Суббота , 23 Октябрь 2021

Опыт шредингера с котом: Квантовая реальность кота Шрёдингера | Кот Шрёдингера

Содержание

Квантовая реальность кота Шрёдингера | Кот Шрёдингера

«Вы действительно верите, что Луна существует только тогда, когда вы на нее смотрите?» — с этой цитаты из Эйнштейна начинается статья шестерых австралийских физиков, опубликованная в феврале в журнале Nature Physics.

Название самой статьи тоже вполне нетривиально: Measurements on the reality of the wavefunction. То есть ученые проверили, реальна ли волновая функция — центральное понятие квантовой механики. Авторы с места в карьер ставят вопросы, о которых ученые спорят с 20-х годов прошлого века: что мы на самом деле измеряем, когда изучаем отдельные частицы? 

Эрвин Шрёдингер (1887-1961) — австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1933). Вывел волновое уравнение, сейчас известное как уравнение Шрёдингера. 

Волшебный мир квантовых систем ведет себя двусмысленно. Например, летает электрон вокруг ядра атома.

Потом приходит ученый с приборчиком и пытается понять, где конкретно находится электрон в этот самый момент. Он делает сто тысяч измерений и видит, что электрон, собственно, не летает — он просто «возникает» то там, то сям вблизи ядра. Причем не каким-нибудь случайным образом, а в определенной закономерности. И вероятность того, что электрон обнаружится в каком-то конкретном месте, можно вычислить. Самое неприятное здесь в том, что вычисляется именно вероятность: «Электрон находится здесь на 25%, там на 40%, а еще там, там и там…»

Вот мы и рассказали, что такое волновая, или ᴪ-функция. Как раз она и показывает математическую вероятность того, где частица находится.

Придумал такое, как мы с вами понимаем, в 1926 году Эрвин Шрёдингер, именем кота которого назван наш журнал.

Вычислять волновую функцию физики научились очень здорово, но сразу начались философские проблемы, из-за которых скандалили Бор с Эйнштейном. Здание квантовой физики, в фундамент которого легла волновая функция, стояло прочно, но чуть ли не в каждую квартиру этого дома заселились парадоксы.

Например, нельзя одновременно узнать импульс и координату частицы; другой пример — два фотона, разнесенные на космические расстояния, каким-то образом «чувствуют» друг друга… С нашим электроном на орбите тоже не всё в порядке: в момент, когда мы его «ловим» нашим приборчиком, он перестает быть квантовым объектом и становится классическим. Грубый макроскопический мир вторгся в мир частиц и вступил с ним в конфликт.

Встал вопрос: что происходит, когда мы измеряем состояние квантовой системы, ловим тот же электрон, например? Даже не так: измеряем ли мы действительно ее состояние, или нам доступен лишь статистический набор данных, а причину того, почему электрон себя так ведет, нам понять не дано?

По волновой функции можно определить вероятность того, жив кот или мёртв. Но это не всё: до тех пор пока ящик не открыли, кот является квантовым объектом. Он одновременно и жив и мёртв с какой-то вероятностью.

Радикальный ответ дал Нильс Бор и его последователи: в тот момент, когда мы измеряем квантовый объект, он автоматически становится частью макромира и ведет себя по правилам обычной классической физики. То есть, измеряя, мы разрушаем квантовую систему. Называется «коллапс волновой функции». Понять, почему так происходит, мы не можем, но эксперименты это подтверждают.

Берем тот же мысленный эксперимент с котом Шрёдингера. Он простой. В ящик с радиоактивным атомом на час сажают кота. В ящике также находится капсула с ядовитым газом, которая разбивается, если атом распадется. По волновой функции можно определить вероятность того, жив кот или мертв. Но это не всё: до тех пор пока ящик не открыли, кот является квантовым объектом. Он одновременно и жив и мертв с какой-то вероятностью.

Хью Эверетт III (1930-1982) — американский физик, который в 1957 году предложил многомировую интерпретацию квантовой механики, названную «относительностью состояния». Эта интерпретация фактически говорит о том, что во время каждого события рождаются параллельные вселенные. Многомировая интерпретация — вторая по популярности у физиков после копенгагенской.

Бор и так называемая копенгагенская интерпретация квантовой механики решают парадокс просто: нам неинтересно, что происходит с котом внутри ящика, мы этого не знаем, а вот когда откроем, то увидим либо однозначно живого, либо однозначно мертвого. Нам суждено довольствоваться ограниченным знанием, поэтому волновая функция — лишь наше описание реальности квантового мира.

Фактически это означает, что мы ничего не можем говорить о том, что не можем видеть. Этого как бы и не существует, что и раздражало Эйнштейна, когда он спрашивал про Луну.

Однако человеческий ум с ограниченностью знания смириться не может. Появилось несколько интерпретаций того, что мы наблюдаем. Например, Дэвид Бом ввел понятие скрытых параметров — чего-то, что стоит за поведением квантов и волновой функцией. Потом эти идеи развивал Джон Стюарт Белл, чьи неравенства удалось проверить экспериментально и показать, что на близких расстояниях никаких скрытых параметров нет.

Еще был Хью Эверетт, придумавший многомировую интерпретацию: при каждом событии мир делится на части, связанные друг с другом. Интерпретация чудовищная в своей грандиозности, но довольно популярная у физиков до сих пор…

Дым сражений за философские основы понимания природы нисколько не рассеялся и в наши дни.

Появились изощренные инструменты, которыми физики проверяют, что же лежит в основе реального мира.

Итак, мы добрались до 2015 года, до публикации австралийских ученых. В экспериментах с поляризованными фотонами они проверили, реальна ли волновая функция, или мы пользуемся ею за неимением лучшего описания реальности. Оказалось — да, волновая функция реальна. 

 

Доктор Алессандро Федрицци из Университета Квинсленда рассказал нам о результатах опытов.

[Кот Шрёдингера] Что вы понимаете под «объективной реальностью» в контексте интерпретаций квантовой механики?

[Алессандро Федрицци] Говоря «объективная реальность», мы подразумеваем, что свойства квантовых объектов четко определены как до измерения, так и после (то есть что объективная реальность существует независимо от того, «смотрим мы на Луну или нет», и можно узнать ее свойства, не разрушая в эксперименте. — «КШ»).

Существуют три наиболее общих подхода к интерпретации объективной реальности и того, что волновая функция нам о ней рассказывает.

Первый: объективной реальности не существует. Второй: она существует, и волновая функция описывает эту реальность в пределах наших ограниченных знаний о ней. Третий: она существует, и волновая функция строго соответствует реальности.

В нашей работе мы изначально игнорируем первый вариант и исключаем [по результатам эксперимента] наиболее распространенные интерпретации в рамках второго.

[КШ] Было ли целью эксперимента отличить объективную реальность от субъективной?

[АФ] Мы совершенно определенно не пытаемся проводить различие между «реальностью» и «нереальностью».

[КШ] Вы употребляете термины «эпистемические модели» и «онтологические». Как популярно объяснить разницу между ними?

[АФ] Замечательным примером, как нам кажется, служит кот Шрёдингера. Давайте предположим, что объективная реальность существует независимо от наблюдений. «Эпистемицист» в этой ситуации скажет, что кот или определенно жив, или определенно мертв и что волновая функция «жив + мертв» просто выражает наше неведение, в каком же именно состоянии он находится. Поэтому здесь нет никакой реальной проблемы. Мы можем просто открыть ящик и узнать, в каком же все-таки состоянии кот.

Мы, однако, исключили подобное объяснение. В онтологических теориях объективная реальность такова, что кот действительно и жив и мертв в одно и то же время.

[КШ] Но тогда кот одновременно является и квантовой системой, и классической. Что может чувствовать классическая система «кот», находясь в ящике в состоянии квантовой суперпозиции?

[АФ] У меня нет ответа, это очень метафизический вопрос. Сам тот факт, что кот, будучи предположительно классическим объектом, не должен находиться ни в какой суперпозиции… Это проблема популярного объяснения эксперимента.

[КШ] Почему так важно доказательство существования волновой функции?

[АФ] Волновая функция — центральный объект квантовой механики. Разве не поразительно, что мы не имеем ни малейшего представления о том, что это такое на самом деле? Ответ на этот вопрос, возможно, и не имеет непосредственного применения для какого-либо технологического прорыва, однако обладает огромной важностью, философски и фундаментально.

[КШ] Результат вашего эксперимента означает, что копенгагенская интерпретация ошибочна? Вы склоняетесь к многомировой интерпретации Эверетта?

[АФ] «Копенгаген» жив и здоров, поскольку вообще исключает вопрос, стоит ли объективная реальность за волновой функцией. Эта интерпретация относится к той группе, которую мы отметаем в самом начале. Если же вы верите в объективную реальность, тогда интерпретация Бома и многомировая интерпретация выглядят убедительнее.

Другие варианты были исключены экспериментом. Остались, конечно, некоторые лазейки…

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №3 (05) март 2015 г.

Подписаться на «Кота Шрёдингера»

 

Теория Шредингера простыми словами. Кот Шредингера. Эрвин Шредингер. Парадокс кота Шредингера. Объяснение смысла

Это словосочетание – кот Шрёдингера – слышали многие. И некоторые любители котов и кошек спрашивают: «А где купить себе такого кота?» А нигде его не купишь, потому что его не существует! Он не существует как животное, зато прекрасно себя чувствует как мысленный эксперимент или парадокс, придуманный в свое время Шрёдингером.

Немного о самом Шрёдингере

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер был в свое время не только выдающимся ученым, Нобелевским лауреатом, но и настоящим «отцом квантовой механики». В атомной физике базовым понятием считается его уравнение, которое так и называется – «уравнение Шрёдингера». Но не оно принесло популярность выдающемуся физику! А его мысленный эксперимент, который выявил парадокс в отношении квантовой физики.

Этот эксперимент Шрёдингера стал таким откровением, что о нем знают не только физики, но и простые обыватели. По крайней мере, хотя бы по названию! А сам этот эксперимент был доказательством несостоятельности интерпретации законов квантовой механики, представленной в Копенгагене в 1927-ом году Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом. Эта интерпретация строилась на ответе двух ученых на вопрос о корпоскулярно – волновом дуализме, который свойственен квантовой механике. Эта интерпретация дает основания полагать, что смешение системы прекращается именно в момент наблюдения – она просто выбирает какое-то конкретное, одно состояние.

Суть эксперимента, или тот самый парадокс Шрёдингера

Что же это такое – кот Шредингера, как можно понимать этот опыт? «Действующими лицами» в этом эксперименте являются живая кошка и радиоактивные атомы. Вот достаточно простое объяснение этому эксперименту:

  • У нас есть ящик, в этом ящике будет сидеть кошка (или кот – без разницы), а еще там будет находиться специальный механизм. Этот механизм состоит из емкости с достаточно ядовитым газом и атомного ядра. Причем это ядро имеет период распада за один час с вероятностью 50%, то есть равную в сторону «за» или «против». В момент распада запускается механизм, который открывает эту емкость с ядом в виде газа. То есть, ядро все-таки распалось – котик умер от отравления. Ядро осталось целым – котик здоров и весел.
  • Кошка (или же кот) заперт в этом ящике и сидит там ровно один час.
  • Сама квантовая же механика вроде сообщает нам, что как сам наш кот, так и ядро атома, находятся одновременно в обоих состояниях (это суперпозиция). Пока мы еще не открыли злосчастный ящик, вероятность ситуации «наш котик жив» или «наш котик, к сожалению, умер» находится в соответствии 50% на 50%. То есть наш кот, который сидит в этом ящике, одновременно и мертвый и живой!
  • Причем промежуточного состояния между жив — мертв в данной ситуации нет! И она совершенно не зависит от наблюдателя, а только от ядра!


То есть, если уж совсем просто – наблюдения над ядром и котом нет. И именно поэтому их состояние можно описать двояко – ядро распалось и котик мертв, ядро не распалось и котик жив. Одновременно, без проверки, котик и мертв и жив, потому что ядро и распалось и не распалось. И только при контроле через час можно с уверенностью «поставить диагноз». А до истечения этого часа и ядро и наш котик находится сразу в двух фазах – и положительной, и отрицательной! В этом и есть парадокс! Потому что нельзя быть одновременно и мертвым и живым – противоречит всем законам. Но до проверки через час сказать, в каком точно состоянии находится это ядро, а, следовательно, и наша кошка, просто невозможно. Любое утверждение будет ложным!


И вот при помощи этого эксперимента явственно видно, что таки квантовая механика носит в себе очень существенные и парадоксальные изъяны. Пресловутый кот Шрёдингера это ясно доказал. Ведь быть в одно и то же время и живым, и мертвым, невозможно, а именно это и происходит с подачи этой самой квантовой механики! Опыт показывает, что такой парадокс просто немыслим по опередению здравого смысла. А это значит, и вся квантовая механика парадоксальна и требует дополнений в виде правил, только они смогут указать на условия, при наличии которых будет существовать только один вариант.

Интерпретации эксперимента Шрёдингера

Начнем с того, что хоть название, существующее сегодня, говорит об этом эксперименте «Кот Шредингера», в оригинальном варианте эксперимента была-таки кошка! И существуют на сегодняшний день данный опыт имеет несколько интерпретаций

Копенгагенская интерпретация

Именно она утверждает, что до того момента, когда откроется ящик, наш несчастный кот пребывает в «смешанном» состоянии – то есть он одновременно и мертвый, и живой. Парадокс? Несомненно! И только в тот момент, когда мы открыли ящика Шрёдингера, происходит тот самый волновой коллапс, который все «расставляет по своим местам». Но в этой интерпретации не существует четкого правила, которое освещает момент попадания атома ядра в детектор.

Интерпретация Эверетта, которая называется многомировая

Здесь само наблюдение не является особенным или нужным. По этой интерпретации оба состояния кота могут существовать до воздействия с окружающей средой. И только тогда, когда ящик Шрёдингера открыт, остается одно верное состояние!

Интерпретация самого кота

Конечно, кот ничего не смыслит в квантовой механике, но вот в оценке своего состояния он смыслит однозначно. Именно об этом утверждали Макс Тегмарк, Ганс Моравек и Бруно Маршал! Если судить внутренним взглядом самого кота, то он всегда останется живым. А все потому, что мертвые не смогут оценить своего состояния, а если после открытия ящика Шрёдингера этот кот оценивает, то он явно не мертвый! Да и сам этот парадокс они назвали не чем иным, как «квантовым самоубийством животного»!

Калифорнийский парадокс!

А вот это уже совершенно из области фантастики! Надав Кац, ученый из Калифорнии провел и описал следующий опыт. Он вернул квантовое состояние этой частицы в исходную точку, причем смог замерить ее состояние. По его утверждению, даже открыв ящик Шрёдингера, можно вернуть все в исходную точку. И не важно, будет котик жив, или он будетмертв, можно все «обнулить». Парадокс? Несомненно!

Этот самый кот в мировой литературе

Эксперимент физика Шрёдингера принес ему (и его котику!) известность не только в научных кругах, но и в литературе. Роберт Хайнлайн, в своем романе «Кот, проходящий сквозь стены», описал рыженького котика по кличке Пиксель. Он находится в обоих состояниях всегда, как и его тезка Шрёдингера. И именно на этом построен весь сюжет романа!

А вот Терри Праттчерт описал специальную породу котиков, которые произошли от прародителя — кота, участника эксперимента Шрёдингера. Причем эти котики были необычайно умными. А вот в основу интересного сюжета романа, который называется «Нашествие Квантовых Котов», автора Фредерика Пола, легли коты из параллельных, вернее «соседних» Вселенных. И натолкнул его на такой сюжет тот самый эксперимент Шрёдингера!


А вот миниатюра (сатирическая) Николая Байтова, которая называется «Кошка Шрёдингера», описывает выверт этого опыта наизнанку. Там по сюжету существует такая «Лига Обратимого Времени». Члены этой Лиги постоянно, на протяжении пятидесяти лет пристально наблюдают за кошкой. То есть, суть этого сюжета в том, что, не прекращая своего наблюдения люди (члены этой Лиги), сохраняют жизнь несчастному животному. Как только наблюдение прекратится – кошечка умрет!

Причем не только в литературе, но и во многих фильмах и сериалах, этот котик присутствует. Например, у главного героя, который показан в сериал «Скользящие», есть личный любимец с кличкой (ни много, ни мало!) Шрёдингер. Да и как иначе, сама суть этого сериала построена на квантовой (конечно!) механике, ее законах. И даже пусть сериал немного юмористический, приключенческий и фантастический – смотрели его многие. А значит, что и котике Шрёдингера узнали.

И может именно поэтому немало настоящих любителей пушистых питомцев ищут в интернете информацию, где можно купить такого красавца? Так же спрашивают, что это за порода такая и как такого достать! Все благодаря литературе и кино, а так же огромной популярности самого эксперимента Шрёдингера. А на самом деле та кошечка, которая и послужила прообразом этого самого знаменитого Кота, была совершенно обычная. Она имела черепаховый окрас и была еще совсем молоденькой! И очень хорошо, что после эксперимента она оказалась абсолютно жива! Кстати, после публикации отчета о своем мысленном эксперименте, сам Шрёдингер получил массу предложений продать котят, которые потом появились у его любимицы. Так что сейчас в мире должно быть достаточно много потомков самого знаменитого Кота в истории, а вернее кошечки!

Персонаж мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера: кот (в оригинале – кошка), помещённый в закрытый ящик, снабжённый устройством, которое должно тем или иным способом убить кота, когда содержащийся в устройстве радиоактивный атом распадётся. По мысли Шрёдингера, если над котом, устройством и ядром атома не производить наблюдений, они все должны оказаться в состоянии квантовой суперпозиции, в частности, появится макро-суперпозиция живого и мёртвого кота. Парадокс и его вариации показывают, что «наблюдение» в классической квантовой механике было не слишком хорошо определено.

Стивен Хокинг однажды сделал резкое высказывание, упомянув кота Шрёдингера и ружье. В 1933 году в аналогичном высказывании были упомянуты ОНА и ОН. Назовите ЕЕ и ЕГО.

Ответ: Культура, браунинг.

Зачёт: Культура, пистолет; культура, револьвер.

Комментарий: В 1933 году Ганс Йост в своей пьесе написал: «Когда я слышу о культуре, я снимаю с предохранителя свой браунинг». Позднее в варианте «Когда я слышу о культуре, я хватаюсь за пистолет» эта фраза стала крылатой. Хокинг перефразировал ее так: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьем!».

Существо, о котором неизвестно, живо оно или нет

Самая буквальная форма аллюзии. Встречается обычно в несложных вопросах, хотя есть пример и из финала Чемпионата Мира.

Притча. Один человек поймал бабочку, зажал ее между ладонями, подошел к мудрецу и спросил, живая она или мертвая. Мудрец ответил: «Всё в твоих руках». Один интернет-пользователь назвал эту бабочку бабочкой ИКСА. ИКС родился в Вене в 1887 году. Назовите его фамилию.

Ответ: Шрёдингер.

Комментарий: Бабочка Шрёдингера — между жизнью и смертью, как и его знаменитый кот.

В одной из заметок Феликс Кривин пишет, что опоссум в целях самозащиты настолько умело делает нечто, что его можно сравнить с определенным животным. Назовите это животное двумя словами.

Ответ: Кот (кошка) Шрёдингера.

Комментарий: Опоссум так хорошо прикидывается мертвым, что нельзя определить, жив он, или нет.

Если верить сайту Ruwiki.com, Басаева и Ясира Арафата в определенные периоды их жизни можно было назвать террористами ГОФМАНА. Бен Ладен является террористом ГОФМАНА примерно с 2001 года до настоящего времени. А какую фамилию мы заменили фамилией ГОФМАН?

Ответ: Шрёдингер.

Комментарий: Речь идет о террористах, про которых в течение определенного времени было неизвестно, живы ли они. Аллюзия на кота Шредингера.

Отрывок из сказки «Золотой ключик», опубликованной в 1936 году: «Положив Буратино на кровать, Артемон привел знаменитого доктора Сову, фельдшерицу Жабу и народного знахаря Богомола». Внимание, вопрос! Какой ученый в 1936 году стал профессором университета австрийского города Грац?

Ответ: Эрвин Шрёдингер.

Зачёт: По фамилии.

Пациент скорее мертв, чем жив, — прошептала она…
Жаба… прошлепала большим ртом:
— Пациент скорее жив, чем мертв…
Народный лекарь Богомол сухими, как травинки, руками начал дотрагиваться до Буратино.


— Одно из двух, — прошелестел он, — или пациент жив, или он умер». Автору вопроса беседа трех докторов напомнила знаменитую историю про кота Шрёдингера, который то ли жив, то ли мертв.

Нечто неопределённое, выбор, который ещё не сделан

В буддистских коанах слово «Му» иногда используется в качестве неопределенного ответа. Символ Му изображен на надгробии режиссера Ясудзиро Одзу, что позволило автору вопроса сравнить режиссера с НИМ. Назовите ЕГО двумя словами.

Ответ: Кот Шрёдингера.

«Кот Шрёдингера» — так называется занимательный мыслительный эксперимент, поставленный, как вы уже наверное догадались, Шрёдингером, а точнее, Нобелевским лауреатом по физике, австрийским ученым Эрвином Рудольфом Йозефом Александром Шрёдингером.»Википедия» определяет эксперимент следующим образом: «В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и емкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие — открывается емкость с газом, и кот умирает.

Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и не распавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние: «ядро распалось, кот мёртв», или «ядро не распалось, кот жив».

Получается, что на выходе мы имеем живого или мертвого кота, однако в потенциале, кот и жив и мертв одновременно. Таким образом, Шрёдингер пытался доказать ограниченность квантовой механики, без применения к ней определенных правил.

Копенгагенская интерпретация квантовой физики — и в частности этого эксперимента — указывает на то, что кот приобретает свойства одной из потенциальных фаз (живой-мертвый) только после вмешательства в процесс наблюдателя.

То есть когда конкретный Шрёдингер открывает ящик, ему со стопроцентной уверенностью придется нарезать колбаски или позвонить ветеринару. Кот будет определенно жив или скоропостижно мертв. Но пока в процессе нет наблюдателя — конкретного человека обладающего несомненными достоинствами в виде зрения, и, как минимум, ясного сознания — кот будет находиться в подвешенном состоянии «между небом и землей».

Древняя притча о коте, который гуляет сам по себе, в этом контексте приобретает новые оттенки. Несомненно, кот Шрёдингера — не самое благополучное существо во Вселенной. Пожелаем же коту благополучного для него исхода и обратимся к другой занимательной задаче из таинственного и порой беспощадного мира квантовой механики.

Звучит она так: «Какой звук издает падающее в лесу дерево, если поблизости нет человека, способного этот звук воспринять?» Тут, в отличие от черно-белой судьбы несчастного/счастливого кота, мы сталкиваемся с разноцветной палитрой спекуляций: нет звука/есть звук, какой он, если он есть, а если его нет, то почему? Ответить на этот вопрос нельзя по очень простой причине — невозможности осуществить эксперимент. Ведь любой эксперимент подразумевает присутствие наблюдателя, способного воспринять и сделать выводы.

У знаменитого аргентинского писателя Хулио Картасара, яркого представителя «магического реализма», есть небольшой рассказ о том, как офисная мебель, оставшись без наблюдателя, двигается по кабинету, как бы используя свободное время для того, что бы размять «одеревеневшие» конечности.

То есть невозможно предположить, что происходит с объектами окружающей нас реальности в наше отсутствие. А если это невозможно воспринять, значит этого не существует. Как только мы покидаем комнату, все ее содержимое, вместе с самой комнатой перестает существовать или, точнее, продолжает существовать только в потенциале.

Одновременно там существуют пожар или наводнение, кража оборудования или незваные гости. Более того, в ней существуем и мы, в разных потенциальных состояниях. Один Я ходит по комнате и насвистывает дурацкую мелодию, другой Я грустно смотрит окно, третий — говорит с женой по телефону. В ней живет даже наша внезапная смерть или радостное известие в виде нежданного телефонного звонка.

Представьте на минуту все возможности, скрытые за дверью. А теперь представьте, что весь наш мир — это всего лишь скопище таких нереализованных потенциалов. Забавно, правда?

Однако тут возникает закономерный вопрос: ну и что? Да — забавно, да — интересно, но что, по сути, это меняет? Наука об этом скромно умалчивает. Для квантовой физики такие познания открывают новые пути в осознании Вселенной и ее механизмов, ну а нам, людям далеким от больших научных открытий, такая информация вроде бы ни к чему.

Да как это — ни к чему!? Ведь если существую я, смертный, в этом мире, значит, существую я, бессмертный, в другом мире! Если моя жизнь состоит из полосы неудач и огорчений, то где-то существую я — удачливый и счастливый? На самом деле, вне наших ощущений ничего нет, как нет комнаты, пока мы в нее не вошли. Наши органы восприятия лишь обманывают нас, рисуя в мозгу картину «окружающего» нас мира. Что же на самом деле находится вне нас пока остается тайной за семью печатями.

К своему стыду хочу признаться, что слышал это выражение, но не знал вообще что оно означает и хотя бы по какой теме употребляется. Давайте я вам расскажу, что вычитал в интернете про этого кота …

«Кот Шредингера » — так называется знаменитый мысленный эксперимент знаменитого австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, который также является лауреатом Нобелевской премии. С помощью этого вымышленного опыта ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим системам.

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.

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. Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.

Другими словами:

  1. Есть ящик и кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра за 1 час составляет 50%. Если ядро распадается, открывается ёмкость с газом и кот погибает. Если распада ядра не происходит — кот остается жив-здоров.
  2. Закрываем кота в ящик, ждём час и задаёмся вопросом: жив ли кот или мертв?
  3. Квантовая же механика как бы говорит нам, что атомное ядро (а следовательно и кот) находится во всех возможных состояниях одновременно (см. квантовая суперпозиция). До того как мы открыли ящик, система «кот—ядро» находится в состоянии «ядро распалось, кот мёртв» с вероятностью 50% и в состоянии «ядро не распалось, кот жив» с вероятностью 50%. Получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.
  4. Согласно современной копенгагенской интерпретации, кот-таки жив/мёртв без всяких промежуточных состояний. А выбор состояния распада ядра происходит не в момент открытия ящика, а ещё когда ядро попадает в детектор. Потому что редукция волновой функции системы «кот—детектор-ядро» не связана с человеком-наблюдателем ящика, а связана с детектором-наблюдателем ядра.


Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

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).

Еще одной наиболее свежей интерпретацией мысленного эксперимента Шредингера является рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он произнес для менее образованной соседки Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что концепция кота Шредингера может быть применена в отношениях между людьми. Для того чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие отношения между ними: хорошие или плохие, — нужно просто открыть ящик. А до этого отношения являются одновременно и хорошими, и плохими.

Ниже приведен видеофрагмент этого диалога «Теории большого взрыва» между Шелдоном и Пении.

Иллюстрация Шрёдингера является наилучшим примером для описания главного парадокса квантовой физики: согласно её законам, частицы, такие как электроны, фотоны и даже атомы существуют в двух состояниях одновременно («живых» и «мёртвых», если вспоминать многострадального кота). Эти состояния называются суперпозициями .

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

«Измерения в квантовой физике базируются на работе неких макроскопических устройств, таких как счётчик Гейгера, при помощи которых определяется квантовое состояние микроскопических систем — атомов, фотонов и электронов. Квантовая теория подразумевает, что если вы подсоедините микроскопическую систему (частицу) к некому макроскопическому устройству, различающему два разных состояния системы, то прибор (счётчик Гейгера, например) перейдёт в состояние квантовой запутанности и тоже окажется одновременно в двух суперпозициях. Однако невозможно наблюдать это явление непосредственно, что делает его неприемлемым», — рассказывает физик.

Хобсон говорит, что в парадоксе Шрёдингера кот играет роль макроскопического прибора, счётчика Гейгера, подсоединённого к радиоактивному ядру, для определения состояния распада или «нераспада» этого ядра. В таком случае, живой кот будет индикатором «нераспада», а мёртвый кот — показателем распада. Но согласно квантовой теории, кот, так же как и ядро, должен пребывать в двух суперпозициях жизни и смерти.

Вместо этого, по словам физика, квантовое состояние кота должно быть запутанным с состоянием атома, что означает что они пребывают в «нелокальной связи» друг с другом. То есть, если состояние одного из запутанных объектов внезапно сменится на противоположное, то состояние его пары точно также поменяется, на каком бы расстоянии друг от друга они ни находились. При этом Хобсон ссылается наэкспериментальные подтверждения этой квантовой теории.

«Самое интересное в теории квантовой запутанности — это то, что смена состояния обеих частиц происходит мгновенно: никакой свет или электромагнитный сигнал не успел бы передать информацию от одной системы к другой. Таким образом, можно сказать, что это один объект, разделённый на две части пространством, и неважно, как велико расстояние между ними», — поясняет Хобсон.

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.

Шредингер

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.

«Где-то в межзвёздном пространстве, может быть, кот и имел бы шанс сохранить квантовую когерентность , но на Земле или вблизи любой планеты это крайне маловероятно. И причина тому — гравитация», — поясняет ведущий автор нового исследования Игорь Пиковский (Igor Pikovski) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Пиковский и его коллеги из Венского университета утверждают, что гравитация оказывает разрушительное воздействие на квантовые суперпозиции макрообъектов, и потому мы не наблюдаем подобных явлений в макромире. Базовая концепция новой гипотезы, к слову, кратко изложена в художественном фильме «Интерстеллар».


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.

Из-за влияния гравитации на пространство-время молекула, попавшая под это влияние, испытает отклонение в своём положении. А это, в свою очередь, должно повлиять и на её внутреннюю энергию — колебания частиц в молекуле, которые изменяются с течением времени. Если молекулу ввести в состояние квантовой суперпозиции двух локаций, то соотношение между положением и внутренней энергией вскоре заставило бы молекулу «выбрать» только одну из двух позиций в пространстве.

«В большинстве случаев явление декогеренции связано с внешним влиянием, но в данном случае внутреннее колебание частиц взаимодействует с движением самой молекулы», — поясняет Пиковский.

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.

Подобная установка также может быть использована для проверки способности гравитации разрушать квантовые системы. Для этого необходимо будет сравнить вертикальный и горизонтальный интерферометры: в первом суперпозиция должна будет вскоре исчезнуть из-за растяжения времени на разных «высотах» пути, тогда как во втором квантовая суперпозиция может и сохраниться.

Была своего рода «вторичность». Сам он редко занимался определенной научной проблемой. Его излюбленным жанром работы был отклик на чье-либо научное изыскание, развитие этой работы или ее критика. Несмотря на то, что сам Шредингер был индивидуалистом по характеру, ему всегда была необходима чужая мысль, опора для дальнейшей работы. Несмотря на этот своеобразный подход, Шредингеру удалось сделать немало открытий.

Биографические данные

Теория Шредингера сейчас известна не только студентам физико-математических факультетов. Она будет интересна всякому, кто испытывает интерес к популярной науке. Эта теория была создана известным физиком Э. Шредингером, который вошел в историю как один из создателей квантовой механики. Ученый родился 12 августа 1887 года в семье владельца фабрики по изготовлению клеенки. Будущий ученый, прославившийся на весь мир своей загадкой, увлекался в детстве ботаникой и рисованием. Первым его наставником был отец. В 1906 году Шредингер начал учебу в Венском университете, во время которой и начал восхищаться физикой. Когда настала Первая мировая война, ученый пошел на службу артиллеристом. В свободное время занимался изучением теорий Альберта Эйнштейна.

К началу 1927 года в науке сложилась драматическая ситуация. Э. Шредингер считал, что основанием теории о квантовых процессах должна служить идея о непрерывности волн. Гейзенберг, напротив, считал, что фундаментом для этой области знаний должна быть концепция о дискретности волн, а также идея о квантовых скачках. Нильс Бор не принимал ни одной из позиций.


Достижения в науке

За создание концепции волновой механики в 1933 году Шредингер получил Нобелевскую премию. Однако, воспитанный в традициях классической физики, ученый не мог мыслить иными категориями и не считал квантовую механику полноценной отраслью знания. Его не могло удовлетворить двойственное поведение частиц, и он пытался свести его исключительно к волновому. В своей дискуссии с Н. Бором Шредингер выразился так: «Если мы планируем сохранить в науке эти квантовые скачки, тогда я вообще жалею, что связал свою жизнь с атомной физикой».


Дальнейшие работы исследователя

При этом Шредингер был не только одним из создателей современной квантовой механики. Именно он был тем ученым, который ввел в научный обиход термин «объектность описания». Это возможность научных теорий описывать реальность без участия наблюдателя. Его дальнейшие исследования были посвящены теории относительности, термодинамическим процессам, нелинейной электродинамике Борна. Также ученым было сделано несколько попыток создать единую теорию поля. Кроме того, Э. Шредингер владел шестью языками.

Самая знаменитая загадка

Теория Шредингера, в которой фигурирует тот самый кот, выросла из критики ученого квантовой теории. Один из ее основных постулатов гласит, что пока за системой не производится наблюдение, она находится в состоянии суперпозиции. А именно, в двух и более состояниях, которые исключают существование друг друга. Состояние суперпозиции в науке имеет следующее определение: это способность кванта, которым может быть также электрон, фотон, или, например, ядро атома, находиться одновременно в двух состояниях или даже в двух точках пространства в тот момент, когда никто за ним не наблюдает.


Объекты в разных мирах

Простому человеку очень сложно понять такое определение. Ведь каждый объект материального мира может быть либо в одной точке пространства, либо в другой. Проиллюстрировать этот феномен можно следующим образом. Наблюдатель берет две коробки, и кладет в одну из них шарик для тенниса. Будет ясно, что в одной коробке он находится, а в другой — нет. Но если в одну из емкостей положить электрон, то верным будет следующее утверждение: эта частица находится одновременно в двух коробках, каким бы парадоксальным это ни казалось. Точно так же электрон в атоме не находится в строго определенной точке в тот или иной момент времени. Он вращается вокруг ядра, располагаясь на всех точках орбиты одновременно. В науке этот феномен называется «электронным облаком».

Что хотел доказать ученый?

Таким образом, поведение маленьких и больших объектов реализуется по совершенно разным правилам. В квантовом мире существуют одни законы, а в макромире — абсолютно другие. Однако нет такой концепции, которая объясняла бы переход от мира материальных предметов, привычных для людей, к микромиру. Теория Шредингера и была создана, для того чтобы продемонстрировать недостаточность исследований в области физики. Ученый хотел показать, что есть наука, целью которой является описание небольших объектов, и есть область знаний, изучающая обычные предметы. Во многом благодаря работам ученого и произошло разделение физики на две области: квантовую и классическую.


Теория Шредингера: описание

Свой знаменитый мысленный эксперимент ученый описал в 1935 году. В его проведении Шредингер опирался на принцип суперпозиции. Шредингер подчеркивал, что пока мы не наблюдаем за фотоном, он может быть как частицей, так и волной; как красным, так и зеленым; как круглым, так и квадратным. Этот принцип неопределенности, который непосредственно вытекает из концепции квантового дуализма, Шредингер и использовал в своей известной загадке про кота. Смысл эксперимента вкратце состоит в следующем:

  • В закрытую коробку помещается кот, а также емкость, в которой содержится синильная кислота и радиоактивное вещество.
  • Ядро в течение часа может распадаться. Вероятность этого составляет 50%.
  • Если атомное ядро распадется, то это будет зафиксировано счетчиком Гейгера. Механизм сработает, и ящик с отравой будет разбита. Кот умрет.
  • Если же распада не произойдет, то кот Шредингера будет жив.

Согласно этой теории, пока не осуществляется наблюдение за котом, он находится одновременно в двух состояниях (мертв и жив), точно так же, как и ядро атома (распавшееся или не распавшееся). Конечно, это возможно только лишь по законам квантового мира. В макромире кот не может быть и живым, и мертвым одновременно.


Парадокс наблюдателя

Чтобы понять суть теории Шредингера, необходимо также иметь представление о парадоксе наблюдателя. Его смысл состоит в том, что объекты микромира могут находиться одновременно в двух состояниях только тогда, когда за ними не производится наблюдение. К примеру, в науке известен так называемый «Эксперимент с 2-мя щелями и наблюдателем». На непрозрачную пластинку, в которой были сделаны две вертикальные щели, ученые направляли пучок электронов. На экране, находившемся за пластиной, электроны рисовали волновую картину. Иными словами, они оставляли черные и белые полосы. Когда же исследователи захотели понаблюдать, каким образом электроны пролетают через щели, то частицы отобразили на экране всего лишь две вертикальные полосы. Они вели себя как частицы, а не как волны.

Копенгагенское объяснение

Современное объяснение теории Шредингера носит название копенгагенского. Исходя из парадокса наблюдателя, оно звучит следующим образом: до тех пор, пока никто не наблюдает за ядром атома в системе, оно находится одновременно в двух состояниях — распавшемся и нераспавшемся. Однако утверждение о том, что кот жив и мертв одновременно, крайне ошибочно. Ведь в макромире никогда не наблюдаются те же явления, что и в микромире.

Поэтому речь идет не о системе «кот-ядро», а о том, что между собой связаны счетчик Гейгера и ядро атома. Ядро может выбрать то или иное состояние в момент, когда производятся измерения. Однако данный выбор имеет место не в тот момент, когда экспериментатор открывает ящик с котом Шредингера. На самом деле, открытие ящика имеет место в макромире. Иными словами, в системе, которая очень далека от атомного мира. Поэтому ядро выбирает свое состояние именно в тот момент, когда оно попадает на детектор счетчика Гейгера. Таким образом, Эрвин Шредингер в своем мысленном эксперименте описал систему недостаточно полно.

Общие выводы

Таким образом, не совсем корректно связывать макросистему с микроскопическим миром. В макромире квантовые законы теряют свою силу. Ядро атома может находиться одновременно в двух состояниях только лишь в микромире. То же самое не может быть сказано относительно кота, поскольку он является объектом макромира. Поэтому только на первый взгляд создается впечатление, что кот переходит из суперпозиции в одно из состояний в момент открытия ящика. В действительности его судьба определяется в тот момент, когда атомное ядро взаимодействует с детектором. Вывод можно сделать такой: состояние системы в загадке Эрвина Шредингера никак не связано с человеком. Оно зависит не от экспериментатора, а от детектора — предмета, который «ведет наблюдение» за ядром.


Продолжение концепции

Теория Шредингера простыми словами описывается так: пока наблюдатель не смотрит на систему, она может находиться одновременно в двух состояниях. Однако еще один ученый — Юджин Вигнер, пошел дальше и решил довести концепцию Шредингера до полного абсурда. «Позвольте! — сказал Вигнер, — А что если рядом с экспериментатором, наблюдающим за котом, стоит его коллега?» Напарник не знает о том, что именно увидел сам экспериментатор в тот момент, когда открыл коробку с котом. Кот Шредингера выходит из состояния суперпозиции. Однако никак не для коллеги наблюдателя. Только в тот момент, когда последнему станет известна судьба кота, животное можно окончательно назвать живым или мертвым. Кроме того, на планете Земля живут миллиарды людей. И самый последний вердикт можно будет вынести только тогда, когда результат эксперимента станет достоянием всех живых существ. Конечно, всем людям можно рассказать судьбу кота и теорию Шредингера кратко, однако это очень долгий и трудоемкий процесс.

Принципы квантового дуализма в физике так и не были опровергнуты мысленным экспериментом Шредингера. В каком-то смысле каждое существо можно назвать ни живым и ни мертвым (находящимся в суперпозиции) до тех пор, пока есть хотя бы один человек, за ним не наблюдающий.

Ученые нашли способ «спасти» кота Шредингера

Кот Шредингера — это парадокс, который давно используется в качестве демонстрации понятия квантовой суперпозиции, когда квантовый объект может находиться в двух кардинально противоположных состояниях одновременно. Мысленный эксперимент, демонстрирующий парадокс, заключается в коте, помещенном внутрь коробки. Так же в этой коробке находится некий радиоактивный элемент, способный распасться в произвольный момент времени, и капсула с ядом, которая разрушится при распаде радиоактивного элемента, убив, тем самым, бедное подопытное животное. С точки зрения стороннего наблюдателя кот, заключенный в коробке, одновременно и жив и мертв, но, когда наблюдатель откроет коробку, состояние суперпозиции резко разрушится, а наблюдатель увидит или живое, или мертвое животное.

Такое дискретное случайное изменение квантового состояния в момент наблюдения за объектом называется квантовым скачком. Однако, исследователи из Йельского университета нашли способ прогнозирования и управления такими квантовыми скачками в режиме реального времени. Другими словами, этот способ поможет ученым «спасти» кота Шредингера. Более того, работоспособность нового метода управления квантовыми скачками была успешно проверена в лаборатории профессора Мишеля Деворе (Michel Devoret) экспериментальным путем.

Во время экспериментов ученые контролировали искусственный атом, находящийся в сверхпроводящем состоянии, при помощи генератора микроволнового излучения. Атом, находящийся в полости специального резонатора, освещался фотонами микроволнового излучения, которые раскачивали и измеряли его квантовое состояние, заставляя совершить квантовый скачок. Слабый отраженный сигнал от искусственного атома был усилен без потерь и шумов устройством, работающим при комнатной температуре. А постоянный мониторинг сигнала позволил ученым зарегистрировать внезапное отсутствие вторичных фотонов, что стало надежным признаком приближающегося квантового скачка, который, как оказалось позже, происходил в строго заданном «направлении», определяемом параметрами фотонов.

Ученые отмечают, что полученные ими результаты полностью противоречат общепризнанной теории, сформулированной в свое время датским физиком Нильсом Бором. Совершенные искусственным атомом управляемые квантовые скачки не являются ни спонтанными, ни случайными, они представляют собой четкое изменение одного дискретного энергетического состояния кубита (искусственного атома) на другое дискретное состояние. Отметим, что спонтанные квантовые скачки кубитов квантовых вычислительных систем являются источниками ошибок во время выполнения вычислительных операций, и возможность их контроля позволит снизить уровень возникающих ошибок или вообще избавиться от них.

Данное достижение может стать тем «двигателем», который продвинет вперед технологии управления и манипулирования квантовой информацией. А это, в свою очередь, приблизит тот момент, когда люди создадут первый универсальный квантовый компьютер, способный обрабатывать информацию со 100-проентной достоверностью.

Найден способ «спасти» кота Шредингера

Ученые из Йельского университета в США выяснили, как спрогнозировать внезапные квантовые переходы внутри атомов и обратить их вспять. Это позволит спасти от смерти знаменитого «кота Шредингера».

Основой для научной работы стал теоретический эксперимент, описанный в 1935 году австрийским физиком Эрвином Шредингером.

Некоего кота запирают в стальной коробке вместе с «адской машиной», где заключено радиоактивное вещество. При распаде хотя бы одного атома устройство должно разбить колбу с синильной кислотой, что привело бы к гибели животного, сообщает Nature.

Парадокс заключается в том, что атом в определенный период времени может как распасться, так и, с такой же долей вероятности, остаться в первозданном виде.

Следовательно, кот, если принимать во внимание принципы квантовой физики, одновременно и жив, и мертв.

Так появился термин «квантовая суперпозиция» (смешение двух состояний) – он применяется для объектов, за которыми не ведется непосредственного наблюдения.

В ходе нового исследования физики решили изучить, как «суперпозиция» совершает квантовый переход и становится одним из двух разных состояний («жив» или «мертв»).

Физик Нильс Бор полагал, что это происходит мгновенно и непредсказуемо.

Ученые провели эксперименты со сверхпроводящими кубитами – «синтетическими» атомами, которые способны находиться сразу в двух состояниях.

«Светлое» состояние участники научной работы могли наблюдать, «темное» оставалось скрытым.

Наблюдения показали – когда «светлый» атом готовился перейти в «темное» состояние, частота его вспышек резко снижалась. Данный период длился всего 45 микросекунд, но и этого хватало, чтобы зафиксировать явление и успеть его предотвратить.

Авторы сделали вывод, что квантовые переходы похожи на извержения вулканов. Их невозможно предсказать в долгосрочной перспективе, но, если наблюдать за объектом, есть шанс заметить признаки грядущей катастрофы.

Ранее сообщалось, что российские физики провели новый вид квантовой телепортации.

Кот Шредингера простыми словами | Storia

Кот Шредингера простыми словами

К своему стыду хочу признаться, что слышал это выражение, но не знал вообще что оно означает и хотя бы по какой теме употребляется. Давайте я вам расскажу, что вычитал в интернете про этого кота …

Кот Шредингера

» – так называется знаменитый мысленный эксперимент знаменитого австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, который также является лауреатом Нобелевской премии. С помощью этого вымышленного опыта ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим системам.

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.

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. Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.

Другими словами:

Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

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 (

Еще одной наиболее свежей интерпретацией мысленного эксперимента Шредингера является рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он произнес для менее образованной соседки Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что концепция кота Шредингера может быть применена в отношениях между людьми. Для того чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие отношения между ними: хорошие или плохие, – нужно просто открыть ящик. А до этого отношения являются одновременно и хорошими, и плохими.

Ниже приведен видеофрагмент этого диалога «Теории большого взрыва» между Шелдоном и Пении.

Иллюстрация Шрёдингера является наилучшим примером для описания главного парадокса квантовой физики: согласно её законам, частицы, такие как электроны, фотоны и даже атомы существуют в двух состояниях одновременно («живых» и «мёртвых», если вспоминать многострадального кота). Эти состояния называются 

Американский физик Арт Хобсон (

«Измерения в квантовой физике базируются на работе неких макроскопических устройств, таких как счётчик Гейгера, при помощи которых определяется квантовое состояние микроскопических систем — атомов, фотонов и электронов. Квантовая теория подразумевает, что если вы подсоедините микроскопическую систему (частицу) к некому макроскопическому устройству, различающему два разных состояния системы, то прибор (счётчик Гейгера, например) перейдёт в состояние квантовой запутанности и тоже окажется одновременно в двух суперпозициях. Однако невозможно наблюдать это явление непосредственно, что делает его неприемлемым», — рассказывает физик.

Хобсон говорит, что в парадоксе Шрёдингера кот играет роль макроскопического прибора, счётчика Гейгера, подсоединённого к радиоактивному ядру, для определения состояния распада или «нераспада» этого ядра. В таком случае, живой кот будет индикатором «нераспада», а мёртвый кот — показателем распада. Но согласно квантовой теории, кот, так же как и ядро, должен пребывать в двух суперпозициях жизни и смерти.

Вместо этого, по словам физика, квантовое состояние кота должно быть запутанным с состоянием атома, что означает что они пребывают в «нелокальной связи» друг с другом. То есть, если состояние одного из запутанных объектов внезапно сменится на противоположное, то состояние его пары точно также поменяется, на каком бы расстоянии друг от друга они ни находились. При этом Хобсон ссылается на

«Самое интересное в теории квантовой запутанности — это то, что смена состояния обеих частиц происходит мгновенно: никакой свет или электромагнитный сигнал не успел бы передать информацию от одной системы к другой. Таким образом, можно сказать, что это один объект, разделённый на две части пространством, и неважно, как велико расстояние между ними», — поясняет Хобсон.

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. Хобсон

Подробнее о работе физика можно почитать в его 

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.

«Где-то в межзвёздном пространстве, может быть, кот и имел бы шанс 

Пиковский и его коллеги из Венского университета утверждают, что гравитация оказывает разрушительное воздействие на квантовые суперпозиции макрообъектов, и потому мы не наблюдаем подобных явлений в макромире. Базовая концепция новой гипотезы, к слову, 

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.

Из-за влияния гравитации на пространство-время молекула, попавшая под это влияние, испытает отклонение в своём положении. А это, в свою очередь, должно повлиять и на её внутреннюю энергию — колебания частиц в молекуле, которые изменяются с течением времени. Если молекулу ввести в состояние квантовой суперпозиции двух локаций, то соотношение между положением и внутренней энергией вскоре заставило бы молекулу «выбрать» только одну из двух позиций в пространстве.

«В большинстве случаев явление декогеренции связано с внешним влиянием, но в данном случае внутреннее колебание частиц взаимодействует с движением самой молекулы», — поясняет Пиковский.

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.

Маркус Арндт (

Подобная установка также может быть использована для проверки способности гравитации разрушать квантовые системы. Для этого необходимо будет сравнить вертикальный и горизонтальный интерферометры: в первом суперпозиция должна будет вскоре исчезнуть из-за растяжения времени на разных «высотах» пути, тогда как во втором квантовая суперпозиция может и сохраниться.

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

Вот еще немного околонаучного : вот например 

. Если вы еще не в курсе, почитайте про 

 и узнаем, что за 

Оригинал статьи находится на сайте

Ссылка на статью, с которой сделана эта копия —

простыми словами о сути опыта с котом

Наверняка многие сталкивались с этой загадочной формулировкой. А большинство до конца не могли понять, в чем суть дела. Кот Шредингера – это эксперимент, который назван по фамилии создателя, австрийского физика и одного из основоположника квантовой механики. В нашем материале мы просто и кратко рассказываем про смысл эксперимента. Для чего он был нужен?

Эрвин Шредингер – известный физик-теоретик. В 1935 году он решил провести виртуальный эксперимент с котом. Все это, чтобы доказать, что копенгагенская интерпретация суперпозиции (смешения двух состояний) не совсем верна в отношении к квантовой теории.

В чем суть эксперимента?

Шредингер мысленно помещает живого кота в стальную камеру вместе с молотом, флаконом синильной кислоты и очень небольшим количеством радиоактивного вещества. Если хотя бы один атом радиоактивного вещества распадется в течение испытательного периода, механизм реле спустит молот. А вот тот уже перевернет флакон с ядовитым газом и заставит кота умереть.

Для чего Шредингер это придумывает?

В квантовой механике считается, что если за ядром никто и ничто не наблюдает, то он находится в смешанном, неопределенном состоянии. И распавшемся, и не распавшемся сразу. А вот когда появляется наблюдатель, ядро оказывается в одном из состояний. Кстати, эксперимент Шредингера имел цель – выяснить, в какой именно момент «кот одновременно мертвый и живой». А также когда выявляется конкретное состояние. Ученый хочет доказать, что квантовая механика невозможна без тонких деталей. А они определяют, при каких именно условиях случается коллапс волновой функции (изменение состояния). А также определяют, когда объект остается в одном из возможных состояний (никак не в нескольких сразу).

Эрвин Шредингер хотел указать на странное заключение квантовых теоретиков. Они считали, что обычный человек может увидеть истинное состояние материи невооруженным глазом. Копенгагенская интерпретация квантовой физики была доминирующей в то время. Она считала, что атомы или фотоны существуют в нескольких состояниях в один момент (находятся в суперпозиции) и не переходят в определенное, пока они не наблюдаются.

Эксперимент Шредингера гововит о том, что наблюдатель не может знать, распался атом вещества или нет. К тому же наблюдатель не знает, разбился ли флакон и погиб ли кот. В соответствии с копенгагенской интерпретацией, кот будет жив и мертв, пока кто-то не заглянет в коробку. В квантовой механике способность кошки быть живой и мертвой до тех пор, пока ее не наблюдают, называется квантовой неопределенностью или парадоксом наблюдателя. Логика, лежащая в основе парадокса наблюдателя, заключается в том, что наблюдения могут определять результаты.

Шредингер согласился с тем, что суперпозиция существует. Кстати, при его жизни ученые смогли доказать это, изучая интерференцию в световых волнах. Но он задавался вопросом о том, когда на самом деле суперпозиция сменяется определенным состояние. Эксперимент Шредингера заставил людей задаться вопросом. На самом ли деле возможно определить исход жизни кота, открыв коробку (посмотреть на него)?

Но будет кот жив или мертв, даже если коробку не открывать?

Этим парадоксальным мысленным экспериментом Шредингер доказал ошибочность копенгагенской интерпретации в квантовой физике. Эта интерпретация может срабатывать на микроскопическом уровне. Но к макроскопическому миру она не имеет отношения (кот взят как пример макроскопического мира). То, что ученые знали о природе материи на микроскопическом уровне и то, что люди наблюдают на макроскопическом уровне, еще полностью не изучено. Роль наблюдателя остается важным вопросом в изучении квантовой физики и является бесконечным источником предположений.

Текст: Flytothesky.ru

Читайте также:
Безумные изобретения Теслы, которые опередили свое время

Поделитесь постом с друзьями!

Иллюзия с котом Шредингера вызвала массу споров в сети

Фото Twitter

17 августа, Минск /Корр. БЕЛТА/. Недавно в соцсетях появилось фото, которое за считанные часы стало вирусным. Все дело в том, что люди не могут понять: кот в коробке или нет.

Пользователь поделился фотографией, где наглядно продемонстрировал знаменитый эксперимент Шредингера. В кадре запечатлена пустая коробка рядом со стеклянной дверью, но если перевести взгляд на отражение, то в коробке уже сидит кот.

Фото Reddit

Юзеры сети не смогли понять, где же на самом деле кот и принялись бурно обсуждать снимок. Многие оказались не очень рады такому развитию событий, однако другие, напротив, восхитились увиденным и отметили, что этот кадр позволяет в прямом смысле слова посмотреть на кота Шредингера.

Впрочем, разгадка оказалась простой, однако снимок вызвал массу споров в сети. Кот просто сидит за стеклянной дверью, из-за чего создается такая иллюзия. Нашлись и те, кто сразу разгадал задачку, но решил пошутить в комментариях: «Нет, это одна и та же коробка, но в одной есть кошка из другого измерения, а в другой нет». -0-

Необычный «кот Шредингера» оживает в новых экспериментах.

Странность мира очень маленьких, позволяющая частице находиться в двух состояниях одновременно, может распространяться на большие масштабы, показали два новых исследования. Если исследование подтвердится, это подтвердит обоснованность мысленного эксперимента, предполагающего, что кошка может быть и живой, и мертвой одновременно.

Идея, названная Котом Шредингера в честь физика Эрвина Шредингера, который предложил ее в 1935 году, звучит так: поместить кошку в ящик с пузырьком с ядовитым газом.Флакон открывается, когда крошечный кусок радиоактивного металла испускает альфа-частицу (ядро атома гелия) при распаде. Испускание альфа-частицы — это квантово-механический процесс, а это означает, что происходит ли это в любой заданный промежуток времени, по сути, случайно.

Квантовая механика утверждает, что невозможно узнать, произошел ли радиоактивный распад (и кошка мертва), если его не измерить, то есть, если альфа-частица не взаимодействует с окружающей средой каким-либо образом, который может видеть наблюдатель.Пока это не произойдет, можно думать, что альфа-частица испускается и не испускается одновременно. Кошка одновременно мертва и жива, это состояние называется суперпозицией.

Открытие коробки — это измерение: эффект альфа-частицы воспринимается как мертвая кошка, а отсутствие альфа-частицы — как живая. [9 крупнейших неразгаданных тайн физики]

В двух новых исследованиях, подробно описанных в выпуске журнала Nature Physics от 21 июля, исследователи использовали частицы света или фотоны, чтобы проверить пределы такой суперпозиции.Если нет предела тому, сколько частиц или фотонов вы можете поместить в квантовую систему, это означает, что кошка действительно одновременно мертва и жива, и измерение ее состояния приводит к математической формулировке, описывающей ее (называемой волной функция) «коллапс» в определенное состояние, живое или мертвое.

Другая возможность, называемая интерпретацией многих миров, была бы еще более странной: эта интерпретация предполагает, что все возможные состояния реальны, и когда волновая функция коллапсирует до одного состояния, мы просто переживаем одну из многих вселенных, которые существуют одновременно. , в котором случаются все возможные исходы.Когда волновая функция коллапсирует, мы (и кошка) помним одну историю — мертвую кошку — но есть другая вселенная, где кошка жива.

Запутывающие фотоны
В двух экспериментах, один из которых был проведен в Канадском университете Калгари, а другой в Женевском университете в Швейцарии, было задействовано достаточно фотонов, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, что показывает, что их квантовые свойства можно сделать макроскопическими. , говорят исследователи.

В каждом эксперименте исследователи измеряли квантовые состояния — группу физических свойств, включая поляризацию и фазу — света, используя поляризацию или угол, на который вращается фотон.Поляризацию можно увидеть, надев поляризованные солнцезащитные очки и наклонив голову, чтобы посмотреть на экран смартфона или компьютера. Экран будет выглядеть черным, пока голова не будет наклонена под определенным углом.

Flash Interactive: наука о квантовых вычислениях

Хотя точная техника в двух экспериментах немного отличалась, обе команды усиливали состояния одного фотона, запутывая его со многими другими фотонами, а затем восстанавливали его до исходного штат.Когда фотон запутывается с другими фотонами, на состояние фотона влияют состояния частиц, с которыми он запутан.

Измерения поляризации после восстановления показали исследователям, что произошло квантовое запутывание с другими фотонами. [Как работает квантовая запутанность (инфографика)]

Сейчас ученые пытаются понять, насколько большой может стать квантовая система, прежде чем она потеряет свою квантовую природу. «Это один из немногих вопросов современной физики, на которые нет ответа, — сказал Александр Львовский, профессор физики и ведущий автор статьи Университета Калгари.

Состояния суперпозиции
Не только новые эксперименты показывают состояния суперпозиции.

В 2010 году ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили резонатор — по сути, крошечный камертон — размером с пиксель на экране компьютера, и поместили его в состояние суперпозиции, в котором он был колеблется и не колеблется одновременно. Но это была не такая обширная система, как в двух недавних статьях.

«Этот эксперимент соответствует одному кванту», — сказал Николя Гизен, профессор Женевского университета, возглавлявший швейцарскую исследовательскую группу. «Представьте себе наномеханический двигатель, не показывающий колебаний и 500 состояний. Это будет наш».

В будущем обе группы будут пытаться расшириться до более крупных систем, где вместо перевода квантового состояния из одного фотона в большой набор фотонов они будут пытаться переводить состояния одной большой группы в другую. Но этот эксперимент будет трудным, потому что для сохранения квантовых эффектов группы атомов или фотонов должны быть полностью изолированы от окружающей среды, иначе состояния суперпозиции будут испорчены.«Углов атаки намного больше», — сказал Львовский.

Следуйте за нами @livescience, Facebook и Google+. Оригинальная статья на LiveScience.com.

Кот Шредингера — все еще не мертв

[Это стенограмма видео, размещенного ниже.]
Интернет, как мы все знаем, был изобретен для того, чтобы мы могли целыми днями смотреть видео о кошках, поэтому это видео о самом известном из всех научных котов — кошке Шредингера.Неужели и мертв, и жив? Если да, то что это значит? И что об этом говорят недавние исследования? Об этом мы и поговорим сегодня.

Квантовая механика казалась физикам странной с момента ее открытия, более века назад. Один особенно необычный аспект квантовой механики заключается в том, что она заставляет вас признать существование суперпозиций. Это системы, которые могут находиться в двух состояниях одновременно, пока вы не проведете измерение, которое внезапно «свернет» суперпозицию в один определенный результат измерения.

Система здесь может быть отдельной частицей, такой как фотон, но это также может быть большой объект, состоящий из множества частиц. Дело в том, что в квантовой механике, если два состояния существуют отдельно, как объект, находящийся здесь и находящийся там, то суперпозиция — то есть один и тот же объект и здесь, и там — также должна существовать. Мы знаем это экспериментально, и я объяснил математику этого в более раннем видео.

Теперь вы можете подумать, что находиться в квантовой суперпозиции могут только крошечные частицы.Но эти суперпозиции для больших объектов нелегко игнорировать, потому что вы можете взять крошечные и усилить их до макроскопических размеров.

Это усиление — то, что Эрвин Шредингер хотел проиллюстрировать своим гипотетическим экспериментом, который он придумал в 1935 году. В этом эксперименте кошка находится в коробке вместе с пузырьком с ядом, спусковым механизмом и радиоактивным атомом. Вероятность распада ядра атома за определенное время составляет пятьдесят процентов. Если он распадается, спусковой крючок разбивает пузырек с ядом, который убивает кошку.

Но распад следует законам квантовой физики. Прежде чем вы его измерите, ядро ​​одновременно распалось и не распалось, поэтому кажется, что до того, как вы откроете коробку, кошка будет и мертва, и жива. Либо это?

Ну, это зависит от вашей интерпретации квантовой механики, то есть от того, что, по вашему мнению, означает математика. В наиболее распространенной интерпретации, копенгагенской интерпретации, вопрос, в каком состоянии находится кошка до того, как вы ее измеряете, просто бессмыслен. Ты не должен спрашивать.То же самое происходит во всех интерпретациях, согласно которым квантовая механика — это теория о знаниях, которые мы имеем о системе, а не о самой системе.

Напротив, в многомировой интерпретации каждый возможный результат измерения происходит в отдельной вселенной. Итак, есть вселенная, в которой живет кошка, и во вселенной, где кошка умирает. Когда кто-то открывает коробку, это решает, в какой вселенной они находятся. Но для каких наблюдений результат точно такой же, как в копенгагенской интерпретации.

Теория экспериментальных волн, о которой мы говорили ранее, гласит, что кошка действительно всегда находится только в одном состоянии, вы просто не узнаете, в каком это состоянии, пока не посмотрите. То же самое и с моделями спонтанного коллапса. В этих моделях коллапс волновой функции — это не просто обновление, когда вы открываете коробку, но это физический процесс.

Не секрет, что я сам придерживаюсь супердетерминизма, что означает, что результат измерения частично определяется настройками измерения.В этом случае кошка может начать суперпозицию, но к тому времени, когда вы ее измерите, она достигнет состояния, которое вы действительно наблюдаете. Итак, в супердетерминизме нет внезапного коллапса, это плавный, детерминированный и локальный процесс.

Теперь невозможно экспериментально разделить интерпретации математики, но модели коллапса, супердетерминизм и, при определенных обстоятельствах, теория пилотных волн дают разные предсказания, чем Копенгаген или многие другие миры. Итак, ясно, что хочется провести эксперимент!

Но.Как вы, несомненно, заметили, кошки обычно либо мертвы, либо живы, но не то и другое вместе. Причина в том, что даже крошечные взаимодействия с квантовой системой имеют тот же эффект, что и измерения, а большие объекты, такие как кошки, просто постоянно взаимодействуют с чем-то, например с воздухом или космическим фоновым излучением. И этого уже достаточно, чтобы разрушить квантовую суперпозицию кошки так быстро, что мы никогда ее не увидим. Но физики пытаются раздвинуть экспериментальные границы для перевода больших объектов в квантовые состояния.

Например, в 2013 году группа физиков из Университета Калгари в Канаде усилила квантовую суперпозицию одиночного фотона. Сначала они направили фотон в частично посеребренное зеркало, называемое светоделителем, так что он стал суперпозицией двух состояний: он прошел через зеркало и также отразился от него. Затем они использовали одну часть этой суперпозиции для запуска лазерного импульса, который содержит множество фотонов. Наконец, они показали, что импульс все еще находится в суперпозиции с одиночным фотоном.В другом эксперименте 2019 года они усилили обе части этой суперпозиции и снова обнаружили, что квантовые эффекты сохранились примерно до 100 миллионов фотонов.

Итак, группа из 100 миллионов фотонов не кошка, но она больше, чем ваша стандартная квантовая частица. Так, в некоторых заголовках этот эксперимент был назван «котенком Шредингера».

Но если вы думаете, что лазерный импульс — плохое приближение для кошки, как насчет этого? В 2017 году ученые из Университета Шеффилда поместили бактерии в полость между двумя зеркалами, и они отражали свет между зеркалами.Бактерии многократно поглощали, излучали и повторно поглощали свет. Исследователи смогли продемонстрировать, что таким образом некоторые молекулы бактерий запутались в полости, так что это частный случай квантовой суперпозиции.

Однако в статье, опубликованной в следующем году учеными из Оксфордского университета, утверждалось, что наблюдения за бактериями также можно объяснить без квантовых эффектов. Это не значит, что это правильное объяснение. В самом деле, в этом нет особого смысла, потому что мы уже знаем, что молекулы обладают квантовыми эффектами и взаимодействуют со светом определенными квантовыми способами.Однако эта критика демонстрирует, что может быть трудно доказать, что то, что вы наблюдаете, на самом деле является квантовым эффектом, а эксперимент с бактериями еще не завершен.

Давайте тогда поговорим об одном варианте кота Шредингера, который Юджин Вигнер придумал в шестидесятые годы прошлого века. Представьте, что этот парень Вигнер находится за пределами лаборатории, в которой его друг просто открывает ящик с кошкой. В этом случае кошка будет не только живой и мертвой до того, как ее заметит друг, но и друг увидит мертвую кошку и живую, пока Вигнер не откроет дверь в комнату, где проводился эксперимент.

Это звучит и совершенно безумно, и как ненужное усложнение, но потерпите меня на мгновение, потому что это действительно важный поворот в эксперименте Шредингера с кошками. Потому что, если вы думаете, что первое измерение, то есть друг, наблюдающий за кошкой, на самом деле привело к определенному результату, просто друг за пределами лаборатории этого не знает, тогда, пока дверь закрыта, у вас фактически есть детерминированная модель скрытых переменных для второго измерения. Результат уже очевиден, вы просто не знаете, что это такое.Но мы знаем, что детерминированные модели со скрытыми переменными не могут дать результатов квантовой механики, если они также не являются супердетерминистскими.

Теперь, опять же, конечно, вы не можете проводить эксперимент с кошками и друзьями и так далее, потому что их квантовые эффекты будут разрушены слишком быстро, чтобы что-либо наблюдать. Но недавно команда из Университета Гриффита в Брисбене, Австралия, создала версию этого эксперимента с несколькими устройствами, которые измеряют или наблюдают пары фотонов.Как и ожидалось, результат измерения согласуется с предсказаниями квантовой механики.

Это означает, что одно из следующих трех предположений должно быть неверным:

1. Нет супердетерминизма.
2. Измерения дают определенные результаты.
3. Никаких жутких действий на расстоянии.

Отсутствие супердетерминизма иногда называют «свободным выбором» или «свободой воли», но на самом деле это не имеет ничего общего со свободой воли. Излишне говорить, что я считаю неправильным отрицать супердетерминизм.Но я боюсь, что в настоящее время большинство физиков предпочли бы отбросить объективную реальность. От кого вы готовы отказаться? Дай мне знать в комментариях.

На данный момент ученые продолжают усердно работать, пытаясь разгадать тайны кота Шредингера. Например, многообещающее направление исследований, которое все еще находится в зачаточном состоянии, — это измерение теплоты большой системы, чтобы определить, могут ли квантовые суперпозиции влиять на ее поведение. Вы найдете ссылки на это, а также на другие статьи, которые я упомянул, в информации под видео.У Шредингера, кстати, была не кошка, а собака. Его звали Бурши.

Как разводить кошек Шредингера


Александр Львовский — физик, научный сотрудник CIFAR по квантовой информации, а в последнее время — заводчик кошек Шредингера.

В 1935 году немецкий физик Эрвин Шредингер предложил мысленный эксперимент, в котором кошка, скрытая от наблюдателя, находится в суперпозиции двух состояний: она жива и мертва. Кошка Шредингера была призвана показать, насколько радикально отличается макроскопический мир, который мы видим, от микроскопического мира, управляемого законами квантовой физики.

Однако, с недавними достижениями, мысленный эксперимент Шредингера больше не кажется нереалистичным.

Современные физики используют термин «коты Шредингера» для обозначения объектов в квантовой суперпозиции двух состояний с противоположными свойствами. В оптике это суперпозиция двух классических состояний света, когда поля электромагнитных волн направлены одновременно в противоположных направлениях.

Физикам удалось создать небольшие состояния кота Шредингера, но современные методы ограничивают их размер тремя-четырьмя фотонами.Чтобы создать более крупные государства с более высокой энергией, команда ученых из Университета Калгари и Российского квантового центра Львовского пыталась объединить эти состояния. Их результаты были опубликованы в Nature Photonics.

«Мы разработали методику построения большего состояния кошек Шредингера из более мелких», — поясняет Львовский.

Идея эксперимента по разведению кошек Шредингера была впервые предложена в статье 2003 года физика Университета Квинсленда Тимоти Ральфа. Эксперимент основан на создании интерференции двух кошек на светоделителе.Это приводит к запутанному состоянию в двух выходных каналах этого светоделителя. В одном из этих каналов размещается специальный детектор. Если этот детектор показывает определенный результат, на втором выходе рождается кошка, энергия которой более чем вдвое превышает исходную.

Эксперимент с котом Шредингера: эксперимент вызывает интерференцию двух «котов» на светоделителе. Это приводит к запутанному состоянию в двух выходных каналах этого светоделителя. В одном из этих каналов размещается специальный детектор.В случае, если этот детектор показывает определенный результат, на втором выходе рождается «кот», энергия которого более чем вдвое превышает исходную. (Источник: Nature Photonics)

В лаборатории оптики Российского квантового центра команда Львовского успешно преобразовала пару кошек Шредингера с негативным сжатием в большую позитивную. У них наблюдалось увеличение в среднем с 1,3 до 3,4 фотонов, что сопоставимо с самыми большими оптическими кошками Шредингера, когда-либо созданными другими методами. В своем эксперименте они создали несколько тысяч таких увеличенных кошек.

Хотя эксперимент еще не дал наибольшего состояния кошки Шредингера, он демонстрирует метод, который можно использовать для его получения. Львовский говорит, что этот инструмент может позволить физикам разводить этих более крупных кошек на еще более крупных, которые в конечном итоге будут видны невооруженным глазом.

В исследовании рассматривается вопрос, лежащий в основе исследования Львовского: в какой момент законы квантовой физики уступают место классической физике?

«Мы хотим увеличивать кошек до тех пор, пока не перестанем видеть квантовые эффекты.Может быть, мы никогда не перестанем их видеть, кто знает », — говорит Львовский, добавляя, что нет экспериментальных доказательств, которые сказали бы нам, универсальны ли законы квантовой физики или они перестают работать при определенной степени макроскопичности.

Помимо исследования границы между квантовым и классическим мирами, макроскопические состояния кошки Шредингера найдут применение в квантовой коммуникации, телепортации и криптографии.

А пока Львовский отдыхает от разведения шредингеровских кошек, чтобы заняться еще одной задачей.

Его новый эксперимент направлен на создание запутанного состояния между котом Шредингера и поляризацией одиночного фотона. Поляризованные фотоны и состояния кота Шредингера — это два способа кодирования квантовой информации. Эти кодировки имеют разные преимущества, и в этом эксперименте будет рассмотрено, как преобразовать одно в другое, чтобы можно было использовать сильные стороны обоих подходов одновременно.


«Расширение оптических состояний кошки Шредингера» было опубликовано в Nature Photonics 1 мая 2017 года.

Аутичный кот Шредингера | Примите аутизм

Между подозрением и диагнозом есть неопределенность. Вот где я нахожусь, когда пишу эти слова.

На протяжении всей жизни, особенно за последние несколько лет, я пришел к выводу, что могу быть аутистом. У меня не было особого момента а-ха, и я никогда не был в этом уверен. У меня были моменты сомнения, когда я говорил себе, что не страдаю аутизмом, что я просто чувствовал себя потерянным и хватаюсь за соломинку. У меня были и другие моменты, когда я считал, что то, что я аутист, было наиболее логичным выводом после рассмотрения всей моей истории вплоть до описаний моих первых моментов в мире.Я чувствовал себя котом Шредингера в коробке, считая, что я аутист, но в то же время не аутист. Это был мой парадокс, сомнение и убеждение существовали одновременно; Я был аутистом, я не был аутистом. Чем больше я думал об этом, тем больше я понимал, что был в этой коробке всю свою жизнь.


Котенок Шредингера: мои предыдущие годы, когда я рос как чудак в семье

Я никогда не вписываюсь в социальную жизнь, несмотря на огромные усилия, чтобы научиться вести себя в самых разных социальных ситуациях.У меня было много странных предпочтений и отвращений, и мне часто говорили, что я разборчив или чрезмерно чувствителен. Я говорил честно, и меня часто ругали за грубость, хотя мои намерения были добрыми. Это расстраивало близких мне людей, потому что я воспринимал шутки буквально и, видимо, испортил их. Сообщение, которое я неоднократно получало от семьи и сверстников, заключалось в том, что со мной что-то не так и что я не смог это исправить. Я так старался «исправить» себя, но снова и снова терпел неудачу.Иногда я тратил часы в день, пытаясь улучшить свою координацию или свой «неряшливый почерк». Я изо всех сил старался понимать шутки и сарказм, запоминая как можно больше шуток и саркастических фраз, я тщательно взвешивал свои слова, чтобы быть менее резкими, и перестал высказывать свое мнение. Я никогда не мог рассказывать анекдоты с правильной подачей, но я, по крайней мере, научился узнавать больше и адекватно реагировать на многие из них. Я практиковался в чтении фраз, даже ходил. Я узнал и изучил анатомию.Я ходил на уроки, связанные с движениями тела и общением с другими.

Эти исследования, направленные на устранение моих различий, были моим предметом внимания на протяжении десятилетий моей жизни. Я заставил себя исправить как можно больше вещей во мне, которые были настолько неприемлемы для моей семьи. Я действительно не находил, что все эти вещи, упомянутые ранее, расстраивают, когда я думал об этом, но я был глубоко обеспокоен тем, как другие были расстроены обо мне. Все те годы назад я даже не знал, что нахожусь в коробке, но тем не менее чувствовал это.Измученный десятилетиями этого, я отказался от попыток вписаться, и в конечном итоге это стало для меня самым лучшим. Я начал постепенно понимать, что я не сломался, а просто подключился по-другому. Я еще не связала это с аутизмом. Я просто принял свою ботаническую и гиковскую сторону и нашел друзей среди тех, кто делал то же самое. Прошло еще много времени, прежде чем я заметил, что почти все мои друзья страдали аутизмом.


Рост к принятию


и самопониманию

Процесс принятия себя таким, какой я есть, происходил поэтапно, а не в результате внезапного прозрения.Было перекрытие. Я начал принимать некоторые вещи в себе, даже когда все еще пытался исправить другие. Командные виды спорта были одним из первых примеров. Моя семья была спортивной, а мои братья и сестры преуспели в командных видах спорта. Они ожидали от меня того же. Позволить себе отпустить это было огромным облегчением и, вероятно, помогло посеять семена для принятия большего количества моих различий в последующие годы. Тем временем я все еще практиковалась в чтении и речи с большей интонацией и выражением, я читала модные журналы и старалась одеваться модно.Я занимался другими физическими упражнениями, чтобы замаскировать другие свои спортивные недостатки. Я пытался вписаться в нужную толпу, которая соответствовала социальной жизни моих братьев и сестер. Я ходил на терапию, много терапии. В конечном счете, прошло много лет после того, как я столкнулся с дефицитом в командных видах спорта, прежде чем я отпустил все остальное. Мои шаги к самопринятию были небольшими и растянулись на очень длительные периоды времени.

Пройдет еще много лет, прежде чем я узнаю достаточно об аутизме, особенно о том, как он часто по-разному проявляется у девочек и женщин, чтобы понять, что он подходит ко мне.Я держал свои подозрения в секрете еще несколько лет. Со временем по ряду причин я решил более серьезно изучить эту возможную реальность. Я читал больше, я проходил тесты самооценки, я разговаривал с другими людьми в моей ситуации. Я обнаружил, что самодиагностика широко распространена в аутичном сообществе. Я обнаружил новые возможные интерпретации моего собственного прошлого опыта. Я тоже сомневался в себе. Много.


Неужели я кот в коробке?

Я оказался в странном месте, где я не знал, чего боялся больше, имея подтверждение своих подозрений или мне официально сказали, что мои подозрения ошибочны и что я просто чудак, который практически никуда не вписывается без всякой причины.Мне нужно было подготовиться к любому исходу. У меня были вопросы, на которые нужно было ответить.

Если я действительно был аутистом, каков был мой лучший способ продвинуться вперед в своей жизни, которая так сорвалась и остановилась из-за попыток «исправить» то, что не сломалось? Что я буду делать с этой информацией, которая придет ко мне на более позднем этапе моей жизни? Мне, вероятно, понадобится помощь, чтобы снять все слои, которые я наложил на себя, чтобы вписаться в них и доставить удовольствие окружающим. Мне нужно было выяснить, кому в моей жизни должна быть эта информация, а кому, я полагаю, нет.

Если бы я не был аутистом, кем бы я был? Было ли что-то странное и нездоровое в том, чтобы иметь столько друзей-аутистов и так мало нейротипичных? Я никогда сознательно не дружил с людьми, основываясь на том, были ли они аутистами или нет, и не знал, имеет ли это какое-то существенное значение. Я, по крайней мере, пришел к выводу, что, независимо от того, имеет ли это значение или нет, мне повезло с друзьями, которые приняли меня за меня. Остались и другие вопросы. Были ли эти черты сломанными частями, которые действительно можно было исправить? Как я мог так эффектно потерпеть неудачу, чтобы исправить себя после стольких усилий? Я подумал, не останусь ли я без официального ответа на вопрос, почему я всю жизнь был неудачником.Как бы выглядел мой путь вперед, если бы он не был путем аутизма? Я представлял, что это потребует поиска способов принять себя даже без объяснения причин. В любом случае, я знал, что лучше всего двигаться вперед, позволив себе на самом деле быть собой.

Пришло время получить ответы и раскрыть те части себя, которые я спрятал. Я всегда был таким, каким меня еще не признают и не принимают, и поэтому меня воспринимают и обращаются так, как будто я просто сломлен. Даже я видел себя таким сломленным. Моих собственных выводов и самодиагностики было недостаточно, чтобы полностью меня убедить.Я все еще сомневался и не мог отказаться от старых убеждений. Я был в ловушке и не двигался вперед, пока жил в этом ящике. Я не хотел оставаться в этом состоянии двойной реальности, существующей в моем сознании. Кот Шредингера был воображаемым, предметом мысленного эксперимента, который одновременно оставался в противоположных состояниях существования в закрытом ящике.

Но я реален и решил открыть коробку.

Модель кошки Шредингера | RMS

Кот Шредингера подвергается мысленному эксперименту, призванному раскрыть парадокс квантовых свойств.Гипотетическая кошка запечатана в коробке без окон, в которой находится устройство, которое вводит смертельный яд в зависимости от того, подвергается ли отдельный атом радиоактивному распаду. Если атом распадется, кошка умрет. Если выживет атом, то выживет и кошка. Только квантовое состояние атома совершенно непостижимо. Итак, кот — по крайней мере в принципе — наполовину мертв и наполовину жив. Одновременное состояние жизни и смерти называется «суперпозицией».

Хотя квантовое поведение не является средним страхованием (по крайней мере, до тех пор, пока не появится киберзащита будущего квантового компьютера), в мире моделирования риска есть ситуации, которые близки к коту Шрёдингера — или, возможно, это должен быть «Кот» Шрёдингера ( сокращение от Catastrophe)?

Примите меры по защите от наводнений, испытанные сильнейшим наводнением.Результат может быть как в высшей степени двоичным, так и непознаваемым, как и ситуация внутри ящика мысленных экспериментов Шредингера. Выдуманная история о голландском мальчике, который прижался пальцем к течению в дамбе, чтобы предотвратить провал защиты, подчеркивает в высшей степени нелинейный характер прорыва дамбы. Начиная с крошечного отверстия, движущаяся вода размывает отверстие большего размера, позволяя воде двигаться и размываться еще быстрее.

Часто промежуточного состояния нет. Либо защита выживает, либо полностью терпит неудачу.Помните прорывы плотины в Новом Орлеане во время урагана Катрина, когда стены плотины обрушились, не будучи перекрытыми, затопив всю северную половину города? Мы не можем надеяться точно знать, выдержит ли дамба или рухнет — прорывался ли кролик в берегу, образовалась ли трещина во время засухи. Таким образом, нам может потребоваться выдержать суперпозицию и рассмотреть оба состояния Кота Шредингера — с плотиной на месте, когда город высох, и там, где дамба прорвалась, оставляя город под водой.Эту суперпозицию результатов можно исследовать в последних моделях наводнений высокой четкости RMS. Мы должны держать наши «квантовые» варианты открытыми. При оценке риска нам нужно сочетать наводнение и отсутствие наводнения.

Где еще нам нужно рассматривать суперпозицию результатов, когда в том, что происходит, наблюдается необычайный бинарный контраст? Возьмем ситуацию, когда электрическая искра, вызванная воздействием ветра на передающее оборудование, замыкается на землю и может или не может вызвать возгорание.И пожар может распространиться на неконтролируемый фронт пожара, унесенный ветром в город — как это произошло с ночным пожаром Таббса в Калифорнии в начале октября 2017 года. Учитывая, что мы можем смоделировать климатические условия горячих ветров Диабло, каков шанс это превращается в многомиллиардные убытки от пожара? Один человек мог потушить пожар там, где он впервые возник. Тысяча пожарных не смогла бы сдержать огонь, когда он превратился в обдуваемый ветром фронт огня шириной в милю. Как и в случае с защитой от наводнения — нам нужна суперпозиция бинарных результатов.

Любая крайняя нелинейность, встречающаяся при моделировании катастроф, заслуживает такого же рассмотрения. Обрушение плотины или разрыв трубопровода после сильного землетрясения или появления нового вируса; результаты могут быть не точками в спектре, а полностью расходящимися. Нам нужно совместить эти двоичные результаты, чтобы оценить риск.

Кот Шредингера

Эта статья появляется в Ежеквартальном журнале LARB Print: № 17, Comedy

Чтобы получить Ежеквартальный журнал LARB, станьте участником или сделайте пожертвование здесь.

¤



Кот Шредингера

Между полюсами моей больничной койки, моей башни IV

они породили фауну травм

зверинец: игла-бабочка, змеиная трубка Скан,

УЗИ кетгута. Медсестра замораживает мой живот

, как хлопушку (медсестра и повар), и палочкой

бунтарь, ловкий, как жестокий или хоровой дирижер

в каком-то скрипичном ключе, начинает добычу на случай неприятностей,

слепой и глухой .Я смотрю на это чудо-черное по-белому,

в шахматах, проверенное ночью, полное отсутствие

дочери или сына, упакованное в стропилах

перед моей спиной. Похоже на воду и солнце.

Черно-молочный. Тень-свет. Это передача со спутника

из глубин моего пространства,

к северу от туманности малоберцовой кости, к югу от устья.

Вода на Марсе и никаких признаков жизни.

Я никогда не был таким голым, как фальшивый. Моя натура

обожает пылесос.Жадная пустота. Я не жду

, что это последний раз, когда я буду ультра-слышать внутри себя,

ультра-видеть, пунктирная, как умляут, ультра-пятнышки

просторного места. Мой живот пустой, как пончик с заливкой.

Моя голова, конечно же, пуста.

Трепещущий факт, ловящий в своей пустой сети:

Эрвин Шредингер, физик, австриец,

отец, имел двоих детей:

Рут Джорджи Эрика и «Кот Шредингера».

Его гибкая элегантная Руфь и ее более элегантная сестра.

Видите, кот в ящике жив и мертв

, пока его не откроют, и это наука.

Есть бесконечные возможности

для кошки Шрёдингера, бесконечные способы, которыми она могла быть

живой или мертвой, и все это мерцание всего, пока один бог с лапой

щелкает защелкой и заглядывает внутрь

и сбивает мерцание мира.

Моя медсестра, волшебник-полиглот,

Эта женщина, которая говорит по-английски и говорит на УЗИ, закончила. Веселая

желе-госпожа, ухмыляясь от скорой к скорой, она оставляет мне

и мою вакансию быть.Забыв о мониторе, она оставила мое тело

, плывя передо мной, как повтор.

Ультразвук поет как скорбящий

И я действительно чувствую, сколько Шредингер

отдал бы что-нибудь, чтобы его кошка была живой или мертвой,

все, чтобы остановить мерцание бесконечности. Знать, что такое

,

знать. Эй, ты можешь прикоснуться к мертвой кошке.

Медсестра оставила УЗИ включенным, и

он дрожит белым цветом, как на шоссе.Боковой свет

предвещает крушение. Вы можете коснуться дороги убить. Он гудит на эротическом белом

неоновой вывеске мотеля [NO] VACANCY. От межгосударственного. Я не сбрасываю его.

Закрыв глаза, я слышу шум пульса,

бьющегося сердца, кота Шредингера, порхающего назад

и вперед между полюсами жизни

¤

Меган Амрам — комедия писатель. Автор юмористической книги « Наука… Для нее!» и участник The New Yorker и The Awl .

.


От Чеширского кота до кота Шредингера

Новая книга помогает читателям лучше понять неуловимого «чеширского кота», которого мы называем квантовым миром, и проливает новый свет на давние концептуальные проблемы квантовой теории, такие как парадокс «кота Шредингера».

В серии Adventures in Quantumland: Exploring Our Unseen Reality доктор Рут Кастнер исследует неожиданный и глубоко загадочный мир квантов, который порождает конкретный мир, который мы ощущаем вокруг нас своими пятью чувствами, но который по большей части , по-прежнему упорно скрывается от глаз.В этом смысле квантовая сфера очень похожа на Чеширского кота (изображенного на обложке книги), который может оставаться скрытым или показывать нам только свою улыбку, по-видимому, по прихоти.

Вслед за Unseen Reality , эта захватывающая новая книга углубляет и расширяет доступное представление плодотворной новой формулировки квантовой теории, Трансакционной интерпретации (ТИ), в ее полностью релятивистском воплощении. Структурная схема транзакций помогает нам понять, как «Чеширский кот» квантового мира может оставаться скрытым или внезапно являться нам через кажущийся таинственным, но в конечном итоге объяснимый процесс «измерения».Книга проливает новый свет на давние концептуальные проблемы квантовой теории, такие как парадокс «кота Шредингера», который возникает в результате ранее неудачных попыток определить процесс измерения, то есть процесс, с помощью которого квантовый «Чеширский кот» показывает его лицом к нам в нашей феноменальной сенсорной вселенной времени и пространства.

Это нетехническое, но концептуально ясное исследование релятивистской формы TI исследует плодородную новую почву в интерпретации квантовой теории, представляя ранее неожиданную, но убедительную картину квантовой реальности.В отличие от конкурирующих квантовых интерпретаций, транзакционная картина естественно и плавно поддается релятивистской области. Релятивистское развитие не только завершает интерпретацию, определяя «недостающее звено» в решающей роли связи между квантовыми полями, но также решает более ранние проблемы, поднятые против TI. В книге показано, как транзакционная картина выходит за рамки предыдущих ограничивающих парадигм интерпретации, которые препятствовали необходимому новому пониманию внутренней реляционной и интерактивной природы квантовой области.Помимо решения «парадокса кота Шредингера», он проливает свет на другие квантовые загадки, такие как происхождение «правила Борна» для вероятностей результатов измерений. Попутно это обретает смысл в некоторых явно запутывающих экспериментах, таких как «слабые измерения» и «квантовый ластик». Наконец, книга представляет собой путь вперед для примирения науки с давними духовными способами познания, предлагая, чтобы Скрытая область квантовой теории может иметь значительные параллели с различными культурными концепциями священного.Таким образом, как внешний (научный), так и внутренний (духовный) способы исследования могут приходить — с противоположных сторон — к одной и той же фундаментальной, скрытой реальности.

«Мне очень понравилась книга Рут Кастнер, — говорит доктор Джон Гриббин (автор книги« В поисках кота Шредингера »). лежащего в основе способа, которым квантовые эффекты создают структуру пространства-времени и производят впечатление стрелы времени, позволяя нам подлинную свободу воли.По словам автора, Пространство-время — это улыбка Чеширского Кота; Кот — это квантовая физика ».

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *