نظریه شرودینگر به زبان ساده. گربه شرودینگر: او زنده است یا نه؟ ماهیت آزمایش

همانطور که هایزنبرگ برای ما توضیح داد، به دلیل اصل عدم قطعیت، توصیف اجسام در عالم کوچک کوانتومی ماهیت متفاوتی با توصیف معمول اجسام در کیهان کلان نیوتنی دارد. در مکانیک کوانتومی، به جای مختصات و سرعت های فضایی، که ما به توصیف حرکت مکانیکی، به عنوان مثال، توپ روی میز بیلیارد عادت داریم، اجسام به اصطلاح با تابع موج توصیف می شوند. تاج "موج" مربوط به حداکثر احتمال یافتن یک ذره در فضا در زمان اندازه گیری است. حرکت چنین موجی با معادله شرودینگر توصیف می شود، که به ما می گوید چگونه وضعیت یک سیستم کوانتومی در طول زمان تغییر می کند.

حالا در مورد گربه همه می دانند که گربه ها دوست دارند در جعبه ها پنهان شوند (). اروین شرودینگر نیز آگاه بود. علاوه بر این، او با تعصب صرفاً نوردیک، از این ویژگی در یک آزمایش فکری معروف استفاده کرد. ماهیت آن این بود که یک گربه در جعبه ای با یک دستگاه جهنمی قفل شده بود. این دستگاه از طریق یک رله به یک سیستم کوانتومی، به عنوان مثال، یک ماده در حال تجزیه رادیواکتیو متصل است. احتمال پوسیدگی مشخص است و به 50 درصد می رسد. هنگامی که حالت کوانتومی سیستم تغییر می کند (واپاشی رخ می دهد) و گربه به طور کامل می میرد، ماشین جهنمی فعال می شود. اگر سیستم "Cat-box-Helish Machine-Quanta" را به مدت یک ساعت به خودش بدهیم و به یاد داشته باشیم که وضعیت یک سیستم کوانتومی بر حسب احتمال توصیف می شود، آنگاه مشخص می شود که احتمالاً برای فهمیدن اینکه آیا کار نخواهد کرد. گربه در یک لحظه معین از زمان زنده است یا نه، همانطور که نمی توان از قبل سقوط سر یا دم سکه را به درستی پیش بینی کرد. پارادوکس بسیار ساده است: تابع موجی که یک سیستم کوانتومی را توصیف می کند، در خود دو حالت گربه را با هم مخلوط می کند - زنده و مرده در یک زمان، درست همانطور که یک الکترون مقید با احتمال مساوی می تواند در هر نقطه ای از فضا در فاصله مساوی از اتم قرار گیرد. هسته. اگر جعبه را باز نکنیم، دقیقاً نمی دانیم که گربه در آنجا چگونه است. بدون انجام مشاهدات (بخوانید اندازه‌گیری‌ها) روی یک هسته اتمی، می‌توانیم حالت آن را تنها با برهم نهی (اختلاط) دو حالت توصیف کنیم: یک هسته پوسیده و غیر پوسیده. یک گربه وابسته به هسته در آن واحد هم زنده و هم مرده است. سوال این است: چه زمانی سیستم به عنوان ترکیبی از دو حالت دیگر وجود ندارد و یک حالت خاص را انتخاب می کند؟

تفسیر کپنهاگ از آزمایش به ما می گوید که سیستم دیگر ترکیبی از حالت ها نیست و در لحظه ای که مشاهده رخ می دهد یکی از آنها را انتخاب می کند، آن نیز یک اندازه گیری است (جعبه باز می شود). یعنی خود واقعیت اندازه‌گیری واقعیت فیزیکی را تغییر می‌دهد و منجر به فروپاشی تابع موج می‌شود (گربه یا مرده می‌شود یا زنده می‌ماند، اما دیگر ترکیبی از هر دو نیست)! در مورد آن فکر کنید، آزمایش و اندازه گیری های همراه با آن واقعیت اطراف ما را تغییر می دهد. برای من شخصا، این واقعیت توسط مغز بسیار قوی تر از الکل است. استیو هاوکینگ بدنام نیز این پارادوکس را سخت می گیرد و تکرار می کند که وقتی در مورد گربه شرودینگر می شنود، دستش به سمت براونینگ دراز می شود. شدت واکنش فیزیکدان نظری برجسته به این دلیل است که به نظر او نقش ناظر در فروپاشی تابع موج (پرتاب آن به یکی از دو حالت احتمالی) بسیار اغراق آمیز است.

البته، زمانی که پروفسور اروین در سال 1935 دور تمسخر گربه خود را تصور کرد، این روشی هوشمندانه برای نشان دادن نقص بود. مکانیک کوانتومی... در واقع، یک گربه نمی تواند همزمان زنده و مرده باشد. در نتیجه یکی از تفاسیر آزمایش، تناقض بین قوانین جهان کلان (به عنوان مثال، قانون دوم ترمودینامیک - گربه یا زنده است یا مرده) و جهان خرد (گربه زنده است) و در عین حال مرده) آشکار شد.

موارد فوق در عمل اعمال می شود: در محاسبات کوانتومی و در رمزنگاری کوانتومی. یک سیگنال نوری از طریق کابل فیبر نوری که در دو حالت برهم نهفته است، منتقل می شود. اگر مهاجمان به کابل در جایی در وسط وصل شوند و سیگنال را در آنجا قطع کنند تا اطلاعات ارسال شده را استراق سمع کنند، این کار باعث از بین رفتن عملکرد موج می شود (از نظر تفسیر کپنهاگ، یک مشاهده انجام می شود) نور به یکی از حالات خواهد رفت. با انجام تست های آماری نور در انتهای دریافت کننده کابل، تشخیص اینکه آیا نور در حالت برهم نهی قرار دارد یا قبلا مشاهده شده و به نقطه دیگری از آن منتقل شده است، امکان پذیر خواهد بود. این امکان ایجاد وسایل ارتباطی را فراهم می کند که شنود و شنود سیگنال نامرئی را حذف می کند.

یکی دیگر از آخرین تفسیرهای آزمایش فکری شرودینگر، داستان شلدون کوپر، قهرمان مجموعه تلویزیونی تئوری است. مهبانگ"(" تئوری بیگ بنگ ")، که او برای هم اتاقی کمتر تحصیل کرده پنی خواند. ماهیت داستان شلدون این است که مفهوم گربه شرودینگر را می توان در روابط بین افراد به کار برد. برای اینکه بفهمید بین یک مرد و یک زن چه اتفاقی می افتد، چه نوع رابطه ای بین آنها وجود دارد: خوب یا بد، فقط باید جعبه را باز کنید. قبل از آن رابطه هم خوب است و هم بد.

به وبلاگ خوش آمدید!

اگر به مقاله ای در مورد موضوعی علاقه مند هستید از فیزیک کوانتومدر این صورت احتمال اینکه عاشق The Big Bang Theory باشید زیاد است. بنابراین، شلدون کوپر تفسیر جدیدی ارائه کرد آزمایش فکری شرودینگر(می توانید ویدیویی با این قطعه را در انتهای مقاله پیدا کنید). اما برای درک گفتگوی شلدون و همسایه اش پنی، اجازه دهید ابتدا به تفسیر کلاسیک بپردازیم. بنابراین گربه شرودینگر به زبان ساده.

در این مقاله به موارد زیر خواهیم پرداخت:

• پیشینه تاریخی کوتاه
• شرح آزمایش با گربه شرودینگر
• پاسخ به پارادوکس گربه شرودینگر
• تفسیر شلدون از پارادوکس گربه شرودینگر

خبر خوب فورا در طول آزمایش گربه شرودینگر آسیبی ندید... زیرا اروین شرودینگر فیزیکدان، یکی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی، تنها یک آزمایش فکری انجام داد.

پیشینه تاریخی کوتاه

قبل از اینکه به شرح آزمایش بپردازیم، اجازه دهید یک گشت و گذار کوچک در تاریخ داشته باشیم.

در آغاز قرن گذشته، دانشمندان موفق به بررسی کیهان کوچک شدند. علیرغم شباهت خارجی مدل «اتم-الکترون» با مدل «خورشید-زمین»، مشخص شد که قوانین آشنای نیوتنی فیزیک کلاسیک در جهان خرد کار نمی کنند. بنابراین، وجود دارد علم جدید- فیزیک کوانتومی و جزء آن - مکانیک کوانتومی. تمام اجسام میکروسکوپی جهان ریز کوانتا نامیده می شدند.

توجه! یکی از فرضیات مکانیک کوانتومی "ابرجا" است. درک ماهیت آزمایش شرودینگر برای ما مفید خواهد بود.

"ابرجا" توانایی یک کوانتوم است (می تواند یک الکترون، یک فوتون، هسته یک اتم باشد) نه در یک، بلکه در چندین حالت همزمان یا در چند نقطه از فضا در یک زمان، اگر کسی او را تماشا نمی کند

درک این موضوع برای ما دشوار است، زیرا در دنیای ما یک شی فقط می تواند یک حالت داشته باشد، مثلاً زنده باشد یا مرده. و فقط می تواند در یک مکان خاص در فضا باشد. می‌توانید در مورد «ابرجایگاه» و نتایج خیره‌کننده آزمایش‌های فیزیک کوانتومی بخوانید در این مقاله.

در اینجا یک تصویر ساده از تفاوت بین رفتار اجسام میکرو و ماکرو ارائه شده است.یک توپ را در یکی از 2 جعبه قرار دهید. زیرا توپ یک شی از دنیای کلان ما است، می توانید با اطمینان بگویید: "توپ فقط در یکی از جعبه ها قرار دارد، در حالی که دومی خالی است." اگر به جای توپ یک الکترون بگیرید، این جمله درست خواهد بود که همزمان در 2 جعبه قرار دارد. قوانین دنیای خرد اینگونه عمل می کنند. مثال:الکترون در واقعیت به دور هسته اتم نمی چرخد، بلکه همزمان در تمام نقاط کره اطراف هسته قرار دارد. در فیزیک و شیمی به این پدیده «ابر الکترونی» می گویند.

خلاصه.متوجه شدیم که رفتار یک جسم بسیار کوچک و شی بزرگقوانین مختلف را رعایت کنید به ترتیب قوانین فیزیک کوانتومی و قوانین فیزیک کلاسیک.

اما هیچ علمی وجود ندارد که گذار از عالم کلان به عالم صغیر را توصیف کند. بنابراین، اروین شرودینگر آزمایش فکری خود را فقط برای نشان دادن ناقص بودن توصیف کرد نظریه عمومیفیزیک. او می خواست پارادوکس شرودینگر نشان دهد که علمی برای توصیف اجسام بزرگ وجود دارد. فیزیک کلاسیک) و علم برای توصیف ریز اجرام (فیزیک کوانتومی). ولی علم کافی برای توصیف گذار از سیستم های کوانتومی به کلان سیستم ها وجود ندارد.

شرح آزمایش با گربه شرودینگر

اروین شرودینگر یک آزمایش فکری با یک گربه را در سال 1935 توصیف کرد. نسخه اصلی شرح آزمایش در ویکی پدیا ارائه شده است ( گربه شرودینگر ویکی پدیا).

در اینجا نسخه ای از شرح آزمایش گربه شرودینگر به زبان ساده آمده است:

• یک گربه در یک جعبه فولادی در بسته قرار داده شد.
• در «جعبه شرودینگر» دستگاهی با هسته رادیواکتیو و گاز سمی در ظرفی قرار دارد.
• هسته می تواند در عرض 1 ساعت پوسیده شود یا نه. احتمال پوسیدگی 50 درصد است.
• اگر هسته تجزیه شود، شمارنده گایگر این را ثبت می کند. رله کار می کند و چکش ظرف را با گاز می شکند. گربه شرودینگر خواهد مرد.
• اگر نه، گربه شرودینگر زنده خواهد ماند.

طبق قانون «ابرجایگاه» مکانیک کوانتومی، در زمانی که ما سیستم را مشاهده نمی کنیم، هسته یک اتم (و در نتیجه گربه) به طور همزمان در 2 حالت قرار دارد. هسته در حالت متلاشی / غیر متلاشی است. و گربه در همان زمان زنده / مرده است.

اما ما با اطمینان می دانیم که اگر "جعبه شرودینگر" باز شود، گربه فقط می تواند در یکی از حالات باشد:

• اگر هسته آن پوسیده نشده باشد، گربه ما زنده است
• اگر هسته از هم پاشید - گربه مرده است

پارادوکس آزمایش این است که طبق فیزیک کوانتومی: قبل از باز کردن جعبه، گربه به طور همزمان زنده و مرده است.، اما با توجه به قوانین فیزیک جهان ما، این غیر ممکن است. گربه ممکن است در یک حالت خاص باشد - زنده بودن یا مرده بودن... هیچ حالت مخلوطی از "گربه زنده / مرده" در همان زمان وجود ندارد.

قبل از به دست آوردن سرنخ، این تصویر ویدیویی فوق العاده از پارادوکس آزمایش با گربه شرودینگر (کمتر از 2 دقیقه) را تماشا کنید:

راه حل پارادوکس گربه شرودینگر - تفسیر کپنهاگ

حالا جواب. به معمای خاص مکانیک کوانتومی توجه کنید - پارادوکس ناظر... شیء ریزجهان (در مورد ما، هسته) همزمان در چندین حالت قرار دارد فقط تا زمانی که سیستم را تماشا کنیم.

برای مثال, آزمایش معروف با 2 شکاف و یک ناظر.هنگامی که پرتو الکترونی به یک صفحه مات با 2 شکاف عمودی هدایت شد، سپس روی صفحه پشت صفحه، الکترون‌ها یک "الگوی موج" را ترسیم کردند - نوارهای تیره و روشن متناوب عمودی. اما زمانی که آزمایش‌کنندگان می‌خواستند ببینند که چگونه الکترون‌ها از میان شکاف‌ها پرواز می‌کنند و «ناظر» را از کنار صفحه تنظیم کردند، الکترون‌ها نه یک «الگوی موجی» روی صفحه، بلکه ۲ نوار عمودی روی صفحه نمایش دادند. آن ها نه مانند امواج، بلکه مانند ذرات رفتار کرد.

به نظر می رسد که ذرات کوانتومی خودشان تصمیم می گیرند که در لحظه ای که "اندازه گیری" می شوند، چه حالتی به خود بگیرند.

بر این اساس، توضیح (تفسیر) مدرن کپنهاگ از پدیده "گربه شرودینگر" به این صورت است:

تا زمانی که هیچ کس سیستم "گربه-هسته" را تماشا نمی کند، هسته در همان زمان در حالت پوسیده / غیر پوسیده است. اما این اشتباه است که بگوییم گربه در همان زمان زنده / مرده است. چرا؟ زیرا پدیده های کوانتومی در کلان سیستم ها مشاهده نمی شوند. درست تر است که در مورد سیستم "گربه هسته ای" صحبت نکنیم، بلکه در مورد سیستم "هسته آشکارساز (شمارگر گایگر)" صحبت کنیم.

هسته در زمان مشاهده (یا اندازه گیری) یکی از حالات (پاسیده / غیر پوسیده) را انتخاب می کند. اما این انتخاب در لحظه ای که آزمایشگر جعبه را باز می کند اتفاق نمی افتد (باز شدن جعبه در کیهان بزرگ و بسیار دور از دنیای هسته اتفاق می افتد). هسته در لحظه ورود به آشکارساز حالت خود را انتخاب می کند.نکته این است که سیستم به اندازه کافی در آزمایش توصیف نشده است.

بنابراین، تفسیر کپنهاگ از پارادوکس گربه شرودینگر رد می کند که قبل از باز شدن جعبه، گربه شرودینگر در حالت برهم نهی قرار داشت - در همان زمان در حالت یک گربه زنده / مرده بود. یک گربه در عالم کلان فقط در یک حالت می تواند و هست.

خلاصه.شرودینگر این آزمایش را به طور کامل توصیف نکرد. درست نیست (به طور دقیق تر، اتصال غیرممکن است) سیستم های ماکروسکوپی و کوانتومی. قوانین کوانتومی در کلان سیستم های ما اعمال نمی شوند. در این آزمایش، "هسته گربه" نیست که با هم تعامل می کند، بلکه "هسته گربه آشکارساز" است.گربه از کیهان بزرگ است و سیستم "هسته آشکارساز" از جهان کوچک است. و فقط در دنیای کوانتومی خود، هسته می تواند همزمان در 2 حالت باشد. این تا لحظه اندازه گیری یا تعامل هسته با آشکارساز اتفاق می افتد. یک گربه در جهان بزرگ خود می تواند و فقط در یک حالت است. بنابراین، تنها در نگاه اول به نظر می رسد که وضعیت گربه "زنده و مرده" در لحظه باز شدن جعبه مشخص می شود. در واقع سرنوشت آن در لحظه تعامل آشکارساز با هسته مشخص می شود.

خلاصه نهایی.وضعیت سیستم "ردیاب-هسته-گربه" نه با شخص - ناظر جعبه، بلکه با آشکارساز - ناظر هسته مرتبط است.

فوه مغزم تقریباً به جوش آمد! اما درک پاسخ پارادوکس چقدر لذت بخش است! همانطور که در یک شوخی قدیمی دانش آموز در مورد یک معلم: "وقتی داشتم صحبت می کردم، خودم متوجه شدم!"

تفسیر شلدون از پارادوکس گربه شرودینگر

اکنون می توانید استراحت کنید و به آخرین تفسیر آزمایش فکری شرودینگر از شلدون گوش دهید. اصل تفسیر او این است که می توان آن را در روابط بین مردم به کار برد. فهمیدن یک رابطه ی خوببین یک مرد و یک زن یا بد - شما باید جعبه را باز کنید (به یک قرار بروید). و قبل از آن هم خوب هستند و هم بد.

خوب، چگونه این "آزمایش زیبا" را دوست دارید؟ در زمان ما، شرودینگر از حامیان حیوانات برای چنین آزمایش‌های فکری وحشیانه‌ای با یک گربه دور می‌شد. یا شاید گربه نبود، بلکه گربه شرودینگر بود؟! دختر بیچاره از شرودینگر (((

شما را در انتشارات بعدی می بینیم!

برای همه شما یک روز خوب و یک شب خوب آرزو می کنم!

P.S. نظرات خود را در نظرات به اشتراک بگذارید. و سوال بپرسید.

P.S. اشتراک در وبلاگ - فرم اشتراک در زیر مقاله است.

- یک آزمایش فکری فیزیکدان اروین شرودینگر که ماهیت آن این است که گربه در جعبه در همان زمان زنده و مرده است. بنابراین، دانشمند ناقص بودن مکانیک کوانتومی را در انتقال از سیستم های زیراتمی به سیستم های ماکروسکوپی ثابت کرد.

اصل و نسب

فیزیکدان نظری اتریشی، اروین شرودینگر در سال 1935، در مقاله خود Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik) در Naturwissenschaften، آزمایشی را با یک گربه در جعبه پیشنهاد کرد.

گربه را می گیریم و داخل جعبه می گذاریم. جعبه حاوی یک هسته اتمی و یک ظرف حاوی گاز سمی است. احتمال پوسیدگی هسته ای 50 درصد است، در صورت وقوع، ظرف حاوی گاز باز می شود و گربه می میرد. اگر پوسیدگی رخ ندهد، گربه زنده است. طبق اصول مکانیک کوانتومی، قبل از اینکه جعبه را باز کنیم، گربه در حالت برهم نهی کوانتومی قرار دارد - یعنی در همه حالات به طور همزمان.

به نظر می رسد که در سیستم "گربه هسته"، یک گربه می تواند زنده یا مرده با همان احتمال 50٪ باشد. یا همزمان هم زنده است و هم مرده.

محبوبیت در اینترنت

برای اولین بار در اینترنت، موضوع گربه شرودینگر در می 1990 در انجمن علمی فیزیک یوزنت مورد بحث قرار گرفت. در 9 آگوست 2000، شعری به گربه شرودینگر در انجمن پرسش و پاسخ Straight Dope منتشر شد.

در آگوست 2004، فروشگاه آنلاین ThinkGeek شروع به فروش تی شرت هایی کرد که روی آن نوشته شده بود "گربه شرودینگر مرده است".

در 4 ژانویه 2006، کمیک شرودینگر در سری کمیک Xkcd منتشر شد.

”- آخرین پنل این کمیک خنده دار و در عین حال خنده دار است. تا زمانی که آن را نخوانید، نمی توانید بگویید که چگونه به پایان می رسد.

- چرندیات"

در 2 ژوئن 2007، وب سایت I Can Has Cheezburger تصویری از یک گربه در جعبه را با عنوان: "در جعبه کوانتومی شما ... یک گربه ... شاید" منتشر کرد.

اوج محبوبیت گربه شرودینگر، Google Doodle اختصاص داده شده به او بود که در 12 آگوست 2013 - در روز تولد 126 سالگی اروین شرودینگر ظاهر شد.

مراجع فرهنگ عامه

فیلم‌ها، سریال‌های تلویزیونی، کتاب‌ها و بازی‌های رایانه‌ای که در آنها به این آزمایش اشاره شد، نقش بسزایی در محبوبیت گربه شرودینگر در فرهنگ عامه داشتند. در اینجا فقط چند نمونه آورده شده است.

در قسمت 16 از فصل ششم "فوتوراما"، پلیس شرودینگر و گربه اش را دستگیر می کند.

در قسمت دوم فصل اول، ریک و مورتی، قهرمانان داستان در واقعیتی موازی با گربه های شرودینگر ملاقات می کنند.

شلدون کوپر، در نظریه انفجار بزرگ، از نظریه گربه شرودینگر استفاده کرد تا به پنی توضیح دهد که چگونه روابط بین زن و مرد کار می کند.

معنی

گربه شرودینگر نه تنها یک میم اینترنتی، بلکه یک قهرمان فرهنگ عامه است. گربه ای که در عین حال زنده و مرده است نماد نوعی ابهام است. شرودینگر زمانی به یاد می‌آید که چیزی هم خنده‌دار باشد و هم نه، یا زمانی که چیزی هم ممنوع و هم مجاز باشد. به عنوان مثال، چراغ راهنمایی با سیگنال قرمز و سبز همزمان، چراغ راهنمایی شرودینگر است.

گالری

یوری گوردیف
برنامه نویس، سازنده بازی، طراح، هنرمند

گربه شرودینگر یک آزمایش فکری است که توسط یکی از پیشگامان فیزیک کوانتومی پیشنهاد شده است تا نشان دهد که اثرات کوانتومی در سیستم های ماکروسکوپی چقدر عجیب به نظر می رسد.

من سعی می کنم با کلمات بسیار ساده توضیح دهم: آقایان فیزیک، دقیق نکنید. عبارت «تقریباً» در زیر قبل از هر جمله ذکر شده است.

در مقیاس بسیار بسیار کوچک، جهان از چیزهایی تشکیل شده است که رفتارهای بسیار غیرعادی دارند. یکی از عجیب ترین ویژگی های چنین اشیایی، توانایی قرار گرفتن همزمان در دو حالت متقابل است.

آنچه از دیدگاه شهودی حتی غیرمعمول‌تر است (حتی کسی می‌گوید خزنده است) - عمل مشاهده هدفمند این عدم قطعیت را از بین می‌برد و جسمی که به‌تازگی در دو حالت متضاد در آن واحد بوده است، فقط در مقابل ناظر ظاهر می‌شود. یکی از آنها، انگار هیچ اتفاقی نیفتاده، به پهلو نگاه می کند و بی گناه سوت می زند.

در سطح زیراتمی، مدتهاست که همه به این شیطنت ها عادت کرده اند. یک دستگاه ریاضی وجود دارد که این فرآیندها را توصیف می کند و دانش در مورد آنها کاربردهای مختلفی پیدا کرده است: به عنوان مثال، در رایانه و رمزنگاری.

در سطح ماکروسکوپی، این اثرات مشاهده نمی شود: اشیایی که ما به آنها عادت کرده ایم همیشه در یک حالت انضمامی هستند.

حالا برای یک آزمایش فکری. گربه را می گیریم و داخل جعبه می گذاریم. ما همچنین یک فلاسک با یک گاز سمی، یک اتم رادیواکتیو و یک شمارنده گایگر را در آنجا قرار می دهیم. یک اتم رادیواکتیو می تواند در هر لحظه تجزیه شود، یا ممکن است تجزیه نشود. اگر پوسیده شود، شمارنده تشعشع را تشخیص می دهد، یک مکانیسم ساده فلاسک را با گاز می شکند و گربه ما می میرد. اگر نه، گربه زنده می ماند.

جعبه را می بندیم. از این لحظه، از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، اتم ما در حالت عدم قطعیت است - با احتمال 50٪ تجزیه شد و با احتمال 50٪ تجزیه نشد. قبل از اینکه جعبه را باز کنیم و آنجا را نگاه کنیم (مشاهده ای انجام دهیم)، در هر دو حالت به طور همزمان خواهد بود. و از آنجایی که سرنوشت یک گربه مستقیماً به وضعیت این اتم بستگی دارد، معلوم می شود که گربه به معنای واقعی کلمه زنده و مرده است ("... لکه دار کردن یک گربه زنده و یک مرده (با عرض پوزش از بیان) در سهام مساوی ..." - نویسنده آزمایش می نویسد). نظریه کوانتومی این وضعیت را اینگونه توصیف می کند.

شرودینگر به سختی می‌دانست که ایده‌اش چه سر و صدایی به پا می‌کند. البته، خود آزمایش، حتی در نسخه اصلی، بسیار تقریبی و بدون تظاهر به دقت علمی توصیف شد: نویسنده می خواست این ایده را به همکاران خود منتقل کند که این نظریه باید با تعاریف روشن تری از فرآیندهایی مانند "مشاهده" تکمیل شود. به منظور حذف سناریوهای مربوط به گربه ها در جعبه ها از حوزه قضایی خود.

حتی از ایده یک گربه برای "اثبات" وجود خدا به عنوان یک ابر هوش استفاده شد و وجود ما را با مشاهده مداوم او ممکن کرد. در واقع، "مشاهده" به ناظر آگاه نیاز ندارد، که اثرات کوانتومی را از درجه ای از عرفان محروم می کند. اما با این وجود، فیزیک کوانتومی امروزه با بسیاری از پدیده های غیرقابل توضیح و تفاسیر آنها، پیشرو علم باقی مانده است.

ایوان بولدین
دکترای فیزیک و ریاضی، محقق، فارغ التحصیل از موسسه فیزیک و فناوری مسکو

رفتار اجسام عالم صغیر ( ذرات بنیادی، اتم ها، مولکول ها) به طور قابل توجهی با رفتار اجسامی که معمولاً باید با آنها سر و کار داشته باشیم متفاوت است. به عنوان مثال، یک الکترون می تواند به طور همزمان از طریق دو مکان دور از مکان پرواز کند یا به طور همزمان در چندین مدار در یک اتم باشد. برای توصیف این پدیده ها، نظریه ای ایجاد شد - فیزیک کوانتومی. طبق این نظریه، برای مثال، ذرات را می توان در فضا لکه دار کرد، اما اگر بخواهید مشخص کنید که در نهایت ذره کجاست، همیشه در جایی کل ذره را به عنوان یک کل خواهید یافت، یعنی به نظر می رسد که از حالت لکه دار به یک مکان خاص فرو می ریزد. یعنی اعتقاد بر این است که تا زمانی که یک ذره را اندازه نگیرید، اصلاً موقعیتی ندارد و فیزیک فقط می تواند پیش بینی کند که با چه احتمالی در چه مکانی می توانید یک ذره را پیدا کنید.

اروین شرودینگر، یکی از بنیانگذاران فیزیک کوانتومی، این سوال را مطرح کرد: اگر بسته به نتیجه اندازه گیری وضعیت یک ریزذره، رویدادی رخ دهد یا رخ ندهد، چه؟ به عنوان مثال، این می تواند به صورت زیر اجرا شود: یک اتم رادیواکتیو با نیمه عمر مثلاً یک ساعت گرفته می شود. یک اتم را می توان در یک جعبه مات قرار داد، دستگاهی را در آنجا قرار داد که وقتی محصولات تجزیه رادیواکتیو یک اتم به آن برخورد کرد، یک آمپول را با گاز سمی شکسته و یک گربه را در این جعبه قرار داد. آن وقت شما از بیرون نخواهید دید که آیا اتم پوسیده شده است یا نه، یعنی طبق نظریه کوانتومی همزمان پوسیده شده و پوسیده نشده است و بنابراین گربه به طور همزمان زنده و مرده است. این گربه گربه شرودینگر نام داشت.

شاید تعجب آور به نظر برسد که یک گربه می تواند همزمان زنده و مرده باشد، اگرچه از نظر رسمی هیچ تناقضی در اینجا وجود ندارد و این رد نظریه کوانتومی نیست. با این حال، ممکن است سؤالاتی مطرح شود، به عنوان مثال: چه کسی می تواند یک اتم را از حالت لکه دار به حالت خاصی فرو بریزد و چه کسی با چنین تلاشی به حالت لکه دار می رود؟ این روند فروپاشی چگونه پیش می رود؟ یا چگونه است که کسی که فروپاشی را انجام می دهد خود از قوانین فیزیک کوانتومی پیروی نمی کند؟ اینکه آیا این سؤالات منطقی هستند یا خیر، و اگر چنین است، پاسخ آنها چیست هنوز مشخص نیست.

جورج پانین
فارغ التحصیل از دانشگاه فنی شیمی روسیه به نام DI. مندلیوا، متخصص ارشد بخش تحقیقات (تحقیقات بازاریابی)

همانطور که هایزنبرگ برای ما توضیح داد، به دلیل اصل عدم قطعیت، توصیف اجسام در عالم کوچک کوانتومی ماهیت متفاوتی با توصیف معمول اجسام در کیهان کلان نیوتنی دارد. در مکانیک کوانتومی، به جای مختصات و سرعت های فضایی، که ما به توصیف حرکت مکانیکی، به عنوان مثال، توپ روی میز بیلیارد عادت داریم، اجسام به اصطلاح با تابع موج توصیف می شوند. تاج "موج" مربوط به حداکثر احتمال یافتن یک ذره در فضا در زمان اندازه گیری است. حرکت چنین موجی با معادله شرودینگر توصیف می شود، که به ما می گوید چگونه وضعیت یک سیستم کوانتومی در طول زمان تغییر می کند.

حالا در مورد گربه همه می دانند که گربه ها دوست دارند در جعبه ها پنهان شوند (thequestion.ru). اروین شرودینگر نیز آگاه بود. علاوه بر این، او با تعصب صرفاً نوردیک، از این ویژگی در یک آزمایش فکری معروف استفاده کرد. ماهیت آن این بود که یک گربه در جعبه ای با یک دستگاه جهنمی قفل شده بود. این دستگاه از طریق یک رله به یک سیستم کوانتومی، به عنوان مثال، یک ماده در حال تجزیه رادیواکتیو متصل است. احتمال پوسیدگی مشخص است و به 50 درصد می رسد. هنگامی که حالت کوانتومی سیستم تغییر می کند (واپاشی رخ می دهد) و گربه به طور کامل می میرد، ماشین جهنمی فعال می شود. اگر سیستم "Cat-box-Helish Machine-Quanta" را به مدت یک ساعت در اختیار خودش قرار دهیم و به یاد داشته باشیم که وضعیت یک سیستم کوانتومی بر حسب احتمال توصیف می شود، آنگاه مشخص می شود که احتمالاً برای فهمیدن اینکه آیا کار نمی کند. گربه در یک لحظه معین از زمان زنده است یا نه، همانطور که نمی توان از قبل سقوط سر یا دم سکه را به درستی پیش بینی کرد. پارادوکس بسیار ساده است: تابع موجی که یک سیستم کوانتومی را توصیف می کند، در خود دو حالت گربه را با هم مخلوط می کند - زنده و مرده در یک زمان، درست همانطور که یک الکترون مقید با احتمال مساوی می تواند در هر نقطه ای از فضا در فاصله مساوی از اتم قرار گیرد. هسته. اگر جعبه را باز نکنیم، دقیقاً نمی دانیم که گربه در آنجا چگونه است. بدون انجام مشاهدات (بخوانید اندازه‌گیری‌ها) روی یک هسته اتمی، می‌توانیم حالت آن را تنها با برهم نهی (اختلاط) دو حالت توصیف کنیم: یک هسته پوسیده و غیر پوسیده. یک گربه وابسته به هسته در آن واحد هم زنده و هم مرده است. سوال این است: چه زمانی سیستم به عنوان ترکیبی از دو حالت دیگر وجود ندارد و یک حالت خاص را انتخاب می کند؟

تفسیر کپنهاگ از آزمایش به ما می گوید که سیستم دیگر ترکیبی از حالت ها نیست و در لحظه ای که مشاهده رخ می دهد یکی از آنها را انتخاب می کند، آن نیز یک اندازه گیری است (جعبه باز می شود). یعنی خود واقعیت اندازه‌گیری واقعیت فیزیکی را تغییر می‌دهد و منجر به فروپاشی تابع موج می‌شود (گربه یا مرده می‌شود یا زنده می‌ماند، اما دیگر ترکیبی از هر دو نیست)! در مورد آن فکر کنید، آزمایش و اندازه گیری های همراه با آن واقعیت اطراف ما را تغییر می دهد. برای من شخصا، این واقعیت توسط مغز بسیار قوی تر از الکل است. استیو هاوکینگ بدنام نیز این پارادوکس را سخت می گیرد و تکرار می کند که وقتی در مورد گربه شرودینگر می شنود، دستش به سمت براونینگ دراز می شود. شدت واکنش فیزیکدان نظری برجسته به این دلیل است که به نظر او نقش ناظر در فروپاشی تابع موج (پرتاب آن به یکی از دو حالت احتمالی) بسیار اغراق آمیز است.

البته، زمانی که پروفسور اروین در سال 1935 به تمسخر گربه خود فکر کرد، این روشی مبتکرانه برای نشان دادن نقص مکانیک کوانتومی بود. در واقع، یک گربه نمی تواند همزمان زنده و مرده باشد. در نتیجه یکی از تفاسیر آزمایش، تناقض بین قوانین جهان کلان (به عنوان مثال، قانون دوم ترمودینامیک - گربه یا زنده است یا مرده) و جهان خرد (گربه زنده است) و در عین حال مرده) آشکار شد.

موارد فوق در عمل اعمال می شود: در محاسبات کوانتومی و در رمزنگاری کوانتومی. یک سیگنال نوری از طریق کابل فیبر نوری که در دو حالت برهم نهفته است، منتقل می شود. اگر مهاجمان به کابل در جایی در وسط وصل شوند و سیگنال را در آنجا قطع کنند تا اطلاعات ارسال شده را استراق سمع کنند، این کار باعث از بین رفتن عملکرد موج می شود (از نظر تفسیر کپنهاگ، یک مشاهده انجام می شود) نور به یکی از حالات خواهد رفت. با انجام تست های آماری نور در انتهای دریافت کننده کابل، تشخیص اینکه آیا نور در حالت برهم نهی قرار دارد یا قبلا مشاهده شده و به نقطه دیگری از آن منتقل شده است، امکان پذیر خواهد بود. این امکان ایجاد وسایل ارتباطی را فراهم می کند که شنود و شنود سیگنال نامرئی را حذف می کند.

یکی دیگر از تفسیرهای جدیدتر از آزمایش فکری شرودینگر داستانی از شلدون کوپر، قهرمان مجموعه تلویزیونی تئوری انفجار بزرگ است که برای هم اتاقی کمتر سواد پنی خوانده است. ماهیت داستان شلدون این است که مفهوم گربه شرودینگر را می توان در روابط بین افراد به کار برد. برای اینکه بفهمید بین یک مرد و یک زن چه اتفاقی می افتد، چه نوع رابطه ای بین آنها وجود دارد: خوب یا بد، فقط باید جعبه را باز کنید. قبل از آن رابطه هم خوب است و هم بد. youtube.com

بچه ها ما روحمون رو گذاشتیم تو سایت از شما متشکرم
که این زیبایی را کشف کنید ممنون از الهام بخش و الهام بخش.
به ما بپیوندید در فیس بوکو در تماس با

شرودینگر موفق شده است حتی در میان همکارانی که خود اغلب با زندگی ارتباطی ندارند، به عنوان یک فرد عجیب و غریب شهرت پیدا کند. این دانشمند آنقدر معمولی لباس می پوشید که نمی خواستند او را به هتل راه دهند، زیرا او را با یک ولگرد اشتباه می گرفتند. یک بار در یک کنفرانس مهم، شرودینگر از صحبت در مورد انرژی هسته ای خودداری کرد و یک سخنرانی در مورد فلسفه ارائه کرد.

چنین فردی مبهم تصمیم گرفت جامعه علمی را ترول کند و آزمایشی بی رحمانه با گربه و گاز کشنده انجام داد. خوشبختانه حتی یک گربه آسیب ندید. و همه به این دلیل که آزمایش ذهنی بود و همه چیز فقط در تخیل یک فیزیکدان اتفاق افتاد.

چند کلمه در مورد مکانیک کوانتومی

در اینجا یک مثال ساده از نحوه عملکرد فیزیک کوانتومی آورده شده است. 2 جعبه کبریت خالی بردارید. یک کبریت در یکی از آنها قرار دهید - این موضوع جهان کلان آشنای ما است. اکنون می توان گفت که کبریت فقط در یک جعبه است و در جعبه دیگر چیزی وجود ندارد. فیزیک آشنای نیوتنی اینگونه عمل می کند.

همه چیز تغییر می کند اگر به جای یک مسابقه یک الکترون بگیرید: خواهد شد همزماندر 2 جعبه قوانین فیزیک کوانتومی اینگونه عمل می کنند.

در سال 1935، این فیزیکدان آزمایش فکری معروف خود را انجام داد. متن اصلی به زبان آلمانی است. خوب ما آن را برای شما از زبان دانشمندان به زبان مردم عادی ترجمه کرده ایم.

• یک گربه در یک جعبه فولادی بسته قرار می گیرد.
• علاوه بر گربه، یک دستگاه جهنمی در جعبه با هسته رادیواکتیو و گاز سمی وجود دارد. گاز در یک ظرف شیشه ای مهر و موم شده است.
• یک هسته رادیواکتیو می تواند در عرض 1 ساعت تجزیه شود. یا ممکن است متلاشی نشود. احتمال وقوع یک رویداد 50 درصد است. (توجه داشته باشید:فروپاشی هسته ای ساده ترین مثالی است که به ذهن یک دانشمند رسیده است، زیرا در این مورد هسته تنها 2 گزینه دارد. اگر او متغیر دیگری را در نظر بگیرد، پیش‌بینی نتایج آزمایش دشوار خواهد بود.)
• اگر هسته پوسیده شود، گربه شانسی ندارد. از آنجا که پوسیدگی هسته توسط شمارنده گایگر ثبت می شود، رله کار می کند و یک چکش مخصوص آمپول را با گاز سمی می شکند. گربه مرده
• اگر هسته متلاشی نشود، گربه زنده می ماند.

برای درک ماهیت آزمایش شرودینگر، باید با اصل دیگری از مکانیک کوانتومی آشنا شوید - پارادوکس ناظر .

هسته رادیو اکتیو که گربه ما را تهدید می کند دقیقاً تا زمانی که ما برهم نهیم است رعایت نکنپشت سیستم به محض اینکه یک ناظر به سیستم متصل می شود و سعی می کند ببیند به طور کلی چه اتفاقی می افتد، هسته (اتم ها، فوتون ها) در نهایت مشخص می شود و موقعیت خاصی را می گیرد.

اگر هیچ کس سیستم را تماشا نمی کند (با ابزار اندازه گیری خود به جعبه بالا نمی رود)، هسته از هم پاشیده / همزمان متلاشی نمی شود.

اما گربه موضوعی کاملاً متفاوت است. او قطعاً زنده است یا قطعاً مرده است. از آنجا که یک گربه، یعنی یک ماکروسیستم، تحت تأثیر قوانین کوانتومی قرار نمی گیرد - از ذرات بسیار مختلفی تشکیل شده است. هسته رادیواکتیو در یک جهان است و گربه در دنیای چیزهای بزرگ زندگی می کند.

وقتی درب را باز می کنید، گربه اهمیتی نمی دهد. این هسته زمانی که ناظر ظاهر می شود پوسیده می شود / پوسیده نمی شود. و گربه بدون توجه به اینکه به آن نگاه می کنید یا نه زنده خواهد بود یا مرده.

هسته چگونه می داند که در حال تماشا است؟هنگامی که افراد یا دستگاه‌ها شروع به مشاهده یا اندازه‌گیری می‌کنند، ذرات یک موج (کوانتومی) را تجربه می‌کنند: برای مدتی در حالت عدم قطعیت بودند (گزینه‌های زیادی داشتند)، و اندازه‌گیری/مشاهده موقعیت هسته را در فضا تعیین می‌کند. زمان. به عبارت ساده، هسته از عالم صغیر وارد عالم کلان می شود. از منطقه عملکرد قوانین فیزیک کوانتومی خارج می شود و تحت تأثیر فیزیک نیوتنی قرار می گیرد.