Понимание мысленного эксперимента “Кот Шредингера”

Эрвин Шредингер был одной из ключевых фигур в квантовой физике еще до своего знаменитого мысленного эксперимента «Кот Шредингера». Он создал квантовую волновую функцию, которая теперь была определяющим уравнением движения во Вселенной, но проблема в том, что она выражала все движение в виде ряда вероятностей – что прямо противоречит тому, как большинство ученых день (и, возможно, даже сегодня) любят верить в то, как действует физическая реальность.

Сам Шредингер был одним из таких ученых, и он придумал концепцию кота Шредингера. чтобы проиллюстрировать проблемы с квантовой физикой. Итак, давайте рассмотрим проблемы и посмотрим, как Шредингер пытался проиллюстрировать их аналогией.

Квантовая неопределенность

Квантовая волна Функция отображает все физические величины как серию квантовых состояний вместе с вероятностью нахождения системы в данном состоянии. Рассмотрим один радиоактивный атом с периодом полураспада один час.

Согласно волновой функции квантовой физики, через час радиоактивный атом будет в состояние, в котором он одновременно распался и не распался. После измерения атома волновая функция схлопнется до одного состояния, но до тех пор она останется суперпозицией двух квантовых состояний.

Это ключевой аспект копенгагенской интерпретации квантовой физики – дело не только в том, что ученый не знает, в каком состоянии он находится, но скорее в том, что физическая реальность не определена, пока не произойдет акт измерения. Каким-то неизвестным образом сам акт наблюдения – это то, что закрепляет ситуацию в том или ином состоянии. Пока это наблюдение не состоится, физическая реальность разделена на все возможности.

К кошке

Шредингер расширил это на предлагая поместить гипотетическую кошку в гипотетический ящик. В ящик с кошкой мы помещали пузырек с ядовитым газом, который мгновенно убивал кошку. Флакон подключается к устройству, которое подключено к счетчику Гейгера, устройству, используемому для обнаружения излучения. Вышеупомянутый радиоактивный атом помещают возле счетчика Гейгера и оставляют там ровно на один час.

Если атом распадается, то счетчик Гейгера обнаружит излучение, разбейте пузырек и убейте кошку. Если атом не распадется, то пузырек останется неповрежденным, а кошка будет живой.

По истечении часового периода атом находится в состояние, в котором он одновременно распался и не распался. Однако, учитывая то, как мы построили ситуацию, это означает, что пузырек одновременно сломан и не разбит, и, в конечном итоге, согласно копенгагенской интерпретации квантовой физики кошка одновременно мертва и жива .

Интерпретации кота Шредингера

Известная цитата Стивена Хокинга: «Когда я слышу о коте Шредингера, я беру свой пистолет.” Это отражает мысли многих физиков, потому что есть несколько аспектов мысленного эксперимента, которые вызывают проблемы. Самая большая проблема с аналогией заключается в том, что квантовая физика обычно работает только в микроскопическом масштабе атомов и субатомных частиц, а не в макроскопическом масштабе кошек и ядовитых пузырьков.

Копенгагенская интерпретация утверждает, что акт измерения чего-либо вызывает коллапс квантовой волновой функции. В этой аналогии на самом деле измерение происходит с помощью счетчика Гейгера. В цепочке событий есть множество взаимодействий – невозможно изолировать кошку или отдельные части системы так, чтобы она была действительно квантово-механической по своей природе.

К тому времени, когда кошка сама входит в уравнение, измерение уже было сделано … тысячу раз, измерения были сделаны атомами счетчика Гейгера, устройства для разбивания пузырьков, пузырька, отравляющий газ, и сама кошка. Даже атомы ящика производят «измерения», если учесть, что если кошка упадет замертво, она вступит в контакт с другими атомами, чем если бы она тревожно расхаживала вокруг ящика.

Независимо от того, откроет ли ученый ящик, не имеет значения, кошка либо жива, либо мертва, а не суперпозиция двух состояний.

Тем не менее, согласно некоторым строгим взглядам на копенгагенскую интерпретацию, на самом деле требуется наблюдение сознательной сущности. Эта строгая форма интерпретации обычно является точкой зрения меньшинства среди сегодняшних физиков, хотя остается некоторый интригующий аргумент, что коллапс квантовых волновых функций может быть связан с сознанием. (Для более подробного обсуждения роли сознания в квантовой физике я предлагаю Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness Брюса Розенблюма и Фреда Каттнера.)

Еще одна интерпретация – это Многовидовая интерпретация (MWI) квантовой физики, которая предполагает, что ситуация на самом деле разветвляется на множество миров. В некоторых из этих миров кошка будет мертвой при открытии коробки, в других кошка будет живой. Несмотря на интерес публики и, конечно, авторов научной фантастики, Интерпретация многих миров также является точкой зрения меньшинства среди физиков, хотя конкретных доказательств за или против нее нет.

Отредактировала Энн Мари Хелменстин, доктор философии.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий