Кот шредингера кратко и понятно

Обновлено: 04.07.2024

Много кто слышал это выражение, но возможно не все понимают даже упрощенный его смысл. Давайте попробуем разобраться без сложных теорий и формул.

Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет 1935 году. Вот цитата:

Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Пусть какой-нибудь кот заперт в стальной камере вместе со следующей дьявольской машиной (которая должна быть независимо от вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое , что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой.

Суть человеческим языком: эксперимент Шредингера показал, что, с точки зрения квантовой механики, кот одновременно и жив, и мертв, чего быть не может. Следовательно, квантовая механика имеет существенные изъяны.

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся (Википедия).

Американский физик Арт Хобсон (Art Hobson) из университета Арканзаса (Arkansas State University) предложил своё решение данного парадокса.

Кот Шрёдингера больше не живой и мёртвый одновременно. Он мёртв, если произойдёт распад, и жив, если распад так и не случится.

Добавим, что похожие варианты решения этого парадокса были предложены ещё тремя группами учёных за последние тридцать лет, однако они не были восприняты всерьёз и так и остались незамеченными в широких научных кругах. Хобсонотмечает, что решение парадоксов квантовой механики, хотя бы теоретические, совершенно необходимы для её глубинного понимания.

Подробнее о работе физика можно почитать в его статье, которая была опубликована в журнале Physical Review A.

А вот совсем недавно ТЕОРЕТИКИ ОБЪЯСНИЛИ, КАК ГРАВИТАЦИЯ УБИВАЕТ КОТА ШРЁДИНГЕРА, но это уже сложнее …

Как правило, физики объясняют феномен того, что суперпозиция возможна в мире частиц, но невозможна с котами или другими макрообъектами, помехами от окружающей среды. Когда квантовый объект проходит сквозь поле или взаимодействует со случайными частицами, он тут же принимает всего одно состояние — как если бы его измерили. Именно так и разрушается суперпозиция, как полагали учёные.

Но даже если каким-либо образом стало возможным изолировать макрообъект, находящийся в состоянии суперпозиции, от взаимодействий с другими частицами и полями, то он всё равно рано или поздно принял бы одно-единственное состояние. По крайней мере, это верно для процессов, протекающих на поверхности Земли.

Эйнштейновская общая теория относительности гласит, что чрезвычайно массивный объект будет искривлять вблизи себя пространство-время. Рассматривая ситуацию на более мелком уровне, можно сказать, что для молекулы, помещённой у поверхности Земли, время будет идти несколько медленнее, чем для той, что находится на орбите нашей планеты.

Этот эффект пока что никто не наблюдал, поскольку другие источники декогеренции, такие как магнитные поля, тепловое излучение и вибрации, как правило, гораздо сильнее, и вызывают разрушение квантовых систем задолго до того, как это сделает гравитация. Но экспериментаторы стремятся проверить высказанную гипотезу.

Описание эксперимента

Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет в 1935 году. В ней эксперимент был описан с использованием приема сравнение или даже олицетворение:

Объяснение простыми словами

Остался ли кот живым в результате эксперимента?

НИ ОДИН КОТ НЕ ПОСТРАДАЛ

Отзывы и комментарии

Если у вас есть чем поделиться относительного понимания парадокса Шредингера, можете написать об этом ниже.

Все мы слышали про знаменитого кота Шредингера, но знаем ли мы, что это за кот такой на самом деле? Давайте разберемся и попытаемся рассказать о знаменитом коте Шредингера простыми словами.

Кот Шредингера – это эксперимент, проведенный Эрвином Шредингером, одним из отцов-основателей квантовой механики. Причем это не обычный физический эксперимент, а мысленный.

Надо признать, что Эрвин Шредингер был человеком с очень богатым воображением.

Итак, что у нас есть в качестве воображаемой основы для проведения эксперимента? Есть кот, помещенный в коробку. В коробке также находится счетчик Гейгера с некоторым очень маленьким количеством радиоактивного вещества. Количество вещества таково, что вероятность распада и нераспада одного атома в течение часа – одинакова. Если атом распадется, запустится специальный механизм, который разобьёт колбу с синильной кислотой, и бедный кот умрет. Если же распада не произойдет, то кот продолжит тихонько сидеть себе в коробке и мечтать о сосисках.

В чем же суть кота Шредингера? Зачем вообще было придумывать такой сюрреалистический опыт?

Согласно результатам эксперимента мы узнаем, жив кот или нет, только когда открываем коробку. С точки зрения квантовой механики кот одновременно (как и атом вещества) находится сразу в двух состояниях – и жив, и мертв одновременно. Это и есть знаменитый парадокс кота Шредингера.

Естественно, такого быть не может. Эрвин Шредингер поставил этот мысленный эксперимент, чтобы показать несовершенство квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

Приведем формулировку самого Шредингера:

Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Пусть какой-нибудь кот заперт в стальной камере вместе со следующей дьявольской машиной (которая должна быть независимо от вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества - столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой.

Определенно положительным моментом в данном эксперименте является тот факт, что не одно животное в его ходе не пострадало.

А если у Вас вдруг остались вопросы или преподаватель задал задачку по квантовой механике, обращайтесь к нашим авторам. Вместе мы решим все вопросы гораздо быстрее!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Оформление или структура статьи оставляет желать лучшего.

Должно отверстать её согласно Правилам Оформления.

Кот Шрёдингера

Автор

Первоисточник

Время

Секция

Школа/Область исследования

Состояние

Статус

Кот Шредингера - Мысленный Эксперимент, предложенный австрийским учёным, лауреатом Нобелевской Премии по Физике и основателем квантовой механики Эрвином Шредингером в 1935 году в одноимённой статье для показание неприменимости квантовой физики к макросистемам и вынужденным дополнением таковой.

Содержание

Формулировка [ ]

Оригинальная [ ]

"Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Некий кот [1] заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях.

начает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана"

Простым слогом писанная [ ]

Как известно, в квантовой механики субатомные системы (то есть очень маленькие) в момент отсутствия наблюдения находятся в суперпозиции - то есть в двух состояния одновременно. Почему дело обстоит так, очень легко понять на примере подкиданной монетки. Предположим, вы, играя в орлянку, подкидываете монету. Невооружённым глазом Вы не можете понять во время полёта монетки как выпадет таковая. Но, как известно, Вы можете поставить некий датчик, к примеру, камеру замедленной съёмки, и понять коим образом монета располагается в пространстве во время полёта - мало того, Вам вовсе не необходимо наблюдение и Вы сполна можете, зная об весе монете, её положении во время броска и силе этого броска, при расчётах заранее знать положение монеты. Иным же образом всё обстоит на квантовом уровне - само наблюдение есть действие за малостью наблюдаемого. Дабы увидеть, к примеру, направленность вращения электрона по оси (спин), Вы должны запустить в таковой тот же фотон - поймать "монетку" в полёте. То есть вы не имеете возможности таковую увидеть летя, а то значит, что "монетка", субатомная система, в момент своего полёта недосягаема, а само наблюдение меняет её характеристи

ки (что показывают неравенства Белла) - в момент же полёта она находится в нескольких позициях сразу, то есть в "суперпозиции". Шрёдингер предлагает поместить кота (то есть макросистему) в коробку и сделать жизнь такового зависящей от находящейся в суперпозиции субатомной системы. Тогда, ибо жизнь кота находится в зависимости от неопределённой субатомной системы, сам кот начинает подчинятся субатомным правилам и впадает в мир, наполненный законами квантового мира, то есть в суперпозицию - став одновременно и живым, и мёртвым, то есть "живомёртвым" котом. Но, очевидно, кот не может быть одновременно живым и мёртвым - он либо жив либо мёртв, что мы не узнаем пока не откроем контейнер, то есть макросистема не подчинилась законам микромира.

Интерпретации (А что с котом?) [ ]

Кот находится в весьма неблагоприятном положении

Однако, различные интерпретации квантовой механики не согласны с нашим привычным мышлением жителей макромира и готовы оспорить таковое решение. Но прежде чем начать, мы должны понять, что ни одна таковая интерпретация не влияет на жизнь бедной зверушки - по философии позитивизма в целом и по критерию фальсифицируемости Поппера в частности, таковые и вовсе являются ненаучными, ибо интерпретации эти не сколь не влияют на саму квантовую физику, а оперируют, как раз, непроверяемыми концепциями, касающимися ненаблюдаемого, к примеру, Кота Шредингера. Фактически, главная цель всех интерпретаций (некоторые из коих согласуется далеко не хорошо) квантовой механики сделать процесс рассуждения при рассмотрении хода экспериментов квантовой физике проще, а саму квантовую физику - на уровне бытийного мышления чуть понятней. Итак, начнём.

Копенгагенская интерпретация [ ]

Многомировая интерпретация [ ]

Многомировая интерпретация гласит, что, просто говоря, наблюдение субатомных объектов или объектов от них зависящих приводить к "расщеплению" мира на два мира с различно случившимися наблюдениям. То есть, по Многомировой интерпретации, когда мы открываем ящик с котом, мы видим, к примеру, живого кота, но в тот же момент Вселенная "расщепляется", и мы же в другой вселенной видим кота мёртвого (или живого, если те мы, что видели живого кота, увидели мёртвого). Это, кстати, может наглядно показывать наличие совершенно противоположных Вселенных - к примеру, некто Х увидев кота живого в детстве вырастет обычным человеком, но тот же Х при прочих предпосылках, можно предположить, увидев кота мёртвого, всю жизнь, возможно, будет ненавидеть физиков - и повторение таковых процессов когда-нибудь приведёт к существованию полностью диаметральных Вселенных. Из этого следует весьма забавный вывод, что чем больше происходит экспериментов по квантовой механике, к примеру, чем больше происходит "Котов Шредингера" в реальности, тем более различные Вселенные появляются на свет.

Кот-Наблюдатель (уточнение) [ ]

Также стоит помнить, что кот как таковой, даже ничего не понимая в квантовой физике, также является наблюдателем, что полностью исключает факт его нахождения в суперпозиции. Тогда, с точки зрения Копенгагенской интерпретации, кот, в случае своей смерти, окажется в одной позиции, а человек, позже открывший коробку, будет своего рода "другом Вигнера", коего мы разберём ниже (из-за чего пока оставим уточнение в Копенгагенской интерпретации). Но, с точки зрения Многомировой интерпретации, кот наблюдая сам себя одной своей версией всегда будет оставаться жив, а другой, не наблюдающей, мёртв, что означает то, что кот сам для себя будет живой, а для наблюдателя, вскрывшего коробку - либо живой, либо мёртвый. При сомнениях относительно способности кота наблюдать, кота заменяют человеком и получают МЭ "Квантовое самоубийство". Однако, в данном случае появляются вопросы относительно расщепления сознания - и тогда, вероятно, мы вернёмся на круги своя в лице

того, что одна версия кота-наблюдателя будет наблюдать смерть, а другая - всю тот же унылый контейнер. И не что не гарантирует Вам, что Вы будете тем котом-наблюдателем, что выживет - хотя, если Многомировая интерпретация верна, одна из ваших версий-наблюдателей выживет спустя огромное количество времени, выйдет из ящика и докажет факт существования Многомировой интерпретации.

Друзья Вигнера [ ]

Взрывчатка Шрёдингера [ ]

Замена [ ]

Ваш любимый динамит

Тогда, исходя из "друзей" и "кота-наблюдателя", скажем мы, кота необходимо заменить нечем, что не сможет себя наблюдать, ибо в обоих интерпретациях, как мы поняли, именно кот мешает находится в суперпозиции себе - и пусть на месте кота будет маленькое количество взрывчатки, какая взорвётся при распаде радиоактивного вещества, но при том не одна её частица не коснётся стенок коробки и не передаст таковой импульс. Тогда не что не будет говорить стороннему наблюдателю коробки о взрыве или отсутствии взрыва и до открытия таковой, как и в случае с котом, но и наблюдатель - кот будет отсутствовать. Тогда, заявив об отсутствии "объективной реальности", мы сделаем вывод, что взрывчатка и правда находится в суперпозиции.

Взрывчатка-наблюдатель [ ]

Однако, тогда мы можем настоять на том, что утверждение важности наблюдения весьма сомнительно, если таковое есть лишь частный случай взаимодействия субатомной системы с макросистемой. Сказав это, мы, вероятно, окажемся гораздо ближе, чем если будет утверждать, что мир определяется только наблюдением - ибо, если мы начнём измерять спин электрона, но не будем смотреть результат такового измерения - изменится ли результат измерения? Тогда даже взрывчатка может быть "наблюдателем" - по взаимодействию себя, макросистемы, с субатомной. Фактически, мы попадаем в ловушку: ибо мы есть макросистемы и только мы судим (как минимум, мы так считаем) о субатомных системах, мы связываем два этих действия и считаем, что наблюдение и есть только то взаимодействие с субатомным миром, что приводит к коллапсу волновой функции. Однако, мы даже так предположив, не можем понять, что истинно - "только наблюдение" и "любое взаимодействие", что ещё раз показывает что, по критерию фальсифицируемости, интерпретации квантовой механики, конечно, весьма интересны и близки к науке и факту, но при том ненаучны за своей непроверяемостью.

Друзья взрывчатки [ ]

Тогда, если соединить "Друзей Вигнера" и "Взрывчатку-наблюдателя", можно получить весьма понятную картину. Предположим наш второй наблюдатель - простейший робот, начинённые взрывчаткой, а "друзья" - мир действия, полностью состоящий из динамитов Тогда предположим, что робот, увидев взорванную взрывчатку и также взрывается. Наш наблюдатель№2 открывает коробку и видит, также допустим, что взрывчатка в коробке взорвалась. Тогда наш робот также взорвётся - и запустит цепную реакцию взрыва динамитов, пока мир нашего МЭ не взорвётся весь полностью. То есть для мира данного взрывчатка будет взорвавшейся, а, предположим, для соседней динамитной планеты. пока до неё не долетит свет от этой, взрывчатка будет находится в суперпозиции. И тогда мы поймём что дело не в наблюдении, а взаимодействии с макросистемой.

В культуре [ ]

Пожалуй, никто не сделал больше для популяризации квантовой механики, чем бедолага-кот. Даже самые далёкие от этой сложной области знания люди, взволнованные судьбой вероятно страдающей зверушки, пытаются разобраться в тонкостях эксперимента, надеясь, что не всё так плохо. Кот вдохновляет деятелей искусства и массовой культуры. Упомянем же основные его заслуги:

Литература [ ]

Экран [ ]

Комиксы / манга [ ]

Музыка [ ]

Любая шутка про кота Шрёдингера смешная и несмешная одновременно.
Шрёдингер и Гейзенберг едут по трассе на конференцию, Шрёдингер за рулём. Внезапно раздаётся удар и он останавливает машину. Гейзенберг выглядывает на дорогу:

— Боже мой, похоже я сбил кота! — Он умер? — Не могу сказать точно.

Шрёдингер ходил по комнате в поисках нагадившего котёнка, а тот сидел в коробке ни жив ни мертв.

Прочее [ ]

В связи с открытием кафедры теологии МИФИ в сети получила распространение такая картинка.
Существует научно-популярный журнал "Кот Шрёдингера".

Сноски [ ]

↑ На самом деле у Шрёдингера была кошка, die Katze, но в обиходе прижился именно кот.

Ссылки [ ]

Про Кота Шрёдингера можно также прочитать на Википедии и Бестиарии Мысленных Экспериментов, откуда частично взяты материалы статьи.

Читайте также: