати?
Цим парадоксальним уявним експериментом Шредінгер довів помилковість копенгагенської інтерпретації у квантовій фізиці. Ця інтерпретація може спрацьовувати мікроскопічному рівні. Але до макроскопічного світу вона не має відношення (кіт узятий як приклад макроскопічного). Те, що вчені знали про природу матерії на мікроскопічному рівні і те, що люди спостерігають на макроскопічному рівні, ще не вивчено. Роль спостерігача залишається важливим питанням у вивченні квантової фізики та є нескінченним джерелом припущень.
До свого сорому хочу зізнатися, що чув цей вислів, але взагалі не знав що воно означає і хоча б по якій темі вживається. Давайте я вам розповім, що вичитав в інтернеті про цього кота…
« кіт Шредінгера» - так називається знаменитий мислений 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.
Оригінальна стаття Ервіна Шредінгера побачила світ 1935 року. Ось цитата:
Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Нехай який-небудь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною диявольською машиною (яка повинна бути незалежно від втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться крихітна кількість радіоактивної речовини, така невелика, що протягом години може розпастися тільки один атом, але з такою ж ймовірністю може і не розпастися; якщо ж це станеться, трубка, що зчитує, розряджається і спрацьовує реле, що спускає молот, який розбиває колбочку з синильною кислотою.
Якщо на годину надати всю цю систему самій собі, то можна сказати, що кіт буде живий після цього часу, якщо розпаду атома не відбудеться. Перший розпад атома отруїв би кота. Пси-функція системи в цілому виражатиме це, змішуючи в собі або розмазуючи живого і мертвого кота (вибачте за вираз) в рівних частках. Типовим у випадках є те, що невизначеність, спочатку обмежена атомним світом, перетворюється на макроскопічну невизначеність, яка може бути усунена шляхом прямого спостереження. Це заважає нам наївно прийняти «модель розмиття» як дійсність, що відображає. Саме собою це означає нічого незрозумілого чи суперечливого. Є різниця між нечітким або розфокусованим фото та знімком хмар або туману.
Іншими словами:
- Є ящик та кіт. У ящику є механізм, що містить радіоактивне атомне ядро та ємність з отруйним газом. Параметри експерименту підібрано так, що ймовірність розпаду ядра за 1 годину становить 50%. Якщо ядро розпадається, відкривається ємність із газом і кіт гине. Якщо розпаду ядра не відбувається - кіт залишається живий-здоровий.
- Закриваємо кота в ящик, чекаємо годину і запитуємо: чи живий кіт чи мертвий?
- Квантова ж механіка говорить нам, що атомне ядро (а отже і кіт) знаходиться у всіх можливих станах одночасно (див. квантова суперпозиція). Перш ніж ми відкрили ящик, система «кіт-ядро» перебуває у стані «ядро розпалося, кіт мертвий» з ймовірністю 50% і може «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.
Відповідно до квантової механіки, якщо над ядром атома не проводиться спостереження, його стан описується змішанням двох станів — ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику і втілює ядро атома, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор може побачити тільки якийсь один конкретний стан - "ядро розпалося, кіт мертвий" або "ядро не розпалося, кіт живий".
Суть людською мовою
Експеримент Шредінгера показав, що, з погляду квантової механіки, кіт одночасно і живий, і мертвий, чого не може бути. Отже, квантова механіка має суттєві вади.
Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне? Мета експерименту — показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, які вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого. Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, проміжного між життям і смертю), це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або нерозпалим (Вікіпедія).
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.
Ілюстрація Шредінгера є найкращим прикладом для опису головного парадоксу квантової фізики: згідно з її законами, частки, такі як електрони, фотони і навіть атоми існують у двох станах одночасно («живих» і «мертвих», якщо згадувати багатостраждального кота). Ці стани називаються суперпозиціями.
Американський фізик Арт Хобсон (Art Hobson) з університету Арканзасу (Arkansas State University) запропонував своє рішення цього феномена.
«Вимірювання в квантовій фізиці базуються на роботі деяких макроскопічних механізмів, таких як лічильник Гейгера, за допомогою яких визначається квантовий стан мікроскопічних систем - атомів, фотонів і електронів. Квантова теорія має на увазі, що якщо ви приєднаєте мікроскопічну систему (частку) до деякого макроскопічного пристрою, що розрізняє два різні стани системи, то прилад (лічильник Гейгера, наприклад) перейде в стан квантової заплутаності і теж виявиться одночасно у двох суперпозиціях. Однак неможливо спостерігати це явище безпосередньо, що робить його неприйнятним», – розповідає фізик.
Хобсон каже, що у парадоксі Шредінгера кіт грає роль макроскопічного приладу, лічильника Гейгера, приєднаного до радіоактивного ядра, визначення стану розпаду чи «нерозпаду» цього ядра. У такому разі живий кіт буде індикатором «нерозпаду», а мертвий кіт — показником розпаду. Але згідно з квантовою теорією, кіт, так само як і ядро, повинен перебувати у двох суперпозиціях життя та смерті.
Натомість, за словами фізика, квантовий стан кота має бути заплутаним із станом атома, що означає, що вони перебувають у «нелокальному зв'язку» один з одним. Тобто, якщо стан одного із заплутаних об'єктів раптово зміниться на протилежне, то стан його пари точно також зміниться, на якій відстані вони не перебували б. При цьому Хобсон посилається на експериментальні підтвердження цієї квантової теорії.
«Найцікавіше теоретично квантової заплутаності — це те, що зміна стану обох частинок відбувається миттєво: жодне світло чи електромагнітний сигнал не встиг би передати інформацію від однієї системи до іншої. Таким чином, можна сказати, що це один об'єкт, розділений на дві частини простором, і неважливо, наскільки велика відстань між ними», — пояснює Хобсон.
Кіт Шредінгера більше не живий і мертвий одночасно. Він мертвий, якщо станеться розпад, і живий, якщо розпад так і не станеться.
Додамо, що схожі варіанти вирішення цього феномена були запропоновані ще трьома групами вчених протягом останніх тридцять років, проте вони були сприйняті всерйоз і залишилися непоміченими у широких наукових колах. Хобсон зазначає, що рішення парадоксів квантової механіки, хоча б теоретичні, абсолютно необхідні її глибинного розуміння.
Шредінгер
А ось зовсім недавно ТЕОРЕТИКИ ПОЯСНИЛИ, ЯК ГРАВІТАЦІЯ ВБИВАЄ КОТА ШРЕДІНГЕРА,але це вже складніше...
Як правило, фізики пояснюють феномен того, що суперпозиція можлива у світі частинок, але неможлива з котами чи іншими макрооб'єктами, перешкодами навколишнього середовища. Коли квантовий об'єкт проходить крізь поле або взаємодіє з випадковими частинками, він відразу приймає лише один стан — начебто його виміряли. Саме так і руйнується суперпозиція, як вважали вчені.
Але навіть якщо якимось чином стало можливим ізолювати макрооб'єкт, що перебуває в стані суперпозиції, від взаємодій з іншими частинками та полями, то він все одно рано чи пізно прийняв би єдиний стан. Принаймні це вірно для процесів, що протікають на поверхні Землі.
«Десь у міжзоряному просторі, можливо, кіт і мав би шанс зберегти квантову когерентність, але на Землі чи поблизу будь-якої планети це вкрай малоймовірно. І причина цього — гравітація», — пояснює провідний автор нового дослідження Ігор Піковський (Igor Pikovski) із Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики.
Піковський та його колеги з Віденського університету стверджують, що гравітація має руйнівний вплив на квантові суперпозиції макрооб'єктів, і тому ми не спостерігаємо подібних явищ у макросвіті. Базова концепція нової гіпотези, до речі, стисло викладена в художньому фільмі «Інтерстеллар».
Ейнштейнівська загальна теорія відносності свідчить, що дуже потужний об'єкт викривлятиме поблизу себе простір-час. Розглядаючи ситуацію на дрібнішому рівні, можна сказати, що для молекули, вміщеної біля поверхні Землі, час йтиме трохи повільніше, ніж для тієї, що знаходиться на орбіті нашої планети.
Через вплив гравітації на простір-час молекула, що потрапила під цей вплив, зазнає відхилення у своєму становищі. А це, своєю чергою, має вплинути і на її внутрішню енергію — коливання частинок у молекулі, що змінюються з часом. Якщо молекулу ввести у стан квантової суперпозиції двох локацій, співвідношення між становищем і внутрішньої енергією незабаром змусило б молекулу «вибрати» лише одну з двох позицій у просторі.
"У більшості випадків явище декогеренції пов'язане із зовнішнім впливом, але в даному випадку внутрішнє коливання частинок взаємодіє з рухом самої молекули", - пояснює Піковський.
Цей ефект поки що ніхто не спостерігав, оскільки інші джерела декогеренції, такі як магнітні поля, теплове випромінювання та вібрації, як правило, набагато сильніші, і спричиняють руйнування квантових систем задовго до того, як це зробить гравітація. Але експериментатори прагнуть перевірити висловлену гіпотезу.
Подібна установка може бути використана для перевірки здатності гравітації руйнувати квантові системи. Для цього необхідно буде порівняти вертикальний і горизонтальний інтерферометри: у першому суперпозиція повинна незабаром зникнути через розтяг часу на різних «висота» шляху, тоді як у другому квантова суперпозиція може і зберегтися.
