O pisică care este și vie și moartă. Pisica lui Schrödinger în cuvinte simple

A existat un fel de calitate „secundară”. El însuși s-a ocupat rar de o problemă științifică specifică. Genul său preferat de muncă a fost răspunsul la cercetarea științifică a altcuiva, dezvoltarea acestei lucrări sau critica la adresa acesteia. În ciuda faptului că Schrödinger însuși a fost un individualist prin natură, a avut întotdeauna nevoie de gândul altcuiva, de sprijin pentru continuarea lucrărilor. În ciuda acestei abordări deosebite, Schrödinger a reușit să facă multe descoperiri.

Informații biografice

Teoria lui Schrödinger este acum cunoscută nu numai studenților de la departamentele de fizică și matematică. Va fi de interes pentru oricine este interesat de știința populară. Această teorie a fost creată de celebrul fizician E. Schrödinger, care a intrat în istorie ca unul dintre creatorii mecanicii cuantice. Omul de știință s-a născut pe 12 august 1887 în familia proprietarului unei fabrici de pânză uleioasă. Viitorul om de știință, faimos în întreaga lume pentru ghicitoarea sa, era pasionat de botanică și desen în copilărie. Primul său mentor a fost tatăl său. În 1906, Schrödinger și-a început studiile la Universitatea din Viena, timp în care a început să admire fizica. Când a venit Primul război mondial, omul de știință a mers să servească ca artilerist. ÎN timp liber a studiat teoriile lui Albert Einstein.

Până la începutul anului 1927, în știință se dezvoltase o situație dramatică. E. Schrödinger credea că baza teoriei proceselor cuantice ar trebui să fie ideea continuității undei. Heisenberg, dimpotrivă, credea că fundamentul acestui domeniu de cunoaștere ar trebui să fie conceptul de discretitate a undelor, precum și ideea de salturi cuantice. Niels Bohr nu a acceptat nicio poziție.

Progrese în știință

Pentru crearea sa a conceptului de mecanică ondulatorie în 1933, Schrödinger a primit Premiul Nobel. Cu toate acestea, crescut în tradițiile fizicii clasice, omul de știință nu putea gândi în alte categorii și nu considera mecanica cuantică o ramură cu drepturi depline a cunoașterii. Nu putea fi mulțumit de comportamentul dublu al particulelor și a încercat să-l reducă exclusiv la comportamentul ondulatoriu. În discuția sa cu N. Bohr, Schrödinger a spus astfel: „Dacă intenționăm să păstrăm aceste salturi cuantice în știință, atunci regret în general că mi-am conectat viața cu fizica atomică”.

Lucrări suplimentare ale cercetătorului

Mai mult, Schrödinger nu a fost doar unul dintre creatorii mecanicii cuantice moderne. El a fost omul de știință care a introdus termenul „obiectivitate a descrierii” în uz științific. Aceasta este o oportunitate teorii științifice descrie realitatea fără participarea unui observator. Cercetările sale ulterioare au fost dedicate teoriei relativității, proceselor termodinamice și electrodinamicii Born neliniare. Oamenii de știință au făcut, de asemenea, mai multe încercări de a crea o teorie unificată a câmpului. În plus, E. Schrödinger vorbea șase limbi.

Cea mai faimoasă ghicitoare

Teoria lui Schrödinger, în care apare aceeași pisică, a apărut din critica savantului la adresa teoriei cuantice. Unul dintre postulatele sale principale afirmă că, în timp ce sistemul nu este observat, acesta se află într-o stare de suprapunere. Și anume, în două sau mai multe stări care se exclud reciproc existența. Starea de suprapunere în știință are următoarea definiție: aceasta este capacitatea unui cuantic, care poate fi și un electron, foton sau, de exemplu, nucleul unui atom, de a fi simultan în două stări sau chiar în două puncte. în spațiu într-un moment în care nimeni nu o observă.

Obiecte din lumi diferite

Este foarte greu pentru o persoană obișnuită să înțeleagă o astfel de definiție. La urma urmei, fiecare obiect al lumii materiale poate fi fie într-un punct din spațiu, fie în altul. Acest fenomen poate fi ilustrat după cum urmează. Observatorul ia două cutii și pune o minge de tenis într-una dintre ele. Va fi clar că este într-o cutie și nu în cealaltă. Dar dacă puneți un electron într-unul dintre containere, atunci următoarea afirmație va fi adevărată: această particulă este simultan în două cutii, oricât de paradoxală ar părea. În același mod, un electron dintr-un atom nu este situat într-un punct strict definit la un moment dat sau altul. Se rotește în jurul nucleului, situat în toate punctele orbitei simultan. În știință, acest fenomen este numit „nor de electroni”.

Ce a vrut să demonstreze omul de știință?

Astfel, comportamentul obiectelor mici și mari este implementat într-un mod complet reguli diferite. În lumea cuantică există niște legi, iar în macrolume - complet diferite. Cu toate acestea, nu există niciun concept care să explice tranziția de la lumea obiectelor materiale familiare oamenilor la microlume. Teoria lui Schrödinger a fost creată pentru a demonstra inadecvarea cercetării în domeniul fizicii. Omul de știință a vrut să arate că există o știință al cărei scop este de a descrie obiecte mici și există un domeniu de cunoaștere care studiază obiectele obișnuite. În mare parte datorită muncii omului de știință, fizica a fost împărțită în două domenii: cuantică și clasică.

Teoria lui Schrödinger: descriere

Omul de știință și-a descris faimosul experiment de gândire în 1935. În realizarea acesteia, Schrödinger s-a bazat pe principiul suprapunerii. Schrödinger a subliniat că atâta timp cât nu observăm fotonul, acesta poate fi fie o particulă, fie o undă; atât roșu cât și verde; atât rotunde cât și pătrate. Acest principiu al incertitudinii, care decurge direct din conceptul de dualism cuantic, a fost folosit de Schrödinger în celebra sa ghicitoare despre pisică. Sensul experimentului pe scurt este următorul:

• ÎN cutie închisă se pune o pisică, precum și un recipient care conține acid cianhidric și o substanță radioactivă.
• Nucleul se poate dezintegra într-o oră. Probabilitatea acestui lucru este de 50%.
• Dacă un nucleu atomic se descompune, acesta va fi înregistrat de un contor Geiger. Mecanismul va funcționa, iar cutia cu otravă va fi spartă. Pisica va muri.
• Dacă nu apare degradarea, atunci pisica lui Schrödinger va fi vie.

Conform acestei teorii, până când pisica este observată, aceasta se află simultan în două stări (moartă și vie), la fel ca nucleul unui atom (decăzut sau nedezintegrat). Desigur, acest lucru este posibil numai conform legilor lumea cuantică. În macrocosmos, o pisică nu poate fi atât vie, cât și moartă în același timp.

Paradoxul observatorului

Pentru a înțelege esența teoriei lui Schrödinger, este necesar să înțelegem și paradoxul observatorului. Semnificația sa este că obiectele microlumii pot fi în două stări simultan numai atunci când nu sunt observate. De exemplu, așa-numitul „Experiment cu 2 fante și un observator” este cunoscut în știință. Oamenii de știință au direcționat un fascicul de electroni pe o placă opacă în care au fost făcute două fante verticale. Pe ecranul din spatele plăcii, electronii au pictat un model de undă. Cu alte cuvinte, au lăsat dungi albe și negre. Când cercetătorii au vrut să observe cum electronii zburau prin fante, particulele au afișat doar două dungi verticale pe ecran. S-au comportat ca niște particule, nu ca valurile.

Explicație de la Copenhaga

Explicația modernă a teoriei lui Schrödinger se numește cea de la Copenhaga. Pe baza paradoxului observatorului, sună așa: atâta timp cât nimeni nu observă nucleul unui atom din sistem, acesta se află simultan în două stări - degradat și nedezintegrat. Cu toate acestea, afirmația că o pisică este vie și moartă în același timp este extrem de eronată. La urma urmei, în macrocosmos nu se observă niciodată aceleași fenomene ca în microcosmos.

Prin urmare, nu vorbim despre sistemul „cat-nucleu”, ci despre faptul că contorul Geiger și nucleul atomic sunt interconectate. Nucleul poate alege o stare sau alta în momentul în care se fac măsurători. Totuși, această alegere nu are loc în momentul în care experimentatorul deschide cutia cu pisica lui Schrödinger. De fapt, deschiderea cutiei are loc în macrocosmos. Cu alte cuvinte, într-un sistem care este foarte departe de lumea atomică. Prin urmare, nucleul își selectează starea exact în momentul în care lovește detectorul contorului Geiger. Astfel, Erwin Schrödinger nu a descris sistemul suficient de complet în experimentul său de gândire.

Concluzii generale

Astfel, nu este în întregime corect să se conecteze macrosistemul cu lumea microscopică. În macrocosmos legi cuanticeîși pierd puterea. Nucleul unui atom poate fi în două stări simultan numai în microcosmos. Nu același lucru se poate spune despre pisică, deoarece este un obiect al macrocosmosului. Prin urmare, doar la prima vedere pare că pisica trece de la o suprapunere la una dintre stările în momentul în care se deschide cutia. În realitate, soarta lui este determinată în momentul în care nucleul atomic interacționează cu detectorul. Concluzia poate fi trasă după cum urmează: starea sistemului din ghicitoarea lui Erwin Schrödinger nu are nimic de-a face cu persoana. Nu depinde de experimentator, ci de detector - obiectul care „observă” nucleul.

Continuarea conceptului

teoria Schrödinger în cuvinte simple este descrisă după cum urmează: în timp ce observatorul nu se uită la sistem, acesta poate fi în două stări simultan. Cu toate acestea, un alt om de știință, Eugene Wigner, a mers mai departe și a decis să aducă conceptul lui Schrödinger până la o absurditate totală. „Scuză-mă!” a spus Wigner, „Dacă colegul lui stă lângă experimentator privind pisica?” Partenerul nu știe exact ce a văzut experimentatorul însuși în momentul în care a deschis cutia cu pisica. Pisica lui Schrödinger iese din suprapunere. Cu toate acestea, nu pentru un coleg observator. Numai în momentul în care soarta pisicii devine cunoscută de acesta din urmă, animalul poate fi numit în sfârșit viu sau mort. În plus, miliarde de oameni trăiesc pe planeta Pământ. Iar verdictul final poate fi dat doar atunci când rezultatul experimentului devine proprietatea tuturor ființelor vii. Desigur, puteți spune tuturor oamenilor soarta pisicii și teoria lui Schrödinger pe scurt, dar acesta este un proces foarte lung și care necesită multă muncă.

Principiile dualismului cuantic din fizică nu au fost niciodată respinse de experimentul gândirii lui Schrödinger. Într-un fel, se poate spune că orice ființă nu este nici vie, nici moartă (în suprapunere), atâta timp cât există cel puțin o persoană care nu o observă.

Yuri Gordeev
Programator, dezvoltator de jocuri, designer, artist

„Pisica lui Schrödinger” este un experiment de gândire propus de unul dintre pionierii fizicii cuantice pentru a arăta cât de ciudat efecte cuantice priviți în raport cu sistemele macroscopice.

Voi încerca să explic în cuvinte foarte simple: domnilor fizicieni, nu mă învinovăți. Expresia „aproximativ vorbind” este implicată mai departe înaintea fiecărei propoziții.

La o scară foarte, foarte mică, lumea este alcătuită din lucruri care se comportă în moduri foarte neobișnuite. Una dintre cele mai ciudate caracteristici ale unor astfel de obiecte este capacitatea de a fi în două stări care se exclud reciproc în același timp.

Ceea ce este și mai neobișnuit din punct de vedere intuitiv (unii ar spune chiar înfiorător) este că actul de observare intenționată elimină această incertitudine, iar obiectul, care se afla doar în două stări contradictorii în același timp, apare înaintea observatorului în doar unul dintre ei, ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat, se uită în lateral și fluieră nevinovat.

La nivel subatomic, toată lumea s-a obișnuit de multă vreme cu aceste șmecherii. Există un aparat matematic care descrie aceste procese, iar cunoștințele despre ele au găsit o varietate de aplicații: de exemplu, în computere și criptografie.

La nivel macroscopic, aceste efecte nu sunt observate: obiectele cunoscute nouă sunt întotdeauna într-o singură stare specifică.

Acum pentru un experiment de gândire. Luăm pisica și o punem într-o cutie. De asemenea, punem acolo un balon cu gaz otrăvitor, un atom radioactiv și un contor Geiger. Un atom radioactiv se poate degrada sau nu în orice moment. Dacă se dezintegrează, contorul va detecta radiațiile, un mecanism simplu va sparge balonul cu gaz, iar pisica noastră va muri. Dacă nu, pisica va rămâne în viață.

Închidem cutia. Din acest moment, din punct de vedere al mecanicii cuantice, atomul nostru se află într-o stare de incertitudine - s-a dezintegrat cu o probabilitate de 50% și nu s-a dezintegrat cu o probabilitate de 50%. Înainte să deschidem cutia și să privim înăuntru (faceți o observație), aceasta va fi în ambele stări simultan. Și din moment ce soarta pisicii depinde direct de starea acestui atom, se dovedește că pisica este, de asemenea, literalmente vie și moartă în același timp ("...ungerea pisica vie și moartă (iertați expresia) în egală măsură părți...” scrie autorul experimentului). Exact așa ar descrie teoria cuantică această situație.

Schrödinger cu greu ar fi putut ghici cât de mult va face ideea lui. Desigur, experimentul în sine, chiar și în original, este descris extrem de grosier și fără nicio pretenție de acuratețe științifică: autorul a dorit să transmită colegilor săi ideea că teoria trebuie completată cu definiții mai clare ale proceselor precum „observarea”. ” pentru a exclude din jurisdicția sa scenariile cu pisici în cutii.

Ideea de pisică a fost folosită chiar pentru a „demonstra” existența lui Dumnezeu ca superinteligență, a cărei observare continuă face posibilă însăși existența noastră. În realitate, „observarea” nu necesită un observator conștient, ceea ce scoate o parte din misticism din efectele cuantice. Dar chiar și așa fizica cuantică rămâne astăzi granița științei cu multe fenomene inexplicabile și interpretările lor.

Ivan Boldin
Candidat la Științe Fizice și Matematice, cercetător, absolvent MIPT

Comportamentul obiectelor din microlume ( particule elementare, atomi, molecule) diferă semnificativ de comportamentul obiectelor cu care avem de-a face de obicei. De exemplu, un electron poate zbura simultan prin două locuri îndepărtate spațial sau poate fi simultan pe mai multe orbite într-un atom. Pentru a descrie aceste fenomene, a fost creată o teorie - fizica cuantică. Conform acestei teorii, de exemplu, particulele pot fi mânjite în spațiu, dar dacă doriți să determinați unde se află particula, atunci veți găsi întotdeauna întreaga particulă într-un loc, adică va părea să se prăbușească din mânjirea ei. stare într-un anumit loc. Adică, se crede că până când nu ai măsurat poziția unei particule, aceasta nu are deloc poziție, iar fizica poate doar prezice cu ce probabilitate poți găsi o particulă în ce loc.

Erwin Schrödinger, unul dintre creatorii fizicii cuantice, s-a întrebat: ce se întâmplă dacă, în funcție de rezultatul măsurării stării unei microparticule, un eveniment are loc sau nu. De exemplu, acest lucru ar putea fi implementat după cum urmează: luați un atom radioactiv cu un timp de înjumătățire de, să zicem, o oră. Un atom poate fi așezat într-o cutie opacă, acolo poate fi plasat un dispozitiv care, atunci când produsele de descompunere radioactivă a atomului îl lovesc, sparge o fiolă cu gaz otrăvitor, iar în această cutie poate fi plasată o pisică. Atunci nu veți vedea din exterior dacă atomul s-a dezintegrat sau nu, adică, conform teoriei cuantice, s-a degradat și nu s-a degradat, iar pisica, prin urmare, este și vie și moartă în același timp. Această pisică a devenit cunoscută drept pisica lui Schrödinger.

Poate părea surprinzător că o pisică poate fi vie și moartă în același timp, deși formal nu există nicio contradicție aici și aceasta nu este o infirmare a teoriei cuantice. Cu toate acestea, pot apărea întrebări, de exemplu: cine poate prăbuși un atom dintr-o stare mânjită într-o anumită stare și cine, printr-o astfel de încercare, intră el însuși într-o stare mânjită? Cum are loc acest proces de colaps? Sau cum se întâmplă ca cel care efectuează colapsul să nu respecte el însuși legile fizicii cuantice? Dacă aceste întrebări au sens și, dacă da, care sunt răspunsurile, este încă neclar.

George Panin
a absolvit Universitatea Tehnică Chimică Rusă numită după. DI. Mendeleev, specialist sef departament de cercetare (cercetare de marketing)

După cum ne-a explicat Heisenberg, datorită principiului incertitudinii, descrierea obiectelor din microlume cuantică este de altă natură decât descrierea obișnuită a obiectelor din macrolumea newtoniană. În loc de coordonatele spațiale și viteza, pe care suntem obișnuiți să descriem mișcarea mecanică, de exemplu, o minge de-a lungul masa de biliard, în mecanica cuantică, obiectele sunt descrise prin așa-numita funcție de undă. Creasta „valului” corespunde probabilității maxime de a găsi o particulă în spațiu în momentul măsurării. Mișcarea unei astfel de unde este descrisă de ecuația Schrödinger, care ne spune cum se schimbă starea unui sistem cuantic în timp.

Acum despre pisica. Toată lumea știe că pisicile adoră să se ascundă în cutii (thequestion.ru). Erwin Schrödinger era, de asemenea, la curent. Mai mult, cu fanatism pur nordic, el a folosit această caracteristică într-un experiment de gândire celebru. Esența a fost că o pisică a fost închisă într-o cutie cu o mașină infernală. Mașina este conectată printr-un releu la un sistem cuantic, de exemplu, o substanță care se descompune radioactiv. Probabilitatea de degradare este cunoscută și este de 50%. Mașina infernală este declanșată atunci când starea cuantică a sistemului se schimbă (are loc decăderea) și pisica moare complet. Dacă lăsați sistemul „Cat-box-hellish machine-quanta” pentru sine timp de o oră și vă amintiți că starea unui sistem cuantic este descrisă în termeni de probabilitate, atunci devine clar că dacă pisica este vie sau nu depinde de în acest moment timp, probabil că nu va funcționa, la fel cum nu va fi posibil să preziceți cu exactitate căderea unei monede pe capete sau cozi în avans. Paradoxul este foarte simplu: funcția de undă care descrie un sistem cuantic amestecă două stări ale unei pisici - este vie și moartă în același timp, la fel cum un electron legat poate fi localizat cu aceeași probabilitate în orice loc din spațiu echidistant de nucleul atomic. Dacă nu deschidem cutia, nu știm exact ce mai face pisica. Fără a face observații (citiți măsurători) unui nucleu atomic, putem descrie starea acestuia doar prin suprapunerea (amestecarea) a două stări: un nucleu degradat și un nucleu nedezintegrat. O pisică aflată în dependență nucleară este atât vie, cât și moartă în același timp. Întrebarea este: când un sistem încetează să existe ca un amestec de două stări și alege una anume?

Interpretarea de la Copenhaga a experimentului ne spune că sistemul încetează să mai fie un amestec de stări și alege una dintre ele în momentul în care are loc o observație, care este și măsurătoare (se deschide caseta). Adică, însuși faptul măsurării schimbă realitatea fizică, ducând la prăbușirea funcției de undă (pisica fie devine moartă, fie rămâne în viață, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor)! Gândește-te bine, experimentul și măsurătorile care îl însoțesc schimbă realitatea din jurul nostru. Personal, acest fapt îmi deranjează creierul mult mai mult decât alcoolul. Cunoscutul Steve Hawking se confruntă cu greu cu acest paradox, repetând că atunci când aude de pisica lui Schrödinger, mâna lui se întinde spre Browning. Severitatea reacției fizicianului teoretic remarcabil se datorează faptului că, în opinia sa, rolul observatorului în colapsul funcției de undă (prăbușirea acesteia într-una dintre cele două stări probabiliste) este mult exagerat.

Desigur, când profesorul Erwin și-a conceput batjocorul de pisică în 1935, a fost o modalitate ingenioasă de a arăta imperfecțiunea mecanicii cuantice. De fapt, o pisică nu poate fi vie și moartă în același timp. Ca urmare a uneia dintre interpretările experimentului, a devenit evident că există o contradicție între legile macro-lumii (de exemplu, a doua lege a termodinamicii - pisica este fie vie, fie moartă) și micro- lume (pisica este vie și moartă în același timp).

Cele de mai sus sunt folosite în practică: în calculul cuantic și criptografia cuantică. Un semnal luminos într-o suprapunere a două stări este trimis printr-un cablu de fibră optică. Dacă atacatorii se conectează la cablu undeva la mijloc și fac o atingere de semnal acolo pentru a asculta informațiile transmise, atunci aceasta va prăbuși funcția de undă (din punctul de vedere al interpretării de la Copenhaga, se va face o observație) și lumina va intra într-una din stări. Prin efectuarea de teste statistice de lumină la capătul receptor al cablului, va fi posibil să se detecteze dacă lumina se află într-o suprapunere de stări sau a fost deja observată și transmisă în alt punct. Acest lucru face posibilă crearea unor mijloace de comunicare care exclud interceptarea semnalului nedetectabil și interceptarea cu urechea.

O altă interpretare cea mai recentă a experimentului gândirii lui Schrödinger este povestea lui Sheldon Cooper, eroul serialului „Teoria big bang" ("Big Bang Theory"), pe care l-a oferit pentru vecina sa mai puțin educată Penny. Ideea poveștii lui Sheldon este că conceptul de pisică a lui Schrödinger poate fi aplicat relațiilor umane. Pentru a înțelege ce se întâmplă între un bărbat și o femeie, ce fel de relație este între ei: bună sau rea, trebuie doar să deschideți cutia. Până atunci, relația este și bună și rea. youtube.com

Pisica lui Schrödinger este un experiment de gândire celebru. A fost regizat de celebrul laureat al Nobel în domeniul fizicii, savantul austriac Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

Esența experimentului a fost următoarea. ÎN camera inchisa(cutie) pisica a fost pusă. Cutia este echipată cu un mecanism care conține un miez radioactiv și gaz otrăvitor. Parametrii sunt selectați astfel încât probabilitatea dezintegrarii nucleare într-o oră să fie exact cincizeci la sută. Dacă miezul se dezintegrează, mecanismul va intra în acțiune și se va deschide un recipient cu gaz otrăvitor. Prin urmare, pisica lui Schrödinger va muri.

Conform legilor, dacă nu observați nucleul, atunci stările sale vor fi descrise de două stări principale - nucleele degradate și nedegradate. Și aici apare un paradox: pisica lui Schrödinger, care stă într-o cutie, poate fi și moartă și vie în același timp. Dar dacă cutia este deschisă, experimentatorul va vedea o singură stare specifică. Fie „nucleul s-a degradat și pisica este moartă”, fie „nucleul nu s-a degradat și pisica lui Schrödinger este în viață”.

În mod logic, la ieșire vom avea unul din două lucruri: fie o pisică vie, fie una moartă. Dar, potențial, animalul se află în ambele stări simultan. Schrödinger a încercat în acest fel să-și demonstreze părerea despre limitările mecanicii cuantice.

Conform interpretării de la Copenhaga și a acestui experiment în special, o pisică aflată într-una dintre fazele sale potențiale (dead-vie) dobândește aceste proprietăți numai după ce un observator extern intervine în proces. Dar atâta timp cât acest observator nu este acolo (acest lucru implică prezența unei personalități specifice care are avantajele clarității viziunii și conștiinței), pisica va fi în limb „între viață și moarte”.

Celebra pildă antică despre o pisică care se plimbă singură capătă nuanțe noi, interesante în contextul acestui experiment.

Potrivit lui Everett, care diferă net de cel clasic de la Copenhaga, procesul de observare nu este considerat ceva special. Ambele afirmații că pisica lui Schrödinger poate fi în pot exista în această interpretare. Dar se decoerează unul cu celălalt. Aceasta înseamnă că unitatea acestor stări va fi perturbată tocmai ca urmare a interacțiunii cu lumea exterioară. Observatorul care deschide cutia este cel care aduce discordie în starea pisicii.

Există o părere că ultimul cuvânt în această chestiune ar trebui lăsat unei astfel de creaturi precum pisica lui Schrödinger. Sensul unei astfel de opinii este acceptarea faptului că în orice acest experiment este animalul care este singurul observator absolut competent. De exemplu, oamenii de știință Max Tegmark, Bruno Marshall și Hans Moraven au prezentat o modificare a experimentului de mai sus, unde punctul de vedere principal este opinia pisicii. În acest caz, pisica lui Schrödinger supraviețuiește fără îndoială, deoarece doar pisica supraviețuitoare poate observa rezultatele. Dar omul de știință Nadav Katz și-a publicat rezultatele în care a reușit să „returneze” starea particulei după ce și-a schimbat starea. Astfel, șansele de supraviețuire ale pisicii cresc semnificativ.

Nu toată lumea citește cărți despre marile invenții ale omenirii. Dar cu siguranță toți cei care au urmărit serialul „The Big Bang Theory” au auzit despre un astfel de fenomen precum „Pisica lui Schrödinger”. Deoarece este legat de mecanica cuantică, o persoană fără învăţământul tehnic Este destul de dificil să-i înțelegi sensul. Să încercăm să ne dăm seama ce înseamnă conceptul de „Pisica lui Schrödinger” în cuvinte simple.

Conţinut:

Scurt istoric

Erwin Schrödinger- celebru fizician, unul dintre creatorii teoriei mecanicii cuantice. Trăsătură distinctivă lui activitate științifică a existat un așa-zis secundar. Rareori făcea primul pas în cercetarea ceva.

Practic, Schrödinger a scris recenzii despre invenția sau realizările științifice ale altcuiva, a criticat autorul sau a început dezvoltarea ulterioară a cercetărilor și descoperirilor altora. Deși era un individualist prin fire, nu s-a putut abține să nu se bazeze pe ideile și gândurile altor oameni, pe care le-a luat ca bază în cercetările sale. În ciuda acestui fapt, el a adus contribuții enorme la dezvoltarea mecanicii cuantice, datorită în mare parte misterului său „Pisica lui Schrödinger”.

Realizările lui Schrödinger în știință includ:

• crearea conceptului de mecanică ondulatorie (pentru aceasta a primit Premiul Nobel în 1933);
• a introdus termenul de „obiectivitate a descrierii” în circulația științifică - a fundamentat posibilitatea teoriilor științifice fără participarea directă a subiectului de cercetare (un observator extern) pentru a descrie realitatea înconjurătoare;
• a dezvoltat teoria relativității;
• a studiat procesele termodinamice și electrodinamica Born neliniară;
• a făcut încercări de a crea o teorie unificată a câmpului.

Conceptul de pisică a lui Schrödinger

„Pisica lui Schrödinger”- celebra ghicitoare a teoriei lui Schrödinger, un experiment de gândire condus de un fizician teoretician austriac, cu ajutorul căruia s-a putut demonstra incompletitudinea mecanicii cuantice în trecerea de la microsisteme la macrosisteme. Toată această teorie se bazează pe criticile oamenilor de știință asupra realizărilor mecanicii cuantice.

Înainte de a trece la descrierea experimentului, este necesar să se definească conceptele de bază care sunt utilizate în acesta. Principalul postulat al celebrului fenomen afirmă că atâta timp cât nimeni nu observă sistemul, acesta este în poziție de suprapunere– simultan în două sau mai multe stări care exclud existența reciprocă. Schrödinger însuși a dat următoarea definiție a suprapunerii - aceasta este o capacitate cuantică (rolul unui cuantic poate fi un electron, un foton sau un nucleu atomic) de a fi în mai multe stări sau mai multe puncte în spațiu în același timp, în timp ce nu unul observă sistemul. Quantum este un obiect microscopic al micromediului.

Descrierea experimentului

Articolul original în care Schrödinger își explică experimentul a fost publicat în 1935. Pentru a descrie experimentul s-a folosit metoda comparației și chiar personificării.

Este foarte greu de înțeles exact ce a vrut să spună Schrödinger studiind acest articol. Voi încerca să descriu esența experimentului în cuvinte simple.

Punem pisica într-o cutie cu un mecanism care conține un nucleu atomic radioactiv și un recipient plin cu gaz otrăvitor. Experimentul este efectuat cu parametri selectați cu precizie pentru probabilitatea dezintegrarii unui nucleu atomic - 50% în 1 oră. Când nucleul se dezintegrează, gazul se scurge din recipient, ceea ce duce la moartea pisicii. Dacă nu se întâmplă acest lucru, pisica nu i se întâmplă nimic, este vie și sănătoasă.

Trece o oră și vrem să obținem un răspuns la întrebarea: pisica a murit sau mai este în viață? Conform teoriei lui Schrödinger, nucleul unui atom, ca și pisica, se află într-o cutie în mai multe stări în același timp (definiția suprapunerii). Până în momentul deschiderii cutiei, microsistemul în care se află nucleul atomic și pisica, cu o probabilitate de 50%, are starea „nucleul s-a degradat, pisica a murit” și cu aceeași probabilitate are starea „Nucleul nu s-a degradat, pisica este în viață.” Aceasta confirmă ipoteza că pisica care stă în cutie este atât vie, cât și moartă în același timp, adică se află în mai multe stări deodată în același moment în timp. Se dovedește că pisica care stă în cutie este și vie și moartă în același timp.

Vorbitor într-un limbaj simplu, explică fenomenul „Pisica lui Schrödinger”. posibilitatea faptului că din punctul de vedere al mecanicii cuantice, pisica este atât vie, cât și moartă, ceea ce este imposibil în realitate. Pe această bază, putem concluziona că există defecte semnificative în teoria mecanicii cuantice.

Dacă nu observați nucleul unui atom într-un microsistem, atunci are loc o amestecare a două stări - nucleul degradat și nedezintegrat. La deschiderea cutiei, experimentatorul poate observa o singură stare specifică. Deoarece pisica personifică nucleul unui atom, va fi, de asemenea, într-o singură stare - fie vie, fie moartă.

Soluția paradoxului - interpretarea de la Copenhaga

Oamenii de știință de la Copenhaga au rezolvat misterul pisicii lui Schrödinger. Interpretarea modernă de la Copenhaga este că pisica este vie/moartă fără stări intermediare, deoarece nucleul se descompune sau nu se descompune nu atunci când cutia este deschisă, ci chiar mai devreme - când nucleul este trimis la detector. Explicația pentru aceasta este următoarea: reducerea funcției de undă a microsistemului „pisica-detector-nucleu” nu are nicio legătură cu persoana care observă cutia, ci este legată de detector-observator al nucleului.

Această interpretare a fenomenului Pisicii lui Schrödinger neagă posibilitatea ca pisica să se afle într-o stare de suprapunere înainte de a deschide cutia – în starea de pisică vie/moartă în același timp. O pisică dintr-un macrosistem este întotdeauna într-o singură stare.

Important! Experimentul lui Schrödinger a arătat că un micro-obiect și un macro-obiect se comportă în sisteme în conformitate cu legi diferite - legile fizicii cuantice și, respectiv, legile fizicii în sensul său clasic.

Dar nu există nicio știință care să studieze fenomenele în timpul tranziției de la un macrosistem la un microsistem. Erwin Schrödinger a venit cu ideea de a efectua un astfel de experiment tocmai în scopul de a dovedi slăbiciunea și incompletitudinea teorie generală fizică. Dorința sa cea mai profundă a fost să demonstreze prin experiență concretă că fiecare știință își îndeplinește propriile sarcini: fizica clasică studiază macro-obiectele, fizica cuantică studiază micro-obiectele. Este nevoie de dezvoltare cunoștințe științifice pentru a descrie procesul de trecere de la obiectele mari la cele mici în sisteme.

Este foarte greu pentru o persoană obișnuită să înțeleagă imediat esența acestui paradox. La urma urmei, în conștiința fiecărei persoane există convingerea că orice obiect al lumii materiale la un moment dat în timp poate fi localizat doar la un moment dat.

Dar teoria lui Schrödinger poate fi aplicată doar micro-obiectelor, în timp ce pisica este un obiect al macrocosmosului.

Cea mai recentă interpretare a paradoxului pisicii lui Schrödinger este utilizarea sa în serialul de televiziune The Big Bang Theory, în care personajul principal Sheldon Cooper a explicat esența sa pentru Penny mai puțin educată. Cooper a transferat acest fenomen în domeniul relațiilor umane. Pentru a înțelege dacă relațiile dintre persoanele de sex opus sunt bune sau rele, trebuie doar să deschideți cutia. Până în acest moment, orice relație este și bună și rea.

În ciuda faptului că modelul planetar al atomului și-a dovedit valabilitatea, teoria existentă în acel moment nu putea explica pe deplin toate procesele, care au fost observate în viata reala. S-a dovedit că, în realitate, din anumite motive, mecanica clasică newtoniană nu funcționează la nivel micro. Aceste. modelul prototip, împrumutat din viața reală, nu corespunde cu observațiile oamenilor de știință din acea vreme în cazul luării în considerare a atomului în locul sistemului nostru solar.

Pe baza acestui lucru, conceptul a fost reproiectat semnificativ. A existat o asemenea disciplină ca mecanica cuantică. Originile acestei direcții au fost remarcabilul fizician Erwin Schrödinger.

Conceptul de suprapunere

Principiul principal care distinge noua teorie este principiul suprapunerii. Conform acestui principiu, un cuantic (electron, foton sau proton) poate fi în două stări în același timp. Dacă face mai ușor de înțeles această formulare, obținem un fapt care este complet imposibil de imaginat în mintea noastră. Un cuantic poate fi în două locuri în același timp.

La momentul apariției sale, această teorie era contradictorie nu numai mecanica clasica, dar și bunul simț. Chiar și acum, o persoană educată, departe de fizică, cu greu își poate imagina o astfel de situație. La urma urmei, această înțelegere implică în cele din urmă că el însuși cititorul poate fi aici și acolo acum. Exact așa încearcă o persoană să-și imagineze tranziția de la macrolume la microlume.

Pentru o persoană care era obișnuită să experimenteze acțiunea mecanicii newtoniene și să se perceapă pe sine într-un punct din spațiu, era extrem de dificil să-și imagineze că se află în două locuri deodată. In plus, nu a existat nicio teorie sau modele ca atare în timpul tranziției de la macro la micro. Nu a existat nicio înțelegere a valorilor și regulilor numerice specifice.

Cu toate acestea, instrumentele de atunci au făcut posibilă înregistrarea clară a acestei „disonanțe cuantice”. Instrumentele de laborator au confirmat că postulatele formulate sunt într-adevăr consecvente și cuantica este capabilă să fie în două stări. De exemplu, gazul de electroni a fost detectat în jurul nucleului unui atom.

Pe baza acestui fapt, Schrödinger a formulat un concept celebru care este acum cunoscut sub numele de teoria pisicii. Scopul acestei formulări a fost să arate că în teoria clasică fizică, s-a format un gol uriaș care necesită un studiu suplimentar.

pisica lui Schrödinger

Experimentul de gândire despre pisică a fost că pisica a fost pusă într-o cutie de oțel închisă. Cutia era echipata un dispozitiv cu un gaz otrăvitor și un dispozitiv cu nucleu atomic.

Pe baza postulatelor cunoscute, nucleul unui atom se poate dezintegra în componente în decurs de o oră, dar nu se poate dezintegra. În consecință, probabilitatea acestui eveniment este de 50%.

Dacă nucleul se descompune, atunci contra-recorderul este declanșat și ca răspuns la acest eveniment din dispozitivul descris anterior cu care este echipată cutia se eliberează o substanță toxică. Aceste. pisica moare de otravă. Dacă acest lucru nu se întâmplă, pisica nu moare în consecință. Pe baza unei șanse de 50% de putrezire, pisica are 50% șanse de supraviețuire.

Bazat pe teoria cuantică, un atom poate fi în două stări deodată. Aceste. atomul s-a dezintegrat și nu s-a dezintegrat. Aceasta înseamnă că reportofonul a funcționat, rupând recipientul cu otravă și nu s-a dezintegrat. Pisica a fost otrăvită de otravă, iar pisica nu a fost otrăvită de otravă în același timp.

Dar este pur și simplu imposibil să ne imaginăm o astfel de imagine în care, la deschiderea cutiei, cercetătorul a descoperit atât o pisică moartă, cât și o pisică vie. Pisica este fie vie, fie moartă. Acesta este paradoxul situației. Este imposibil ca conștiința privitorului să-și imagineze o pisică mort-vie.

Paradoxul este că pisica este un obiect al macrocosmosului. În consecință, a spune despre el că este viu și mort, i.e. este în două stări deodată, asemănătoare cu o cuantică, nu va fi în întregime corectă.

Folosind acest exemplu, Schrödinger s-a concentrat în mod special pe faptul că nu există paralele clare între macro și microlume. Comentariile ulterioare făcute de experți explică că ar trebui luat în considerare un sistem detector de radiații-pisica, nu un sistem pisică-spectator. Într-un sistem detector-pisică, este probabil un singur eveniment.