Shredingerning mushuk paradoksi. Ma'nosini tushuntirish. Shredingerning mushuki - mashhur paradoksal tajriba Shredingerning fikrlash tajribasi
Yo'qotmang. Obuna bo'ling va elektron pochtangizdagi maqolaga havolani oling.
Shubhasiz, siz "Shrödingerning mushuki" kabi hodisa mavjudligini bir necha bor eshitgansiz. Ammo agar siz fizik bo'lmasangiz, unda, ehtimol, siz bu qanday mushuk ekanligini va nima uchun kerakligini uzoqdan tasavvur qilasiz.
« Shroedinger mushuki”- bu mashhur avstriyalik nazariy fizik Ervin Shredingerning mashhur fikrlash tajribasining nomi, u ham Nobel mukofoti sovrindori. Olim ushbu uydirma tajriba yordamida subatomik tizimlardan makroskopik tizimlarga o‘tishda kvant mexanikasining to‘liq emasligini ko‘rsatmoqchi bo‘ldi.
Ushbu maqolada Shredingerning mushuk va kvant mexanikasi haqidagi nazariyasining mohiyatini oddiy tilda tushuntirishga harakat qilinadi, shuning uchun u oliy texnik ma'lumotga ega bo'lmagan odam uchun ochiq bo'ladi. Maqolada tajribaning turli talqinlari, jumladan, Katta portlash nazariyasi seriyasidagi sharhlar ham taqdim etiladi.
Tajribaning tavsifi
Ervin Shredingerning asl maqolasi 1935 yilda nashr etilgan. Unda tajriba quyidagi yordamida tasvirlangan yoki hatto tasvirlangan:
Bundan tashqari, burlesk etarli bo'lgan holatlarni qurishingiz mumkin. Ba'zi mushukni po'lat kameraga va quyidagi shaytoniy mashinaga qamab qo'ying (bu mushukning aralashuviga bog'liq bo'lmagan bo'lishi kerak): Geiger hisoblagichining ichida juda oz miqdordagi radioaktiv moddalar mavjud bo'lib, unda faqat bitta atom parchalanishi mumkin. soat, lekin bir xil bilan ehtimollik yiqilmasligi mumkin; agar bu sodir bo'lsa, o'qish trubkasi zaryadsizlanadi va o'rni ishga tushiriladi, bolg'ani tushiradi, bu esa gidrosiyan kislotasi flakonini buzadi.
Agar bu butun tizimni bir soatga o'z holiga tashlab qo'ysak, atom parchalanmas ekan, bu vaqtdan keyin mushuk tirik bo'ladi, deb aytishimiz mumkin. Atomning birinchi parchalanishi mushukni zaharlagan bo'lardi. Butun tizimning psi-funktsiyasi buni o'z-o'zidan aralashtirish yoki tirik va o'lik mushukni (ifodani kechirish) teng nisbatda bo'yash orqali ifodalaydi. Bunday hollarda odatiy hol shundaki, dastlab atom dunyosi bilan chegaralangan noaniqlik to'g'ridan-to'g'ri kuzatish orqali bartaraf etilishi mumkin bo'lgan makroskopik noaniqlikka aylanadi. Bu bizga “loyqalik modeli”ni voqelikni aks ettiruvchi sifatida soddalik bilan qabul qilishimizga to‘sqinlik qiladi. O'z-o'zidan, bu tushunarsiz yoki qarama-qarshilikni anglatmaydi. Loyqa yoki fokussiz surat bilan bulutli yoki tumanli surat o‘rtasida farq bor.
Boshqa so'z bilan:
- Bir quti va mushuk bor. Qutida radioaktiv atom yadrosi va zaharli gaz idishi bo'lgan mexanizm mavjud. Eksperimental parametrlar shunday tanlanadiki, yadroning 1 soat ichida parchalanish ehtimoli 50% ni tashkil qiladi. Agar yadro parchalansa, gaz idishi ochiladi va mushuk o'ladi. Agar yadroning parchalanishi sodir bo'lmasa, mushuk tirik va yaxshi bo'lib qoladi.
- Biz mushukni qutiga yopamiz, bir soat kutamiz va o'zimizga savol beramiz: mushuk tirikmi yoki o'likmi?
- Kvant mexanikasi, xuddi atom yadrosi (va shuning uchun mushuk) bir vaqtning o'zida barcha mumkin bo'lgan holatlarda ekanligini aytadi (qarang: kvant superpozitsiyasi). Qutini ochishimizdan oldin "mushuk yadrosi" tizimi 50% ehtimollik bilan "yadro chirigan, mushuk o'lgan" holatida va "yadro parchalanmagan, mushuk tirik" holatida. 50% ehtimollik bilan. Ma’lum bo‘lishicha, qutida o‘tirgan mushuk bir vaqtning o‘zida ham tirik, ham o‘likdir.
- Zamonaviy Kopengagen talqiniga ko'ra, mushuk hali ham oraliq holatlarsiz tirik / o'likdir. Va yadroning parchalanish holatini tanlash qutini ochish paytida emas, balki yadro detektorga kirganda ham sodir bo'ladi. Chunki «mushuk-detektor-yadro» sistemasining to`lqin funksiyasining kamayishi qutining odam kuzatuvchisi bilan bog`liq emas, balki yadroning detektor-kuzatuvchisi bilan bog`liq.
Oddiy so'zlar bilan tushuntirish
Kvant mexanikasiga ko'ra, agar atomning yadrosi kuzatilmasa, uning holati ikki holatning aralashmasi bilan tavsiflanadi - chirigan yadro va parchalanmagan yadro, shuning uchun qutida o'tirgan va atom yadrosini aks ettiruvchi mushuk. bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik. Agar quti ochilgan bo'lsa, unda eksperimentator faqat bitta aniq holatni ko'rishi mumkin - "yadro parchalangan, mushuk o'lgan" yoki "yadro parchalanmagan, mushuk tirik".
Inson tilidagi mohiyat: Shredinger tajribasi shuni ko'rsatdiki, kvant mexanikasi nuqtai nazaridan mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'likdir, bu bo'lishi mumkin emas. Binobarin, kvant mexanikasida sezilarli kamchiliklar mavjud.
Savol tug'iladi: tizim qachon ikki holatning aralashmasi sifatida mavjud bo'lishni to'xtatadi va bitta aniq birini tanlaydi? Tajribaning maqsadi kvant mexanikasi to'liq emasligini ko'rsatishdan iborat bo'lib, to'lqin funksiyasi qanday sharoitda qulashi va mushuk yo o'lib qoladi yoki tirik qoladi, lekin ikkalasining aralashmasi bo'lishni to'xtatadi. Mushukning tirik yoki o'lik bo'lishi kerakligi aniq bo'lgani uchun (hayot va o'lim o'rtasida oraliq holat yo'q), bu atom yadrosi uchun ham xuddi shunday bo'ladi. Bu, albatta, bo'linishi yoki buzilmasligi kerak (Vikipediya).
Katta portlash nazariyasidan video
Shredingerning fikrlash tajribasining yana bir eng so'nggi talqini - bu "Katta portlash nazariyasi" seriyasining qahramoni Sheldon Kuperning hikoyasi, u kam ma'lumotli qo'shnisi Penni bilan gaplashdi. Sheldon hikoyasining mohiyati shundaki, Shredingerning mushuki tushunchasini odamlar o'rtasidagi munosabatlarga qo'llash mumkin. Erkak va ayol o'rtasida nima sodir bo'layotganini, ular o'rtasida qanday munosabat borligini tushunish uchun: yaxshi yoki yomon, faqat qutini ochishingiz kerak. Ungacha munosabatlar ham yaxshi, ham yomon.
Quyida Sheldon va Peny o'rtasidagi Katta portlash nazariyasi suhbatining videoklipi keltirilgan.
Tajriba natijasida mushuk hali ham tirikmidi?
Maqolani diqqat bilan o'qimagan, lekin hali ham mushuk haqida qayg'urayotganlar uchun - yaxshi yangilik: bizning ma'lumotlarimizga ko'ra, avstriyalik aqldan ozgan fizikning fikrlash tajribasi natijasida tashvishlanmang.
HECH QANDAY MUSHUKLAR JARAROLANMAGAN
Entsiklopedik YouTube
1 / 5
✪ 🔶 Shredingerning mushuki
✪ Fizika - Kvant nazariyasi. Shredingerning mushuki va qo'sh tirqish.
✪ Shredingerning mushuki
✪ Shredingerning mushuki
✪ Shredingerning mushuki kvant mexanikasida fikrlash tajribasi
Subtitrlar
[musiqa] Avstriyalik fizik Ervin Shredinger kvant mexanikasi asoschilaridan biridir. Biroq, u hech qachon qilmagan ishi bilan mashhur - mushuk ishtirokidagi fikrlash tajribasi. U mushukni bir soat ichida o'ldirish ehtimoli 50% bo'lgan qurilma bilan birga yopiq idishga solib qo'yishni taklif qildi. Bir soat o'tgach, olim mushuk qanday holatda ekanligiga hayron bo'ldi? Sog'lom aql uning tirik yoki o'lik ekanligini ta'kidlaydi. Ammo Shredinger kvant fizikasiga ko'ra, idish ochilishidan oldin, mushuk bir vaqtning o'zida bir xil darajada tirik va o'lik ekanligini payqadi. Va faqat idishni ochgandan so'ng, biz hayvonning yagona aniq holatini ko'rishimiz mumkin. Undan oldin u noaniqlik holatida - yarmi bir holatda, yarmi boshqa holatda. Bu bema'ni ko'rinadi, Shredinger ta'kidlaganidek. U kvant fizikasi falsafiy jihatdan shu qadar nomuvofiq ekanligini aniqladiki, u yaratishga yordam bergan nazariyadan voz kechdi va biologiyaga murojaat qildi. Shredingerning tajribasi bema'ni ko'rinishiga qaramay, juda haqiqatdir. Bundan tashqari, uning ahamiyati shubhasizdir. bir vaqtning o'zida ikkita holatda bo'lish.Agar kvant ob'ektlari imkoniyati bo'lmaganida, siz ushbu videoni ko'rayotgan kompyuter bo'lmaydi. Superpozitsiyaning kvant hodisasi borliqning ikki tomonlama, moddiy-to'lqinli kelib chiqishi natijasidir. Har qanday ob'ekt to'lqin xususiyatlariga ega bo'lishi uchun u ma'lum masofani uzaytirishi kerak. Shunday qilib, u bir vaqtning o'zida ko'plab lavozimlarni egallaydi. Biroq, kosmosning kichik maydoni bilan cheklangan har qanday ob'ektning to'lqin uzunligini yagona aniqlab bo'lmaydi va ob'ekt bir vaqtning o'zida shuncha ko'p to'lqinlar mavjud. Kundalik narsalarning to'lqinlarining xususiyatlari biz uchun mavjud emas, chunki to'lqin uzunligi faqat ortib borayotgan impuls bilan kamayadi. Va mushuk nisbatan katta va og'ir ko'rinadi. Agar siz bitta atomni olib, uni quyosh tizimining o'lchamiga qadar kattalashtirsangiz, fizikdan qochib ketayotgan mushukning to'lqin uzunligi bunday quyosh tizimining ichidagi atom kabi kichik bo'ladi. Uni aniqlash uchun juda kichik, shuning uchun biz mushukning o'zini to'lqin kabi tutishini hech qachon ko'rmaymiz. Shu bilan birga, mikrozarracha, masalan, elektron, uning ikki tomonlama kelib chiqishining ta'sirchan dalillarini ko'rsatishi mumkin. Agar to'siqdagi ikkita tor bo'shliqdan birin-ketin elektronlar yuborilsa, har bir elektron o'zini zarracha kabi tutadi va istalgan vaqtda ma'lum bir joyda tugaydi. Ammo agar siz ushbu tajribani ko'p marta takrorlasangiz, barcha individual natijalarni kuzatsangiz, elektronlar to'lqin harakati uchun xos bo'lgan naqsh hosil qilishini sezasiz. Bantlar birikmalari - ko'p elektronli maydonlar, ular umuman bo'lmagan joylar bilan ajratilgan. Agar siz slotlardan birini to'sib qo'ysangiz, chiziqlar yo'qoladi. Bu naqsh har bir elektronning bir vaqtning o'zida ikkala teshikdan o'tishining natijasi ekanligini isbotlaydi. Shaxsiy elektron chapga yoki o'ngga borishni aniqlamaydi, u bir vaqtning o'zida chapga va o'ngga ketadi. Davlatlarning bu superpozitsiyasi bizni zamonaviy texnologiyalarga ham olib keladi. Har qanday elektron har qanday atomda yadro yaqinida joylashgan bo'lib, taqsimlangan, to'lqinli orbita shaklida mavjud. Ikki atom yaqinlashganda, elektronlar faqat bitta atomni tanlashi shart emas, ular o'rtasida taqsimlanadi. Kimyoviy bog'lanishlar shu tarzda hosil bo'ladi. Har qanday molekuladagi har qanday elektron faqat A yoki B atomlari bilan emas, balki bir vaqtning o'zida A va B bilan bog'langan. Atomlar soni ortishi bilan elektronlar yanada tarqalib, bir vaqtning o'zida ko'proq atomlar orasida tarqaladi. Qattiq jismda elektronlar ma'lum bir atom bilan bog'lanmaydi, ular barcha o'rtasida taqsimlanadi va katta hajmdagi bo'shliqqa tarqaladi. Holatlarning bu ulkan superpozitsiyasi elektronlarning materiya bo'ylab harakatlanish yo'llarini, u o'tkazgich, dielektrik yoki yarim o'tkazgich bo'ladimi, aniqlaydi. Elektronlarning atom o'rtasida qanday taqsimlanishini tushunish kremniy kabi yarimo'tkazgichli materiallarning xususiyatlarini eng aniq nazorat qilish imkonini beradi. Turli xil yarimo'tkazgichlarning to'g'ri kombinatsiyasi bizga miniatyura darajasida tranzistorlarni yaratishga imkon beradi - bitta kompyuter chipida ularning millionlablari mavjud. Ushbu chiplar va ularning taqsimlangan elektronlari ushbu videoni tomosha qilishda foydalanadigan kompyuteringizga yordam beradi. Qadimgi hazilga ko'ra, Internet mushuk videolarini tarqatish uchun mavjud. Aslida, asosiy darajada, internet avstriyalik fizik va uning xayoliy mushukiga qarzdor.
Eksperimentning mohiyati
Aslida, Xoking va boshqa ko'plab fiziklarning fikricha, kvant mexanikasini talqin qilishning "Kopengagen maktabi" kuzatuvchi rolini asossiz ravishda ta'kidlaydi. Bu masala bo'yicha fiziklar o'rtasida yakuniy birlikka hali erishilmagan.
Vaqtning har bir lahzasida olamlarning parallellashuvi, ehtimollikdan farqli o'laroq, haqiqiy deterministik bo'lmagan avtomatga to'g'ri keladi, har bir bosqichda ularning ehtimoliga qarab mumkin bo'lgan yo'llardan biri tanlangan.
Vigner paradoksi
Bu Shredinger tajribasining murakkab versiyasidir. Eugene Wigner "do'stlar" toifasini kiritdi. Tajribani tugatgandan so'ng, eksperimentator qutini ochadi va tirik mushukni ko'radi. Qutini ochish paytida mushukning davlat vektori "yadro parchalanmagan, mushuk tirik" holatiga o'tadi. Shunday qilib, laboratoriyada mushuk tirik deb tan olindi. Laboratoriya tashqarisida Do'stim. Do'stim hali mushuk tirik yoki o'lik ekanligini bilmaydi. Do'stim eksperimentator unga tajriba natijasi haqida xabar bergandagina mushukni tirik deb tan oladi. Ammo boshqalar Do'stlar mushuk hali tirik deb tan olinmagan va ular buni faqat tajriba natijasi haqida ma'lum qilganda tan oladilar. Shunday qilib, koinotdagi barcha odamlar tajriba natijasini bilsalargina, mushukni butunlay tirik (yoki butunlay o'lik) deb hisoblash mumkin. Shu paytgacha, Katta Koinot miqyosida mushuk, Vignerning so'zlariga ko'ra, bir vaqtning o'zida tirik va o'lik bo'lib qoladi.
(Kopengagen talqini nuqtai nazaridan, kuzatish amalga oshiriladi) va yorug'lik shtatlardan biriga kiradi. Kabelning qabul qiluvchi uchida yorug'likning statistik sinovlarini o'tkazgandan so'ng, yorug'lik holatlarning superpozitsiyasida yoki u allaqachon kuzatilgan va boshqa nuqtaga uzatilganligini aniqlash mumkin bo'ladi. Bu sezilmaydigan signalni ushlab turish va tinglashni istisno qiladigan aloqa vositalarini yaratishga imkon beradi.
Tajriba (uni printsipial jihatdan amalga oshirish mumkin, garchi kvant kriptografiyasining katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatishga qodir bo'lgan ishchi tizimlari hali yaratilmagan bo'lsa-da) Kopengagen talqinidagi "kuzatish" ning kuzatuvchining ongiga hech qanday aloqasi yo'qligini ko'rsatadi. chunki bu holda statistik ma'lumotlarning kabelning oxirigacha o'zgarishi simning butunlay jonsiz filialiga olib keladi.
Geyzenberg bizga tushuntirganidek, noaniqlik printsipi tufayli kvant mikrodunyosidagi ob'ektlarning tavsifi Nyuton makrokosmosidagi ob'ektlarning odatiy tavsifidan boshqacha xarakterga ega. Biz, masalan, bilyard stolidagi to'pning mexanik harakatini tasvirlash uchun ishlatgan fazoviy koordinatalar va tezlik o'rniga, kvant mexanikasida ob'ektlar to'lqin funktsiyasi deb ataladigan narsa bilan tavsiflanadi. "To'lqin" ning tepasi o'lchov momentida kosmosda zarrachani topishning maksimal ehtimoliga mos keladi. Bunday to'lqinning harakati Shredinger tenglamasi bilan tavsiflanadi, bu bizga kvant tizimining holati vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarishini aytadi.
Endi mushuk haqida. Mushuklar qutilarga yashirishni yaxshi ko'rishini hamma biladi (). Ervin Shredinger ham xabardor edi. Bundan tashqari, sof shimoliy vahshiylik bilan u bu xususiyatdan mashhur fikrlash tajribasida foydalangan. Uning mohiyati shundaki, mushuk do'zax mashinasi bilan qutiga qamalgan. Mashina rele orqali kvant tizimiga, masalan, radioaktiv parchalanadigan moddaga ulanadi. Parchalanish ehtimoli ma'lum va 50% ni tashkil qiladi. Jahannam mashinasi tizimning kvant holati o'zgarganda (parchalanish sodir bo'lganda) ishlaydi va mushuk butunlay o'ladi. Agar siz "Mushuk-quti-do'zax mashinasi-kvanta" tizimini bir soat davomida o'zingizga qoldirsangiz va kvant tizimining holati ehtimollik nuqtai nazaridan tasvirlanganligini eslasangiz, mushukning mushuk bor-yo'qligini aniqlashning iloji yo'qligi ayon bo'ladi. ma'lum bir vaqtda tirikmi yoki yo'qmi, xuddi tanganing bosh yoki dumga tushishini oldindan bashorat qilish aniq ishlamaydi. Paradoks juda oddiy: kvant tizimini tavsiflovchi to‘lqin funksiyasi mushukning ikki holatini aralashtirib yuboradi – u bir vaqtning o‘zida tirik va o‘likdir, xuddi shunday ehtimollik bilan bog‘langan elektron atom yadrosidan teng masofada joylashgan fazoning istalgan joyida joylashishi mumkin. Agar biz qutini ochmasak, mushukning qandayligini aniq bilmaymiz. Atom yadrosida kuzatuvlar (o'lchovlarni o'qing)siz, biz uning holatini faqat ikkita holatning superpozitsiyasi (aralashmasi) orqali tasvirlashimiz mumkin: chirigan va parchalanmagan yadro. Yadroga qaram mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'likdir. Savol tug'iladi: tizim qachon ikki holatning aralashmasi sifatida mavjud bo'lishni to'xtatadi va bitta aniq birini tanlaydi?
Tajribaning Kopengagen talqini shuni ko'rsatadiki, tizim holatlar aralashmasi bo'lishni to'xtatadi va kuzatish sodir bo'lgan paytda ulardan birini tanlaydi, bu ham o'lchovdir (quti ochiladi). Ya'ni, o'lchov faktining o'zi jismoniy haqiqatni o'zgartirib, to'lqin funktsiyasining qulashiga olib keladi (mushuk yo o'ladi yoki tirik qoladi, lekin ikkalasining aralashmasi bo'lishni to'xtatadi)! O'ylab ko'ring, tajriba va u bilan birga keladigan o'lchovlar atrofimizdagi haqiqatni o'zgartiradi. Shaxsan, bu fakt mening miyamni spirtli ichimliklarga qaraganda ancha kuchli qiladi. Mashhur Stiv Xoking ham bu paradoksni qattiq qabul qilib, Shredingerning mushugi haqida eshitgach, qo‘li Brauningga yetib borishini takrorlaydi. Ajoyib nazariy fizik reaksiyasining keskinligi, uning fikricha, to'lqin funksiyasining yemirilishida (uni ikkita ehtimollik holatidan biriga tushirish) kuzatuvchining roli juda bo'rttirilganligi bilan bog'liq.
Albatta, 1935 yilda professor Ervin o'zining mushuk firibgarligini tasavvur qilganida, bu kvant mexanikasining nomukammalligini ko'rsatishning aqlli usuli edi. Darhaqiqat, mushuk bir vaqtning o'zida tirik va o'lik bo'lishi mumkin emas. Natijada, eksperimentning talqinlaridan biri makrodunyo qonunlari (masalan, termodinamikaning ikkinchi qonuni - mushuk tirik yoki o'lik) va mikro dunyo (mushuk - bu) o'rtasidagi aniq ziddiyat edi. bir vaqtning o'zida tirik va o'lik).
Yuqoridagilar amalda qo'llaniladi: kvant hisoblashda va kvant kriptografiyasida. Optik tolali kabel ikki holatning superpozitsiyasida bo'lgan yorug'lik signalini yuboradi. Agar tajovuzkorlar o'rtadagi biror joyda kabelga ulansa va uzatilgan ma'lumotni tinglash uchun u erga signal teginsa, bu to'lqin funktsiyasini buzadi (Kopengagen talqini nuqtai nazaridan, kuzatuv amalga oshiriladi) va yorug'lik shtatlardan biriga tushadi. Kabelning qabul qiluvchi uchida yorug'likning statistik sinovlarini o'tkazgandan so'ng, yorug'lik holatlarning superpozitsiyasida yoki u allaqachon kuzatilgan va boshqa nuqtaga uzatilganligini aniqlash mumkin bo'ladi. Bu sezilmaydigan signalni ushlab turish va tinglashni istisno qiladigan aloqa vositalarini yaratishga imkon beradi.
Shredingerning fikrlash tajribasining yana bir eng so'nggi talqini - bu "Katta portlash nazariyasi" seriyasining qahramoni Sheldon Kuperning hikoyasi, u kam ma'lumotli qo'shnisi Penni bilan gaplashdi. Sheldon hikoyasining mohiyati shundaki, Shredingerning mushuki tushunchasini odamlar o'rtasidagi munosabatlarga qo'llash mumkin. Erkak va ayol o'rtasida nima sodir bo'layotganini, ular o'rtasida qanday munosabat borligini tushunish uchun: yaxshi yoki yomon, faqat qutini ochishingiz kerak. Ungacha munosabatlar ham yaxshi, ham yomon.
Albatta, ko'pchilik bu sirli formulaga duch kelgan. Ko'pchilik esa ishning mohiyati nimada ekanligini to'liq tushuna olmadi. Shredingerning mushuki - bu tajriba bo'lib, uning yaratuvchisi, avstriyalik fizik va kvant mexanikasi asoschilaridan biri sharafiga nomlangan. Bizning materialimizda biz eksperimentning ma'nosi haqida oddiy va qisqacha gapiramiz. Bu nima uchun edi?
Ervin Shredinger - mashhur nazariy fizik. 1935 yilda u mushuk bilan virtual tajriba o'tkazishga qaror qildi. Bularning barchasi superpozitsiyaning Kopengagen talqini (ikki holatni aralashtirish) kvant nazariyasiga nisbatan mutlaqo to'g'ri emasligini isbotlash uchun.
Tajribaning mohiyati nimada?
Shredinger aqliy ravishda tirik mushukni bolg'a, gidrosiyan kislotasi flakon va juda oz miqdordagi radioaktiv moddalar bilan birga po'lat kameraga joylashtiradi. Sinov davrida radioaktiv moddaning bitta atomi ham parchalansa, o'rni mexanizmi bolg'ani chiqaradi. Ammo u zaharli gaz solingan flakonni aylantirib, mushukni o'ldiradi.
Nega Shredinger buni o'ylab topdi?
Kvant mexanikasida, agar yadroni hech kim va hech narsa kuzatmasa, u aralash, noaniq holatda bo'ladi, deb ishoniladi. Ikkalasi ham ajralishdi va birdaniga ajralishmadi. Ammo kuzatuvchi paydo bo'lganda, yadro davlatlardan birida o'zini topadi. Aytgancha, Shredingerning tajribasi aynan qaysi daqiqada “mushuk ham o‘lik, ham tirik” ekanligini aniqlashdan iborat edi. Va shuningdek, ma'lum bir holat aniqlanganda. Olim kvant mexanikasi nozik detallarsiz mumkin emasligini isbotlamoqchi. Va ular qanday sharoitlarda to'lqin funktsiyasining qulashi (holat o'zgarishi) sodir bo'lishini aniqlaydilar. Shuningdek, ob'ekt mumkin bo'lgan holatlardan birida (bir vaqtning o'zida bir nechta emas) qachon qolishini aniqlang.
Ervin Shredinger kvant nazariyotchilarining g'alati xulosasini ta'kidlamoqchi edi. Ular oddiy odam materiyaning haqiqiy holatini yalang'och ko'z bilan ko'ra olishiga ishonishgan. O'sha paytda kvant fizikasining Kopengagen talqini ustun edi. Uning fikricha, atomlar yoki fotonlar bir vaqtning o'zida bir nechta holatda mavjud (ular superpozitsiyada) va ular kuzatilmaguncha ma'lum bir holatga o'tmaydi.
Shredinger tajribasi shuni ko'rsatadiki, kuzatuvchi moddaning atomi parchalanganmi yoki yo'qligini bila olmaydi. Bundan tashqari, kuzatuvchi flakon singanmi va mushuk o'lganmi yoki yo'qligini bilmaydi. Kopengagen talqiniga ko'ra, kimdir qutiga qaramaguncha mushuk tirik va o'lik bo'ladi. Kvant mexanikasida kuzatilgunga qadar tirik va o'lik bo'lish qobiliyati kvant noaniqligi yoki kuzatuvchining paradoksi deb ataladi. Kuzatuvchi paradoksi ortidagi mantiq shundan iboratki, kuzatishlar natijalarni aniqlay oladi.
Shredinger superpozitsiya mavjudligiga rozi bo'ldi. Aytgancha, uning hayoti davomida olimlar yorug'lik to'lqinlaridagi interferensiyani o'rganish orqali buni isbotlay oldilar. Ammo u superpozitsiya qachon ma'lum bir holatga o'zgarganini qiziqtirdi. Shredingerning tajribasi odamlarni hayratda qoldirdi. Mushukning hayotining natijasini qutichani ochib (uga qarab) aniqlash mumkinmi?
Ammo quti ochilmasa ham mushuk tirik bo'ladimi yoki o'likmi?
Ushbu paradoksal fikrlash tajribasi bilan Shredinger kvant fizikasida Kopengagen talqinining noto'g'ri ekanligini isbotladi. Ushbu talqin mikroskopik darajada ishlashi mumkin. Ammo buning makroskopik dunyoga hech qanday aloqasi yo'q (mushuk makroskopik misol sifatida olingan). Olimlarning mikroskopik darajada materiyaning tabiati haqida bilishi va odamlarning makroskopik darajada kuzatishi hali to'liq tushunilmagan. Kuzatuvchining roli kvant fizikasini o'rganishda muhim masala bo'lib qolmoqda va cheksiz taxminlar manbai hisoblanadi.
Sharmandalik uchun, men bu iborani eshitganimni tan olmoqchiman, lekin u nimani anglatishini va hech bo'lmaganda qaysi mavzuda ishlatilganini bilmasdim. Men sizga bu mushuk haqida Internetda o'qiganlarimni aytib beraman ...
« Shroedinger mushuki» - bu mashhur avstriyalik nazariy fizik Ervin Shredingerning mashhur fikrlash tajribasining nomi, u ham Nobel mukofoti sovrindori. Olim ushbu uydirma tajriba yordamida subatomik tizimlardan makroskopik tizimlarga o‘tishda kvant mexanikasining to‘liq emasligini ko‘rsatmoqchi bo‘ldi.
Ervin Shredingerning asl maqolasi 1935 yilda nashr etilgan. Mana iqtibos:
Bundan tashqari, burlesk etarli bo'lgan holatlarni qurishingiz mumkin. Ba'zi mushukni po'lat kameraga va quyidagi shaytoniy mashinaga qamab qo'ying (bu mushukning aralashuviga bog'liq bo'lmagan bo'lishi kerak): Geiger hisoblagichining ichida juda oz miqdordagi radioaktiv moddalar mavjud bo'lib, unda faqat bitta atom parchalanishi mumkin. soat, lekin bir xil bilan ehtimollik yiqilmasligi mumkin; agar bu sodir bo'lsa, o'qish trubkasi zaryadsizlanadi va o'rni ishga tushiriladi, bolg'ani tushiradi, bu esa gidrosiyan kislotasi flakonini buzadi.
Agar bu butun tizimni bir soatga o'z holiga tashlab qo'ysak, atom parchalanmas ekan, bu vaqtdan keyin mushuk tirik bo'ladi, deb aytishimiz mumkin. Atomning birinchi parchalanishi mushukni zaharlagan bo'lardi. Butun tizimning psi-funktsiyasi buni o'z-o'zidan aralashtirish yoki tirik va o'lik mushukni (ifodani kechirish) teng nisbatda bo'yash orqali ifodalaydi. Bunday hollarda odatiy hol shundaki, dastlab atom dunyosi bilan chegaralangan noaniqlik to'g'ridan-to'g'ri kuzatish orqali bartaraf etilishi mumkin bo'lgan makroskopik noaniqlikka aylanadi. Bu bizga “loyqalik modeli”ni voqelikni aks ettiruvchi sifatida soddalik bilan qabul qilishimizga to‘sqinlik qiladi. O'z-o'zidan, bu tushunarsiz yoki qarama-qarshilikni anglatmaydi. Loyqa yoki fokussiz surat bilan bulutli yoki tumanli surat o‘rtasida farq bor.
Boshqa so'z bilan:
- Bir quti va mushuk bor. Qutida radioaktiv atom yadrosi va zaharli gaz idishi bo'lgan mexanizm mavjud. Eksperimental parametrlar shunday tanlanadiki, yadroning 1 soat ichida parchalanish ehtimoli 50% ni tashkil qiladi. Agar yadro parchalansa, gaz idishi ochiladi va mushuk o'ladi. Agar yadro parchalanmasa, mushuk tirik va yaxshi qoladi.
- Biz mushukni qutiga yopamiz, bir soat kutamiz va o'zimizga savol beramiz: mushuk tirikmi yoki o'likmi?
- Kvant mexanikasi, xuddi atom yadrosi (va shuning uchun mushuk) bir vaqtning o'zida barcha mumkin bo'lgan holatlarda ekanligini aytadi (qarang: kvant superpozitsiyasi). Biz qutini ochishimizdan oldin, mushuk yadrosi tizimi 50% ehtimollik bilan "yadro chirigan, mushuk o'lgan" holatida va "yadro chirimagan, mushuk tirik" holatida. ehtimoli 50%. Ma’lum bo‘lishicha, qutida o‘tirgan mushuk bir vaqtning o‘zida ham tirik, ham o‘likdir.
- Zamonaviy Kopengagen talqiniga ko'ra, mushuk hali ham oraliq holatlarsiz tirik / o'likdir. Va yadroning parchalanish holatini tanlash qutini ochish paytida emas, balki yadro detektorga kirganda ham sodir bo'ladi. Chunki «mushuk-detektor-yadro» sistemasining to`lqin funksiyasining kamayishi qutining odam kuzatuvchisi bilan bog`liq emas, balki yadroning detektor-kuzatuvchisi bilan bog`liq.
Kvant mexanikasiga ko'ra, agar atomning yadrosi kuzatilmasa, uning holati ikki holatning aralashmasi bilan tavsiflanadi - chirigan yadro va parchalanmagan yadro, shuning uchun qutida o'tirgan va atom yadrosini aks ettiruvchi mushuk. bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik. Agar quti ochilsa, eksperimentator faqat bitta aniq holatni ko'rishi mumkin - "yadro parchalangan, mushuk o'lgan" yoki "yadro parchalanmagan, mushuk tirik".
Inson tilining mohiyati
Shredinger tajribasi shuni ko'rsatdiki, kvant mexanikasi nuqtai nazaridan mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'likdir, bu bo'lishi mumkin emas. Binobarin, kvant mexanikasida sezilarli kamchiliklar mavjud.
Savol tug'iladi: tizim qachon ikki holatning aralashmasi sifatida mavjud bo'lishni to'xtatadi va bitta aniq birini tanlaydi? Tajribaning maqsadi kvant mexanikasi to'liq emasligini ko'rsatishdan iborat bo'lib, to'lqin funksiyasi qanday sharoitda qulashi va mushuk yo o'lib qoladi yoki tirik qoladi, lekin ikkalasining aralashmasi bo'lishni to'xtatadi. Mushukning tirik yoki o'lik bo'lishi kerakligi aniq bo'lgani uchun (hayot va o'lim o'rtasida oraliq holat yo'q), bu atom yadrosi uchun ham xuddi shunday bo'ladi. Bu, albatta, bo'linishi yoki buzilmasligi kerak (Vikipediya).
Shredingerning fikrlash tajribasining yana bir eng so'nggi talqini - bu "Katta portlash nazariyasi" seriyasining qahramoni Sheldon Kuperning hikoyasi, u kam ma'lumotli qo'shnisi Penni bilan gaplashdi. Sheldon hikoyasining mohiyati shundaki, Shredingerning mushuki tushunchasini odamlar o'rtasidagi munosabatlarga qo'llash mumkin. Erkak va ayol o'rtasida nima sodir bo'layotganini, ular o'rtasida qanday munosabat borligini tushunish uchun: yaxshi yoki yomon, faqat qutini ochishingiz kerak. Ungacha munosabatlar ham yaxshi, ham yomon.
Quyida Sheldon va Peny o'rtasidagi Katta portlash nazariyasi suhbatining videoklipi keltirilgan.
Shredingerning illyustratsiyasi kvant fizikasining asosiy paradoksini tasvirlashning eng yaxshi namunasidir: uning qonunlariga ko'ra, elektronlar, fotonlar va hatto atomlar kabi zarralar bir vaqtning o'zida ikkita holatda ("tirik" va "o'lik", agar esingizda bo'lsa) mavjud. sabrli mushuk). Bu holatlar superpozitsiya deb ataladi.
Arkanzas universitetidan (Arkanzas shtat universiteti) amerikalik fizik Art Xobson (Art Xobson) ushbu paradoksga o'z yechimini taklif qildi.
“Kvant fizikasidagi oʻlchovlar mikroskopik tizimlar — atomlar, fotonlar va elektronlarning kvant holatini aniqlaydigan Geiger hisoblagichi kabi maʼlum makroskopik qurilmalarning ishlashiga asoslanadi. Kvant nazariyasi shuni anglatadiki, agar siz mikroskopik tizimni (zarrachani) tizimning ikki xil holatini ajratib turadigan ba'zi bir makroskopik qurilmaga ulasangiz, u holda qurilma (masalan, Geiger hisoblagichi) kvant chalkashlik holatiga o'tadi va bir vaqtning o'zida ham bo'ladi. ikkita superpozitsiyada. Biroq, bu hodisani bevosita kuzatish mumkin emas, bu esa uni qabul qilib bo'lmas holga keltiradi”, - deydi fizik olim.
Xobsonning aytishicha, Shredinger paradoksida mushuk radioaktiv yadroga ulangan makroskopik qurilma, Geyger hisoblagichi rolini o‘ynaydi, bu yadroning parchalanish holatini yoki “emirmasligi”ni aniqlaydi. Bunday holda, tirik mushuk "chirimaslik" ko'rsatkichi bo'ladi, o'lik mushuk esa parchalanish ko'rsatkichi bo'ladi. Ammo kvant nazariyasiga ko'ra, mushuk, xuddi yadro kabi, hayot va o'limning ikkita superpozitsiyasida bo'lishi kerak.
Buning o'rniga, fizikning fikriga ko'ra, mushukning kvant holati atom holati bilan chigal bo'lishi kerak, ya'ni ular bir-biri bilan "mahalliy bo'lmagan aloqada". Ya'ni, chigallashgan jismlardan birining holati birdaniga teskari tomonga o'zgarsa, uning juftining holati ham bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lmasin, xuddi shunday o'zgaradi. Shu bilan birga, Xobson bu kvant nazariyasining eksperimental tasdiqlanishiga ishora qiladi.
“Kvant chalkashlik nazariyasining eng qiziq tomoni shundaki, ikkala zarracha holatining oʻzgarishi bir zumda sodir boʻladi: hech qanday yorugʻlik yoki elektromagnit signal maʼlumotni bir tizimdan ikkinchisiga oʻtkazishga ulgurmaydi. Demak, ular orasidagi masofa qanchalik katta bo'lmasin, bu fazo bo'yicha ikki qismga bo'lingan bitta ob'ekt, deb ayta olasiz, - deb tushuntiradi Xobson.
Shredingerning mushuki endi tirik va bir vaqtning o'zida o'lik emas. Agar buzilish sodir bo'lsa, u o'lik, agar parchalanish sodir bo'lmasa, tirik.
Qo'shimcha qilamizki, ushbu paradoksga o'xshash echimlar so'nggi o'ttiz yil ichida yana uchta olimlar guruhi tomonidan taklif qilingan, ammo ular jiddiy qabul qilinmagan va keng ilmiy doiralarda e'tibordan chetda qolgan. Xobsonning qayd etishicha, kvant mexanikasi paradokslarining yechimi, hech bo‘lmaganda nazariy jihatdan, uni chuqur anglash uchun mutlaqo zarurdir.
Shredinger
Va yaqinda NAZORIYATLAR SCHROEDINGER MUSHUGINI gravitatsiya qanday qilib o‘ldirishini tushuntirishdi. lekin bu qiyinlashmoqda ...
Qoida tariqasida, fiziklar zarralar dunyosida superpozitsiya mumkin, ammo mushuklar yoki boshqa so'l ob'ektlar, atrof-muhitning aralashuvi bilan imkonsiz bo'lgan hodisani tushuntiradilar. Kvant ob'ekti maydondan o'tganda yoki tasodifiy zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda, u darhol faqat bitta holatni oladi - go'yo u o'lchangandek. Olimlar ishonganidek, superpozitsiya shu tariqa quladi.
Ammo superpozitsiya holatida bo'lgan makroob'ektni boshqa zarralar va maydonlar bilan o'zaro ta'siridan qandaydir tarzda ajratib olish mumkin bo'lgan taqdirda ham, u ertami-kechmi yagona holatni oladi. Hech bo'lmaganda, bu Yer yuzasida sodir bo'ladigan jarayonlar uchun to'g'ri keladi.
“Yulduzlararo fazoning biron bir joyida mushuk kvant kogerentligini saqlab qolish imkoniyatiga ega bo'lishi mumkin, ammo Yerda yoki biron bir sayyora yaqinida bu juda dargumon. Va buning sababi tortishishdir ", deb tushuntiradi yangi tadqiqotning etakchi muallifi, Garvard-Smitson astrofizika markazidan Igor Pikovski.
Pikovskiy va uning Vena universitetidagi hamkasblari tortishish kuchi makroob'ektlarning kvant superpozitsiyalariga halokatli ta'sir ko'rsatadi, shuning uchun biz makrokosmosda bunday hodisalarni kuzatmaymiz. Aytgancha, yangi gipotezaning asosiy tushunchasi Interstellar badiiy filmida qisqacha bayon etilgan.
Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi shuni ko'rsatadiki, o'ta massiv ob'ekt uning yonida fazo-vaqtni burishtiradi. Vaziyatni yanada nozik darajada hisobga olsak, Yer yuzasiga yaqin joylashgan molekula uchun vaqt sayyoramiz orbitasidagiga qaraganda bir oz sekinroq o'tadi, deb aytishimiz mumkin.
Gravitatsiyaning fazo-vaqtga ta'siri tufayli bu ta'sirga tushgan molekula o'z pozitsiyasida og'ishni boshdan kechiradi. Va bu, o'z navbatida, uning ichki energiyasiga ham ta'sir qilishi kerak - vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan molekuladagi zarrachalarning tebranishlari. Agar molekula ikkita joylashuvning kvant superpozitsiyasi holatiga kiritilsa, u holda pozitsiya va ichki energiya o'rtasidagi munosabatlar tez orada molekulani kosmosdagi ikkita pozitsiyadan faqat bittasini "tanlashga" majbur qiladi.
"Ko'p hollarda dekogerentlik hodisasi tashqi ta'sir bilan bog'liq, ammo bu holda zarrachalarning ichki tebranishi molekulaning o'zi harakati bilan o'zaro ta'sir qiladi", deb tushuntiradi Pikovskiy.
Bu ta'sir hali kuzatilmagan, chunki magnit maydonlar, termal nurlanish va tebranishlar kabi dekogerentlikning boshqa manbalari odatda ancha kuchliroq bo'lib, kvant tizimlarini tortishish kuchidan ancha oldin yo'q qilishga olib keladi. Ammo eksperimentchilar aytilgan gipotezani sinab ko'rishga intilishadi.
Xuddi shunday o'rnatish ham tortishish kuchining kvant tizimlarini yo'q qilish qobiliyatini sinab ko'rish uchun ishlatilishi mumkin. Buning uchun vertikal va gorizontal interferometrlarni solishtirish kerak bo'ladi: birinchisida, yo'lning turli "balandliklarida" vaqtning kengayishi tufayli superpozitsiya tez orada yo'qoladi, ikkinchisida esa kvant superpozitsiyasi saqlanib qolishi mumkin. .
