Воскресенье , 9 Май 2021

Теория кота шредингера краткая: Кот Шредингера: суть простыми словами

Содержание

Кот Шредингера: суть простыми словами

кот Шредингера - суть простыми словами

Наверняка вы не раз слышали, что существует такой феномен, как «Кот Шредингера». Но если вы не физик, то, скорее всего,  лишь отдаленно  представляете себе, что это за кот и зачем он нужен.

«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.

В данной статье дана попытка объяснить простыми словами суть теории Шредингера про кота и квантовую механику, так чтобы это было доступно человеку, не имеющему высшего технического образования. В статье также будут представлены различные интерпретации эксперимента, в том числе и из сериала «Теория большого взрыва».

Содержание:

  1. Описание эксперимента
  2. Объяснение простыми словами
  3. Видео из «Теории большого взрыва»
  4. Отзывы и комментарии

Описание эксперимента

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


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.

Объяснение простыми 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 (Википедия).

Видео из «Теории большого взрыва»

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.

Остался ли кот живым в результате эксперимента?

Для тех, кто невнимательно читал статью, но все равно переживает за кота — хорошие новости: не переживайте, по нашим данным, в результате мысленного эксперимента сумасшедшего австрийского физика

НИ ОДИН КОТ НЕ ПОСТРАДАЛ

Отзывы и комментарии

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

Что такое кот Шредингера простыми словами? — Блоги — Эхо Москвы, 22.12.2015

Юрий Гордеев
Программист, гейм-девелопер, дизайнер, художник

«Кот Шредингера» — это мысленный эксперимент, предложенный одним из пионеров квантовой физики, чтобы показать, насколько странно квантовые эффекты выглядят применительно к макроскопическим системам.

Постараюсь объяснить действительно простыми словами: господа физики, не взыщите. Фраза «грубо говоря» подразумевается далее перед каждым предложением.

В очень, очень мелких масштабах мир состоит из вещей, ведущих себя весьма необычно. Одна из наиболее странных характеристик таких объектов — способность находиться в двух взаимоисключающих состояниях одновременно.

Что с интуитивной точки зрения еще более необычно (кто-то даже скажет, жутковато) — акт целенаправленного наблюдения устраняет эту неопределенность, и объект, только что находившийся в двух противоречивых состояниях одновременно, предстает перед наблюдателем лишь в одном из них, как ни в чем не бывало, смотрит в сторонку и невинно посвистывает.

На субатомном уровне все к этим выходкам уже давно привыкли. Существует математический аппарат, описывающий эти процессы, и знания о них нашли самые разные применения: например, в компьютерах и криптографии.

На макроскопическом же уровне эти эффекты не наблюдаются: привычные нам объекты всегда находятся в единственном конкретном состоянии.

А теперь мысленный эксперимент. Берем кота и сажаем его в ящик. Туда же помещаем колбу с ядовитым газом, радиоактивный атом и счетчик Гейгера. Радиоактивный атом может распасться в любой момент, а может не распасться. Если он распадется, счетчик засечет радиацию, нехитрый механизм разобьет колбу с газом, и наш кот погибнет. Если нет — кот останется жив.

Закрываем ящик. С этого момента с точки зрения квантовой механики наш атом находится в состоянии неопределенности — он распался с вероятностью 50% и не распался с вероятностью 50%. До того, как мы откроем ящик и заглянем туда (произведем наблюдение), он будет находиться в обоих состояниях сразу. А поскольку судьба кота напрямую зависит от состояния этого атома, выходит, что кот тоже буквально жив и мертв одновременно (»...размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях…» — пишет автор эксперимента). Именно так эту ситуацию описала бы квантовая теория.

Шредингер едва ли догадывался, какого шуму наделает его идея. Разумеется, сам эксперимент даже в оригинале описан чрезвычайно грубо и без претензии на научную аккуратность: автор хотел донести до коллег идею о том, что теорию необходимо дополнить более четкими определениями таких процессов, как «наблюдение», чтобы исключить сценарии с котами в ящиках из ее юрисдикции.

Идею кота использовали даже для того, чтобы «доказать» существование Бога как сверхразума, непрерывным своим наблюдением делающего возможным само наше существование. В действительности же «наблюдение» не требует наличия сознательного наблюдателя, что лишает квантовые эффекты некоторой доли мистики. Но даже при этом квантовая физика остается на сегодня фронтом науки с множеством необъясненных явлений и их интерпретаций.

Иван Болдин
кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, выпускник МФТИ

Поведение объектов микромира (элементарных частиц, атомов, молекул) существенно отличается от поведения объектов, с которыми нам обычно приходится иметь дело. Например, электрон может пролетать одновременно через два пространственно удаленных места или находится одновременно на нескольких орбитах в атоме. Чтобы описать эти явления была создана теория — квантовая физика. По этой теории, например, частицы могут быть размазаны в пространстве, но если вы захотите определить, где же частица все-таки находится, то вы всегда обнаружите в каком-то месте всю частицу целиком, то есть она как бы схлопнется из своего размазанного состояния в какое-то определенное место. То есть считается, что пока вы не измерили положение частицы, она вообще не имеет положения, и физика только может предсказать, с какой вероятностью в каком месте вы можете обнаружить частицу.

Эрвин Шредингер, один из создателей квантовой физики, задался вопросом: а что, если в зависимости от от результата измерения состояния какой-нибудь микрочастицы происходит или не происходит какое-нибудь событие. Например, это можно было бы реализовать следующим образом: берется радиоактивный атом с периодом полураспада, скажем, час. Атом можно поместить в непрозрачный ящик, поставить туда устройство, которое при попадании на него продуктов радиоактивного распада атома разбивает ампулу с ядовитым газом, и посадить в этот ящик кота. Тогда вы извне не увидите, распался атом или нет, то есть по квантовой теории он одновременно распался и не распался, а кот, стало быть, одновременно жив и мертв. Такого кота стали называть котом Шредингера.

Может показаться удивительным, что кот может быть одновременно жив и мертв, хотя формально здесь нет противоречия и это не является опровержением квантовой теории. Однако могут возникнуть вопросы, например: кто может осуществить схлопывание атома из размазанного в определенное состояние, а кто при такой попытке сам переходит в размазанное состояние? Как протекает этот процесс схлопывания? Или как же получается, что тот, кто осуществляет схлопывание, сам не подчиняется законам квантовой физики? Имеют ли эти вопросы смысл, и, если да, то каковы на них ответы — до сих пор неясно.

George Panin
окончил РХТУ им. Д.И. Менделеева, главный специалист исследовательского департамента (маркетинговые исследования)

Как объяснил нам Гейзенберг, из-за принципа неопределенности описание объектов квантового микромира носит иной характер, нежели привычное описание объектов ньютоновского макромира. Вместо пространственных координат и скорости, которыми мы привыкли описывать механическое движение, например шара по бильярдному столу, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое и говорит нам о том, как изменяется со временем состояние квантовой системы.

Теперь про кота. Всем известно, что коты любят прятаться в коробках (thequestion.ru). Эрвин Шредингер тоже был в курсе. Более того, с чисто нордическим изуверством он использовал эту особенность в знаменитом мысленном эксперименте. Суть его заключалась в том, что в коробке с адской машиной заперт кот. Машина через реле подсоединена к квантовой системе, например, радиоактивно распадающемуся веществу. Вероятность распада известна и составляет 50%. Адская машина срабатывает когда квантовое состояние системы меняется (происходит распад) и котик погибает полностью. Если предоставить систему «Котик-коробка-адская машина-кванты» самой себе на один час и вспомнить, что состояние квантовой системы описывается в терминах вероятности, то становится понятным, что узнать жив котик или нет, в данный момент времени, наверняка не получится, так же, как не выйдет точно предсказать падение монеты орлом или решкой заранее. Парадокс очень прост: волновая функция, описывающая квантовую систему, смешивает в себе два состояния кота — он жив и мертв одновременно, так же как связанный электрон с равной вероятностью может находится в любом месте пространства, равноудаленного от атомного ядра. Если мы не открываем коробку, мы не знаем точно, как там котик. Не произведя наблюдения (читай измерения) над атомным ядром мы можем описать его состояние только суперпозицией (смешением) двух состояний: распавшегося и нераспавшегося ядра. Кот, находящийся в ядерной зависимости, и жив и мертв одновременно. Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное?

Копенгагенская интерпретация эксперимента говорит нам о том, что система перестаёт быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение, оно же измерение (коробка открывается). То есть сам факт измерения меняет физическую реальность, приводя к коллапсу волновой функции (котик либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого)! Вдумайтесь, эксперимент и измерения, ему сопутствующие, меняют реальность вокруг нас. Лично мне этот факт выносит мозг гораздо сильнее алкоголя. Небезызвестный Стив Хокинг тоже тяжело переживает этот парадокс, повторяя, что когда он слышит про кота Шредингера, его рука тянется к браунингу. Острота реакции выдающегося физика-теоретика связанна с тем, что по его мнению, роль наблюдателя в коллапсе волновой функции (сваливанию её к одному из двух вероятностных) состояний сильно преувеличена.

Конечно, когда профессор Эрвин в далеком 1935 г. задумывал свое кото-измывательство это был остроумный способ показать несовершенство квантовой механики. В самом деле, кот не может быть жив и мертв одновременно. В результате одной из интерпретаций эксперимента стала очевидность противоречия законов макро-мира (например, второго закона термодинамики — кот либо жив, либо мертв) и микро-мира (кот жив и мертв одновременно).

Вышеописанное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии. По волоконно-оптическому кабелю пересылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают там отвод сигнала, чтобы подслушивать передаваемую информацию, то это схлопнет волновую функцию (с точки зрения копенгагенской интерпретации будет произведено наблюдение) и свет перейдёт в одно из состояний. Проведя статистические пробы света на приёмном конце кабеля, можно будет обнаружить, находится ли свет в суперпозиции состояний или над ним уже произведено наблюдение и передача в другой пункт. Это делает возможным создание средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание.

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. youtube.com

Физики из Йеля выяснили, как можно "спасти" кота Шредингера

https://ria.ru/20190603/1555227523.html

Физики из Йеля выяснили, как можно "спасти" кота Шредингера

Американские ученые выяснили, как можно предвидеть "непредсказуемые" квантовые переходы внутри атомов и использовать эти данные для того, чтобы обращать их... РИА Новости, 03.06.2019

2019-06-03T19:32

2019-06-03T19:32

эрвин шредингер

физика

альберт эйнштейн

открытия - риа наука

йельский университет

сша

риа наука

/html/head/meta[@name='og:title']/@content

/html/head/meta[@name='og:description']/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/155522/41/1555224127_0:321:830:787_1400x0_80_0_0_c67a8164c3ef207a079d60da8617181b.jpg

https://ria.ru/20190409/1552521750.html

https://ria.ru/20181213/1547930177.html

https://ria.ru/20170501/1493352186.html

сша

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/155522/41/1555224127_0:321:830:787_1400x0_80_0_0_c67a8164c3ef207a079d60da8617181b.jpg

https://cdn23.img.ria.ru/images/155522/41/1555224127_0:243:830:865_1400x0_80_0_0_564328b32df3e943e4daf0973c7c6248.jpg

https://cdn23.img.ria.ru/images/155522/41/1555224127_0:139:830:968_1400x0_80_0_0_02f96877e6179b16bdbc34ded736d3f3.jpg

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

эрвин шредингер, физика, альберт эйнштейн, открытия - риа наука, йельский университет, сша

МОСКВА, 3 июн – РИА Новости. Американские ученые выяснили, как можно предвидеть "непредсказуемые" квантовые переходы внутри атомов и использовать эти данные для того, чтобы обращать их вспять. Подобным образом можно "спасти" знаменитого кота Шредингера от мучительной смерти, пишут ученые в журнале Nature.

"Квантовые переходы в атомах в чем-то похожи на извержения вулканов. Их нельзя предсказать в долгосрочном плане, однако, если правильно следить за подобным объектом, то мы можем получить достаточно точное предупреждение о грядущей катастрофе и начать действовать еще до того, как она произойдет", — рассказывает Златко Минев из Йельского университета (США).

Кот Шредингера — "участник" мысленного эксперимента, который был предложен австрийским физиком Эрвином Шредингером в 1935 году для демонстрации абсурдности квантовой механики. В его ходе в закрытый ящик помещается кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома. Это может произойти в любой момент времени, однако точный момент распада не известен.

В соответствии с принципами квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв. Отсюда берет свое начало термин "квантовая суперпозиция" – совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот или другой объект квантового мира. Сегодня физики активно пытаются создать такую кошку Шредингера, которого можно было бы увидеть невооруженным глазом.

Так художник представил себе квантовый предсказатель будущего9 апреля 2019, 16:44РИА НаукаФизики создали квантовый "предсказатель" непредсказуемого будущего

В реальности осуществить подобный эксперимент не так-то просто, если даже это в принципе возможно, так как на работу "ящика Шредингера" будет влиять его "классическая" часть, гравитационное замедление времени и целый ряд других факторов.

Отсутствие инструментов, позволяющих "увидеть" кота Шредингера, заставляет ученых активно спорить о том, где находится граница между квантовой и ньютоновско-эйнштейновской физикой, существует ли она вообще и влияет ли первая на поведение окружающих нас объектов.

Минев и его коллеги заинтересовались не самим четвероногим добровольцем или его коробкой, а более фундаментальной частью этого мысленного эксперимента – тем, как "суперпозиция" живого и мертвого кота совершает так называемый квантовый переход и становится одним из двух "классических" состояний.

Дело в том, что до недавнего времени ученые не знали, как именно происходит этот процесс. Многие физики, такие как Нильс Бор, считали, что квантовые переходы в принципе нельзя предсказать и что они происходят фактически мгновенно.

Грубо говоря, если один из электронов атома получает дополнительную порцию энергии и "перепрыгивает" на более высокую позицию, он фактически "телепортируется" с одного уровня на другой, не двигаясь через пространство. Другие теоретики, в том числе сам Шредингер и Альберт Эйнштейн, не соглашались с этим и считали, что их можно детерминистически просчитать и увидеть.

Только в 1980 годах ученые смогли впервые проследить за реальными переходами внутри атомов и подтвердить, что Бор и его сподвижники были ближе к истине, чем сторонники альтернативных концепций. Это, как отмечает Минев, однако не закрыло вопроса о том, как именно происходят подобные "квантовые прыжки", можно ли их предсказать и манипулировать ими.

Кот Шредингера13 декабря 2018, 14:30РИА НаукаФизики создали прозрачную "клетку" для кота Шредингера

Йельские физики и их коллеги из Франции и Новой Зеландии получили ответы на все эти вопросы и одновременно поставили под сомнение теорию Бора, экспериментируя с котами Шредингера, построенными на базе сверхпроводящих кубитов. Они представляют собой искусственные аналоги атома или другие квантовые конструкции, способные хранить в себе одновременно и ноль, и единицу.

Эти "синтетические" атомы, собранные из особых сверхпроводниковых структур, были устроены таким образом, что они могли находиться в двух возбужденных состояниях, одно из которых, "светлое", ученые могли увидеть, а второе оставалось скрытым от наблюдателей.

Кубиты накачивались таким образом, что атом постоянно переходил в "темное" состояние и затем возвращался в изначальную позицию. Одновременно с этим, ученые дополнительно манипулировали их работой таким образом, что в кубитах возникали аналогичные переходы между "светлым" и основным состоянием.

Наблюдая за работой этой системы, ученые натолкнулись на необычный феномен – перед тем, как атом готовился перейти в "темное" состояние, частота вспышек света, вырабатываемых атомом в "светлом" состоянии, резко снижалась. Подобные "затмения" были очень короткими – их длина составляла всего 45 микросекунд, однако этого времени вполне хватит, чтобы поменять программу "накачки" атома и предотвратить переход электрона в новое состояние.

Это, как показали дальнейшие опыты, можно сделать не просто до начала квантового перехода, а во время него. Подобный результат эксперимента, как считает Минев, говорит о том, что, по крайней мере, часть теории Бора не верна – на самом деле, квантовые переходы не мгновенны и их можно предсказать в краткосрочной перспективе.

Иными словами, жизнь кота Шредингера не обязательно должна всецело зависеть от случая – при определенной сноровке и обстоятельствах, его можно спасти, заключают ученые.

Физики из РКЦ за процессом откармливания кошки Шредингера1 мая 2017, 18:09РИА НаукаРоссийские физики научились "откармливать" котов Шредингера
«Что такое кот Шредингера простыми словами?» – Яндекс.Кью

«Кот Шредингера» — это мысленный эксперимент, предложенный одним из пионеров квантовой физики, чтобы показать, насколько странно квантовые эффекты выглядят применительно к макроскопическим системам.

Постараюсь объяснить действительно простыми словами: господа физики, не взыщите. Фраза «грубо говоря» подразумевается далее перед каждым предложением.

В очень, очень мелких масштабах мир состоит из вещей, ведущих себя весьма необычно. Одна из наиболее странных характеристик таких объектов — способность находиться в двух взаимоисключающих состояниях одновременно.

Что с интуитивной точки зрения еще более необычно (кто-то даже скажет, жутковато) — акт целенаправленного наблюдения устраняет эту неопределенность, и объект, только что находившийся в двух противоречивых состояниях одновременно, предстает перед наблюдателем лишь в одном из них, как ни в чем не бывало, смотрит в сторонку и невинно посвистывает.

На субатомном уровне все к этим выходкам уже давно привыкли. Существует математический аппарат, описывающий эти процессы, и знания о них нашли самые разные применения: например, в компьютерах и криптографии.

На макроскопическом же уровне эти эффекты не наблюдаются: привычные нам объекты всегда находятся в единственном конкретном состоянии.

А теперь мысленный эксперимент. Берем кота и сажаем его в ящик. Туда же помещаем колбу с ядовитым газом, радиоактивный атом и счетчик Гейгера. Радиоактивный атом может распасться в любой момент, а может не распасться. Если он распадется, счетчик засечет радиацию, нехитрый механизм разобьет колбу с газом, и наш кот погибнет. Если нет — кот останется жив.

Закрываем ящик. С этого момента с точки зрения квантовой механики наш атом находится в состоянии неопределенности — он распался с вероятностью 50% и не распался с вероятностью 50%. До того, как мы откроем ящик и заглянем туда (произведем наблюдение), он будет находиться в обоих состояниях сразу. А поскольку судьба кота напрямую зависит от состояния этого атома, выходит, что кот тоже буквально жив и мертв одновременно («...размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях...» — пишет автор эксперимента). Именно так эту ситуацию описала бы квантовая теория.

Шредингер едва ли догадывался, какого шуму наделает его идея. Разумеется, сам эксперимент даже в оригинале описан чрезвычайно грубо и без претензии на научную аккуратность: автор хотел донести до коллег идею о том, что теорию необходимо дополнить более четкими определениями таких процессов, как «наблюдение», чтобы исключить сценарии с котами в ящиках из ее юрисдикции.

Идею кота использовали даже для того, чтобы «доказать» существование Бога как сверхразума, непрерывным своим наблюдением делающего возможным само наше существование. В действительности же «наблюдение» не требует наличия сознательного наблюдателя, что лишает квантовые эффекты некоторой доли мистики. Но даже при этом квантовая физика остается на сегодня фронтом науки с множеством необъясненных явлений и их интерпретаций.

Кот Шредингера простыми словами - Мастерок.жж.рф — LiveJournal


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

«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 на экспериментальные 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.


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

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.

Маркус Арндт (Markus Arndt), физик-экспериментатор из Венского университета, проводит опыты по наблюдению квантовой суперпозиции у макроскопических объектов. Он посылает небольшие молекулы в интерферометр, фактически предоставляя частице «выбор», какой дорогой пойти. С точки зрения классической механики молекула может пройти только одним путём, но квантовая молекула может пройти сразу двумя путями, интерферируя сама с собой и создавая характерный волнообразный рисунок.

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.


[источники]

источники

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 Самый черный материал в мире, а вот Эффект Джанибекова. Если вы еще не в курсе, почитайте про Закон Бенфорда и что такое Бомба из Гафния. А Давайте разоблачим ! Фокусы бумажного самолетика ? и узнаем, что за Башни Тесла, скрывающиеся в дебрях лесов Подмосковья

Кот Шредингера простыми словами - Мастерок.жж.рф — LiveJournal

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.

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

 

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.

Маркус Арндт (Markus Arndt), физик-экспериментатор из Венского университета, проводит опыты по наблюдению квантовой суперпозиции у макроскопических объектов. Он посылает небольшие молекулы в интерферометр, фактически предоставляя частице «выбор», какой дорогой пойти. С точки зрения классической механики молекула может пройти только одним путём, но квантовая молекула может пройти сразу двумя путями, интерферируя сама с собой и создавая характерный волнообразный рисунок.

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.

 

[источники]

источники

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 Самый черный материал в мире, а вот Эффект Джанибекова. Если вы еще не в курсе, почитайте про Закон Бенфорда и что такое Бомба из Гафния. А Давайте разоблачим ! Фокусы бумажного самолетика ? и узнаем, что за Башни Тесла, скрывающиеся в дебрях лесов Подмосковья Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=69256
Теория Шредингера простыми словами. Кот Шредингера. Эрвин Шредингер :: SYL.ru

Характерной чертой работы выдающегося ученого Эрвина Шредингера 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.

теория шредингера

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.

эрвин шредингер

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».

кот шредингера

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.

теория шредингера описание

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 простыми словами

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.

суть теории шредингера

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.

известная загадка про кота

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.

Кот Шредингера: любимое, неправильно понятое животное квантовой механики

Мысленный эксперимент, известный как кот Шредингера, является одним из самых известных и неправильно понятых понятий в квантовой механике. Глубоко задумавшись об этом, исследователи пришли к захватывающему пониманию физической реальности.

Кто придумал кота Шредингера?

Австрийский физик Эрвин Шредингер, который помог основать дисциплину квантовой механики, впервые задумал свою кошачью головоломку в 1935 году как комментарий к проблемам, изначально поставленным светилом Альбертом Эйнштейном, согласно статье в Quanta Magazine.

Развивая свое новое понимание субатомного царства, большинство коллег Эйнштейна и Шредингера осознали, что квантовые сущности демонстрируют чрезвычайно странное поведение. Датский физик Нильс Бор отстаивал понимание того, что такие частицы, как электроны, не обладали четко определенными свойствами, пока они не были измерены. До этого частицы существовали в так называемой суперпозиции состояний с, например, 50% -ной вероятностью ориентации «вверх» и 50% -ной вероятностью ориентации «вниз».

Эйнштейну, в частности, не понравилось это нерешительное объяснение. Он хотел знать, как именно Вселенная знает, что кто-то что-то измеряет. Шредингер подчеркнул эту нелепость своей пресловутой концептуальной кошкой. Шредингер написал в статье 1935 года «Современная ситуация в квантовой механике». Аппарат состоит из коробки с запечатанным флаконом с цианидом, над которым подвешен молоток, прикрепленный к счетчику Гейгера, направленный на небольшой кусочек умеренно радиоактивного урана. ,Внутри коробки также есть котенок (и помните, это мысленный эксперимент, который фактически никогда не проводился).

Коробка запечатана, и эксперимент оставлен для выполнения в течение определенного количества времени, возможно часа. В этот час уран, частицы которого подчиняются законам квантовой механики, имеет некоторый шанс испускать излучение, которое затем будет улавливаться счетчиком Гейгера, который, в свою очередь, выпустит молоток и разбьет флакон, убив кота. отравлением цианидом.

По мнению таких людей, как Бор, до тех пор, пока ящик не будет открыт и состояние кота не будет «измерено», он будет оставаться в суперпозиции как живых, так и умерших. Такие люди, как Эйнштейн и Шредингер, воздерживались от такой возможности, которая не соответствует всему, что говорит нам наш обычный опыт - кошки либо живы, либо мертвы, но не оба одновременно.

«Физике [Q] uantum не хватало важного компонента, рассказа о том, как она соотносится с вещами в мире», - писал научный журналист Адам Беккер в своей книге «Что реально?» (Basic Books, 2018).«Как феноменальное количество атомов, управляемое квантовой физикой, порождает мир, который мы видим вокруг нас?»

Реален ли кот Шредингера?

Кошка Шредингера - это суть того, что было странным в интерпретации Бора реальности: отсутствие четкой разделительной линии между квантовой и повседневной сферами. Хотя большинство людей думают, что это является примером в поддержку частиц, у которых отсутствуют четко определенные свойства, пока они не измерены, первоначальное намерение Шредингера было прямо противоположным - показать, что такая идея была бессмысленной.Тем не менее, в течение многих десятилетий физики в значительной степени игнорировали эту проблему, переходя к другим затруднениям.

Но начиная с 1970-х годов, исследователи смогли показать, что квантовые частицы могут быть созданы в состояниях, которые всегда соответствуют друг другу - поэтому, если одна демонстрирует ориентацию «вверх», другая будет «вниз» - явление, которое Шредингер называется запутывание. Такая работа была использована для поддержки появляющейся области квантовых вычислений, которая обещает производить вычислительные машины, которые намного быстрее, чем современные технологии.

В 2010 году физикам также удалось создать реальную версию кошки Шрёдингера, хотя и без фелицида (так называемое убийство котенка). Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали резонатор, в основном крошечный камертон, размером с пиксель на экране компьютера. Они помещают его в суперпозицию, в которой он одновременно колеблется и не колеблется, показывая, что относительно большие объекты могут занимать причудливые квантовые состояния.

Более поздние эксперименты поместили группы до 2000 атомов в двух разных местах одновременно, еще больше размывая разделительную линию между микроскопическим и макроскопическим.В 2019 году исследователям из Университета Глазго даже удалось сфотографировать запутанные фотоны с помощью специальной камеры, которая делала снимки каждый раз, когда фотон обнаруживался с запутанным партнером.

Хотя физикам и философам еще предстоит договориться о том, как думать о квантовом мире, идеи Шредингера дали много плодотворных исследовательских возможностей и, вероятно, будут продолжаться в обозримом будущем.

Дополнительные ресурсы:

,

парадокс кота Шредингера: кто убил кота?

Существует известная цитата, часто приписываемая Ричарду Фейнману, которая гласит: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы не поняли квантовую механику». Сегодня это так же верно, как и почти 50 лет назад, и это прекрасно иллюстрирует парадокс Шредингеровского кота.

Несмотря на невероятные достижения в технологии, достигнутые благодаря нашему очевидному «пониманию» предмета, например, лазерам, мобильным телефонам и т. Д., Мы все еще не приблизились к настоящему пониманию этого.

Мы эволюционировали, чтобы видеть мир сквозь призму уверенности, вещи имеют место, а причины имеют последствия. Это была одна из основных заповедей классической ньютоновской физики, но, похоже, она полностью разрушается в квантовом мире.

Развитие квантовой механики буквально поместило гранату под старые идеи физики. Похоже, что материя может находиться в двух местах одновременно, может появиться из ниоткуда, она может взаимодействовать и мгновенно появляться / исчезать на больших расстояниях без всякой причины - жуткая!

Многие великие умы мира были поставлены перед задачей решения этой загадки с различными постулированными интерпретациями.Наиболее выдающимся среди них является Копенгагенская интерпретация.

Именно эту версию мы можем поблагодарить за теперь увековеченный мысленный эксперимент Шредингеровского кошачьего парадокса.

Источник: Ranganath Krishnamani / Wikimedia Commons

Что такое парадокс кота Шредингера?

В попытке правильно объяснить принцип Шредингер использовал аналогию, чтобы раскрыть нелепую природу Копенгагенской интерпретации. Эрвин попросил третьи стороны представить себе кошку, немного яда во флаконе, счетчик Гейгера, радиоактивный материал и курок, запечатанный в непрозрачной стальной коробке или контейнере.

Радиоактивный материал был крошечным, но достаточным для того, чтобы счетчик Гигера мог обнаружить его с вероятностью 50/50. Если это произойдет, молот упадет и разбьет контейнер с ядом - убив несчастного кошачьего.

Так как система была запечатана и не могла быть видна снаружи, текущее состояние системы радиоактивного материала кота-Гейгера-яда-молотка было неизвестно. Когда и только когда запечатанный контейнер был открыт, наблюдатель узнает истинную природу системы.

По сути, это был способ визуализации распада системы в одну из двух возможных конфигураций. До этого времени кошка существовала бы в подвешенном состоянии между жизнью и смертью.

Итак, если вас когда-нибудь спросят, кто убил кошку - это был вы (если вы открыли коробку).

Копенгагенская интерпретация была принципиально ошибочной в соответствии с Шредингером

Квантовая механика, вероятно, самая успешная научная теория всех времен. Это позволило физикам, химикам и другим ученым открыть новые области исследований и создать новые и передовые технологии благодаря пониманию поведения атомов.

Но, подобно большому обоюдоострому мечу, он также создал много проблем для нашего понимания мира и вселенной вокруг нас. Многие из представлений и результатов, которые она дает, казалось, нарушали фундаментальные законы физики, которые сохранялись на протяжении веков.

Метафизические интерпретации квантовой механики предназначены для того, чтобы попытаться объяснить и, что более важно, объяснить эти очевидные нарушения.

Одной из первых попыток овладеть квантовым миром была Копенгагенская интерпретация.Он был основан датским физиком Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Максом Борном и другими известными физиками-атомщиками того времени.

Интересно, что Гейзенберг и Бор часто не соглашались с тем, как интерпретировать математическую формализацию квантовой механики. Бор даже дошел до того, что дистанцировался от «субъективных интерпретаций» Гейзенберга в том виде, в каком он его видел.

Также сам термин «копенгагенская интерпретация» никогда не использовался группой физиков. Он был придуман для того, чтобы выступать в качестве ярлыка со стороны сверстников, которые не согласились с идеей Бора о взаимодополняемости, а также с тем, что они считали общими чертами интерпретации Бора-Гейзенберга в 1920-х годах.

Сегодня «Копенгагенская интерпретация» используется как синоним индетерминизма, принципа соответствия Бора, статистической интерпретации Борном волновой функции и интерпретации Бора некоторых атомных явлений.

Термин, как правило, начал появляться, когда начали появляться альтернативные подходы. Подход Дэвида Бома к скрытым переменным и Высшая Эвереттская интерпретация «Многие в мире» являются яркими примерами, которые возникли, чтобы бросить вызов монополии, которую сделала «Копенгагенская интерпретация».

Представляется также, что термин «Копенгагенская интерпретация» был первоначально приписан Вернеру Гейзенбергу из его серии лекций в 1950-х годах, выступающих против новых «выскочивших» интерпретаций. Лекции с этой фразой также появились в сборниках сочинений Гейзенберга 1958 года, , физике и философии .

Rundetårn, Copenhagen Вид с улицы Рандеторн, Копенгаген. Источник: Дитмар Рабич / Wikimedia Commons

Кем был Эрвин Шредингер?

Эрвин Шредингер был лауреатом Нобелевской премии по физике, который родился в Вене в году в августе 1887 года в году.Эрвин наиболее известен своими работами в области квантовой физики, в частности квантовой теории.

После службы в армии во время Первой мировой войны он посещал Цюрихский университет в 1921 гг. Он оставался там шесть лет.

В 1926, за шестимесячный период и в возрасте 39 лет, он выпустил серию работ, которые заложили основы квантовой волновой механики. В этих основополагающих работах он описал свое уравнение в частных производных.

Это уравнение является основным уравнением квантовой механики и так же важно для механики атома, как уравнения Ньютона для планетарной астрономии.

Его самая известная работа была его мысленным экспериментом 1935 года , «Парадокс кота Шредингера», который пытался объяснить ошибочную распространенную интерпретацию квантовой суперпозиции.

В то время в Копенгагенской интерпретации говорилось, что объект в физической системе может существовать во всех возможных конфигурациях одновременно. Однако, как только система наблюдалась, это состояние разрушалось, заставляя наблюдаемый объект мгновенно «фиксироваться» в одной из нескольких комбинаций.

Шредингер принципиально не согласился с этой интерпретацией и намеревался все исправить.

Он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1933 .

Erwin Schrödinger Источник: Дадро / Викимедиа Коммон

Кот Шредингера мертв или жив?

"Если вы положите кошку в коробку, и если нет никакого способа сказать, что делает кошка, вы должны относиться к ней так, как будто она делает все возможные вещи - живым и мертвым - одновременно, "сказал Эрик Мартелл, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Милликин в National Geographic.

Поскольку это, конечно, совершенно нелепо, крупные объекты могут быть только в одном состоянии - поэтому квантовая суперпозиция, по-видимому, не применима к крупным объектам, таким как кошки. В конце концов, живые организмы могут быть только живыми или мертвыми, но не одновременно оба - отсюда и парадокс.

"Если вы пытаетесь делать прогнозы и предполагаете, что знаете состояние кошки, вы [вероятно] ошибетесь. Если, с другой стороны, вы предполагаете, что она находится в комбинации всех возможных состояний что это может быть, вы будете правы.«Расширение Эрик.

Благодаря этому мыслительному эксперименту Эрвин успешно показал, что Копенгагенская интерпретация должна быть изначально ошибочной. Это полностью противоречит его первоначальному замыслу.

С тех пор современная квантовая физика показала, что квантовая суперпозиция существует в субатомных частицах, таких как электроны, ее нельзя применять к более крупным объектам.

Забудьте о коте Шредингера, в городе появился новый котенок

Еще в 1996 году ученых из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, смогли создать «котенка Шредингера». Об этом сообщается в томе Science.

Они смогли возбудить атом в состояние суперпозиции квантовых состояний. Тогда можно было разделить эти два состояния так, чтобы атом появлялся в двух разных физических местах одновременно.

В 2013 году другая команда смогла выполнить подобный трюк, кроме этого времени с фотонами. Они соединили сотни миллионов фотонов через явление запутывания.

Команда использовала полупрозрачное зеркало, чтобы поместить один фотон в смесь двух квантовых состояний. Одно состояние для фотонов, которые прошли через зеркало, и другое для тех, которые были отражены - они были затем запутаны.

Затем лазеры использовались для усиления одного из состояний, чтобы распространить его на сотни миллионов фотонов.Затем он был восстановлен до первоначального однофотонного состояния, и измерения были проведены в течение всего периода времени, чтобы подтвердить, что запутывание имело место в течение всего эксперимента.

Исследователи говорят, что это представляет собой первое запутывание между микроскопическим и макроскопическим объектом.

Эти эксперименты являются попыткой найти разрыв, если он существует, между микро и макро масштабами объекта и, таким образом, найти пределы квантового царства.

«Есть ли граница между микро и макро, или квантовая механика применима ко всем масштабам?» спросил Александр Львовский из Университета Калгари в Альберте, Канада, и Российского Квантового Центра в Москве в статье «Новый ученый» 2013 года.

Другие предыдущие эксперименты также пытались найти границу, но с другого конца шкалы. Один из использованных двух 3-миллиметровых бриллиантов запутался.

У другого был барабан размером с песчинку, подчиненный принципу неопределенности, согласно которому нельзя одновременно определить точное положение и импульс квантовой частицы.

Schrödinger kitten Источник: Pixabay

Что было открытием Шредингера?

До работы Шредингера второй закон Ньютона ( F = ma ) использовался для прогнозирования пути, по которому физическая система будет следовать со временем (с учетом набора начальных условий).

Решая это уравнение, вы получаете положение и импульс физической системы как функцию внешней силы - F. Однако это только один снимок во времени. Мало что изменится еще на несколько сотен лет, пока великий Макс Планк не квантует свет.

Эйнштейн будет основываться на этом, чтобы показать связь между энергией и фотоном. Он также предложил идею, что энергия фотона должна быть пропорциональна его частоте.

Луи де Бройль еще больше продвинул этот принцип и постулировал, что материя, а не только свет, также страдает от так называемой дуальности волновых частиц.Он смог показать, что, пока они распространяются со своими аналогами частиц, электроны образуют стоячие волны.

Это означало, что возможны только дискретные частоты вращения при движении вокруг ядра атома с квантованными орбитами, соответствующими дискретным энергетическим уровням.

Физик Питер Дейбе позже вдохновил бы Шредингера, сделав необдуманный комментарий, что, если частицы ведут себя как волны, они должны соответствовать некоторой форме волнового уравнения. Это было сделано в 1925 гг. Во время одной из лекций Эрвина Шредингера по волновой теории де Бройля.

Насмешливо он заявил, что теория «ребяческая», потому что «для правильной работы с волнами нужно иметь волновое уравнение».

wave particle duality Источник: Nerdacity / YouTube

Что такое уравнение Шредингера?

В новаторских работах Шредингера по квантовой форме волны в 1926 гг. он ввел самое фундаментальное уравнение в науке о субатомной физике, известное как квантовая механика. С тех пор он был увековечен уравнением имени Шредингера.

Это уравнение по существу является линейным уравнением в частных производных, которое описывает эволюцию во времени волнового уравнения системы или функции состояния.Это. поэтому описывает форму волн или волновых функций, которые определяют движение мелких частиц.

Волновая функция - это фундаментальный компонент квантовой механики, который определяет систему в каждой пространственной позиции и времени.

Он также пытается определить, как эти волны подвержены влиянию внешних факторов или влиянию. Это уравнение также описывает изменения во времени физической системы, в которой квантовые эффекты, такие как дуальность волны и частицы, являются основным компонентом.

Уравнение было установлено как правильное, применяя его к атому водорода.

Дается: -

Schrödinger

Где;

i - единичное мнимое число,

ℏ - постоянная Планка,

Ψ - волновая функция (или вектор состояния), а

H - гамильтонов оператор.

Уравнение Шредингера также может быть получено из сохранения энергии: -

Почему мы используем уравнение Шредингера?

Уравнение Шредингера является центральным уравнением нерелятивистской квантовой механики.Он также количественно определяет динамику элементарных частиц так называемой Стандартной модели (при условии, что они имеют скорости, не превышающие свет и не подвержены существенному влиянию гравитации).

Он применяется в подавляющем большинстве микроскопических ситуаций, которыми в настоящее время занимаются физики.

У этого есть другие широкие заявления от квантовой теории поля, которая комбинирует специальную относительность с квантовой механикой.

Другие важные теории, такие как квантовая гравитация и теория струн, также не модифицируют уравнение Шредингера.

Разработка и публикация этого уравнения и его решений были очень реальным прорывом в мышлении в физике. Это был первый в своем роде проект, решения которого привели к неожиданным и неожиданным последствиям.

Знания, которые открыло это уравнение, позволили нам построить электрические приборы и компьютеры.

Будучи краеугольным камнем современной квантовой физики, которая является микроскопической теорией материи, уравнение Шредингера в той или иной форме встречается в большинстве современных проблем физики сегодня.

Что такое волновая функция Шредингера?

Знаменитый парадокс кота Шредингера используется для иллюстрации положения квантовой механики о природе волновых частиц.

«То, что мы обнаружили в конце 1800-х и начале 1900-х годов, это то, что действительно крошечные вещи не подчинялись законам Ньютона», - говорит Мартелл. «Таким образом, правила, которые мы использовали для управления движением шара, человека или автомобиля, не могли быть использованы для объяснения того, как работает электрон или атом».

Это сводится к принципу волновой функции.Это лежит в основе квантовой теории и используется для описания субатомных частиц (электронов, протонов и т. Д.).

Волновая функция используется для описания всех возможных состояний этих частиц, включая такие вещи, как энергия, импульс и положение. Следовательно, существует комбинация всех возможных волновых функций частиц.

"Волновая функция для частицы говорит, что есть некоторая вероятность того, что она может находиться в любой разрешенной позиции. Но вы не можете обязательно сказать, что знаете, что она находится в определенной позиции, не наблюдая ее.Если вы поместите электрон вокруг ядра, он может иметь любое из разрешенных состояний или положений, если только мы не смотрим на него и не знаем, где он находится », - объясняет Мартелл.

Это именно то, что Эрвин пытался проиллюстрировать своим парадоксом. Хотя верно, что в любой ненаблюдаемой физической системе вы не можете гарантировать, что что-то делает, вы можете сказать, что она попадает между определенными переменными, даже если некоторые из них крайне маловероятны. Телепортация может быть закрыта

Университет Пердью и Университет Цинхуа в настоящее время работают над тем, чтобы телепортация стала реальностью.Длинные вещи научной фантастики, если они успешны, ежедневные поездки на работу могут быть делом прошлого.

Исследователи в этих учреждениях экспериментируют с фактической попыткой телепортировать микроорганизмы на основе принципов, изложенных в знаменитом мысленном эксперименте Шредингера.

Они работают над методом размещения организмов субъекта на электромеханической мембране генератора. Это затем охладит и аппарат, и микроорганизмы в криогенном состоянии.

Делая это, он будет находиться в состоянии суперпозиции, открывая теоретическую возможность квантовой телепортации.Оказавшись там, сверхпроводящий контур должен позволять транспортировать внутреннее вращение объектов другому целевому организму.

Аппарат также включает в себя магнитно-резонансный силовой микроскоп (MFRM) для обнаружения внутреннего спина в организме и его активного изменения. В случае успеха, и они могут привести микоплазму в состояние суперпозиции и изменить ее состояние, будет заложена основная основа для будущей телепортации.

Другой предыдущий эксперимент уже установил, что мембрана генератора может быть переведена в состояние суперпозиции.В , 2015, эксперименте, проведенном в Университете науки и технологии Китая, удалось продемонстрировать фотоны, имеющие несколько степеней квантовой свободы.

Хотя это исследование не смогло телепортировать организм, телепортация «памяти» из одного места в другое является большим шагом вперед для потенциальной крупномасштабной телепортации, такой как люди.

Квантовый мир до сих пор загадывает физиков сегодня

На сегодняшний день существует несколько интерпретаций, которые были постулированы некоторыми из величайших умов на планете.Каждый пытается объединить квантовый и макро мир вокруг нас.

33 физика и философа попросили назвать своих фаворитов среди них. В 2011, годах на конференции в Австрии на тему «Квантовая физика и природа реальности» они проголосовали за нее. Вот результаты (любезно предоставлены NewScientist).

Обратите внимание, что они в обратном порядке, и общий процент превышает 100% (105% - они могли бы голосовать несколько раз) - насколько уместно.

Последнее место: Интерпретация де Бройля-Бома

Голосов: 0

Проценты: 0%

При общем количестве нулевых голосов интерпретация де Бройля и Бома в последние годы серьезно отвергается. ,Даже Эйнштейну это нравилось, но его поддержка со временем ослабла.

Совместное 5-е место: Квантовый байесианство

Голосов: 2

Процент: 6%

Квантовый байесианство утверждает, что квантовая неопределенность только в наших умах. Хорошая аналогия в том, что 50% -ая вероятность дождя мгновенно преобразуется в 100% -ный дождь или нет, когда вы открываете занавески.

Другими словами, мы несовершенны, а не квантовый мир.

Совместное 5-е место: Реляционная квантовая механика

Голосов: 2

Процент: 6%

Детство Карло Ровелли, Реляционная квантовая механика, основано на работе теории относительности Эйнштейна.Вариант идеи квантовой странности, он постулирует, что вы никогда не сможете владеть всеми фактами.

Таким образом, ни один наблюдатель не может знать обо всем, что происходит, и фактически является частью любого проведенного измерения.

Четвертое место: объективный коллапс

Голосов: 3

Процент: 9%

Объективный коллапс постулирует, что квантовая природа объекта меняется спонтанно, все время. Чем больше вещей, тем быстрее это происходит - немного похоже на радиоактивный распад.

Это может даже объяснить темную энергию, время и то, почему у нас вообще есть масса, если это правда.

3-е место: многие миры

Голосов: 6

%: 18%

На третьем месте идет интерпретация многих миров. Идея состоит в том, что когда что-то наблюдается, оно разделяет реальность на столько параллельных миров, сколько есть вариантов.

Первоначально был предложен в 1950-х годах и в последнее время немного возродился благодаря теории мультивселенной.

2-е место: информационная интерпретация

Голосов: 8

Процент: 24%

Идея интерпретации информации заключается в том, что основной «валютой» реальности является информация, а не материал. Когда квантовый объект наблюдается, некоторая информация извлекается, приводя его в состояние.

Победитель: Копенгагенская интерпретация

Голосов: 14

Процент: 42%

Да, мы знаем, но это по-прежнему одна из самых доминирующих интерпретаций, имеющих дело с квантовой странностью.В разговорной речи называемый вариант «заткнись и вычисли», он фактически говорит о том, что квантовый мир по сути неизвестен.

По сути, когда вы наблюдаете квантовое состояние, вы заставляете его «коллапсировать» в одно или другое состояние. Для критиков, таких как Шредингер, это вообще не объяснение.

Другие интересные ресурсы о шредингеровском коте

Что такое жизнь? с умом и материей и автобиографическими очерками - Эрвин Шредингер

В поисках кошки Шредингера - Джон Гриббин

Трилогия кошек Шредингера - Дана Рейнольдс

.
Кот Шредингера - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия
Кошка со счетчиком Гейгера и небольшим количеством яда в запечатанной коробке. Квантовая механика говорит, что через некоторое время кошка жива и мертва. Человек, заглядывающий в коробку, найдет кота живым или мертвым, однако предполагается, что он жив и мертв, прежде чем вы заглянете в коробку. Фигура кошки в натуральную величину в саду Хуттенштрассе 9, Цюрих, где Эрвин Шредингер жил 1921 - 1926 гг. В зависимости от условий освещения, кошка кажется либо живой, либо мертвой.

Кот Шредингера - это мысленный эксперимент о квантовой физике. Эрвин Шредингер предложил это в 1935 году в ответ на копенгагенскую интерпретацию квантовой физики.

Шредингер писал: [1] [2]

Можно даже создать довольно нелепые случаи. Кошка заперта в стальной камере вместе со следующим устройством (которое должно быть защищено от прямого вмешательства кошки): в счетчике Гейгера есть крошечный кусочек радиоактивного вещества, настолько маленький, что, возможно, в ходе за час распадается только один из атомов, но также с равной вероятностью, возможно, ни один; если это произойдет, контртрубка разряжается и через реле выпускает молот, который разбивает небольшую колбу синильной кислоты.Если оставить всю эту систему себе на час, можно сказать, что кошка все еще живет, если при этом ни один атом не распался. Пси-функция всей системы могла бы выразить это, добавив в нее живого и мертвого кота (простите за выражение) в равных частях.

Типичным для этих случаев является то, что неопределенность, изначально ограниченная атомным доменом, превращается в макроскопическую неопределенность, которая затем может быть решена путем прямого наблюдения.Это мешает нам так наивно принимать за действительную «размытую модель» для представления реальности. Само по себе это не будет воплощать ничего неясного или противоречивого. Существует разница между шаткой или не сфокусированной фотографией и снимком облаков и туманов.

- Эрвин Шредингер, Die gegenwärtige Ситуация в Квантовой механике (Современная ситуация в квантовой механике) , Naturwissenschaften
(перевод Джона Д. Триммера в Слушаниях Американского философского общества)

Проще говоря, Шредингер заявил, что если вы поместите кошку и что-то, что может убить кошку (радиоактивный атом) в коробку, и запечатаете ее, вы не узнаете, мертв ли ​​кот или жив, пока не откроете коробку, поэтому что, пока коробка не была открыта, кошка была (в некотором смысле) и "живыми и мертвыми".Это используется для представления работы научной теории. Никто не знает, является ли какая-либо научная теория правильной или неправильной, пока упомянутая теория не может быть проверена и доказана. [3]

Физику можно разделить на два типа; классическая физика и квантовая механика. Классическая физика объясняет большинство физических взаимодействий, например, почему мяч отскакивает, когда падает. Его также можно использовать для прогнозирования физических взаимодействий, например, того, что произойдет, когда вы уроните мяч. Однако есть некоторые физические взаимодействия, которые он не объясняет; например, как свет можно превратить в электричество.Квантовая механика предоставляет физикам возможность объяснить, почему это происходит.

Копенгагенская интерпретация используется для объяснения того, что происходит с самой маленькой частью атома (субатомной частицей), не глядя на нее (наблюдая за ней или измеряя ее). Математика используется, чтобы показать, насколько вероятно, что что-то случится с частицей. Частица может быть описана как 50% -ая вероятность быть в одном месте в одно время, или 50% -ая вероятность быть в одном месте в другое время. Это также может быть выражено в виде графика (или волновой формы).Это очень удобно при расчете квантовой физики.

Однако единственный способ быть на 100% уверенным в том, где находится частица, - это наблюдать за ней. До момента, когда вы наблюдаете это, Копенгагенская интерпретация говорит, что частица есть, а ее нет. Только когда вы наблюдаете частицу, вы узнаете, есть она там или нет.

Хотя это имеет смысл в квантовой физике, это не имеет смысла в классической (реальной) физике.

Шредингер хотел показать, что такой подход к квантовой механике может привести к абсурдным ситуациям.Он разработал мысленный эксперимент.

Кошка находится в комнате, отделенной от внешнего мира.

Счетчик Гейгера, который подсчитывает количество радиоактивного распада и небольшого количества радиоактивного элемента в комнате.

В течение одного часа один из атомов радиоактивного материала может распасться (или сломаться из-за нестабильности материала), или нет.

Если материал сломается, он выпустит атомную частицу, которая поразит счетчик Гейгера, который выпустит ядовитый газ, который убьет кошку.

Вопрос теперь: в конце часа, кошка жива или мертва? Шредингер говорит, что согласно Копенгагенской интерпретации, пока дверь закрыта, кошка мертва и живы. Нет возможности узнать, пока не откроется дверь. Но, открыв дверь, человек вмешивается в эксперимент. Человек и эксперимент должны быть описаны со ссылкой друг на друга.

К , глядя на эксперимент в , человек оказал влияние на эксперимент, поэтому он может не дать нам правильный ответ.

Мысленный эксперимент был изобретен Шредингером для демонстрации глупости размышлений о квантовых состояниях для больших объектов. Это также упоминалось много раз в поп-культуре.

,

кот Шредингера: объяснение | IFLScience

Эрвин Шредингер родился в Вене 12 августа 1887 года и был удостоен Нобелевской премии по физике в 1933 году. Он наиболее известен своими работами по квантовой теории, в частности по поводу своего мысленного эксперимента с участием кошки, чтобы объяснить ошибочную интерпретацию квантовая суперпозиция.

Копенгагенская интерпретация квантовой механики по существу утверждает, что объект в физической системе может одновременно существовать во всех возможных конфигурациях, но наблюдение за системой вынуждает систему разрушаться и вынуждает объект перейти только в одно из этих возможных состояний.Шредингер не согласился с этой интерпретацией.

Так какое отношение это имеет к кошкам? Шредингер хотел, чтобы люди представили, что кошка, яд, счетчик Гейгера, радиоактивный материал и молот находятся внутри запечатанного контейнера. Количество радиоактивного материала было настолько незначительным, что в течение часа было обнаружено только 50/50 выстрелов. Если бы счетчик Гейгера обнаружил радиацию, молот разбил бы яд, убив кошку. Пока кто-то не открыл контейнер и не наблюдал за системой, было невозможно предсказать, будет ли результат кошки.Таким образом, пока система не упадет в одну конфигурацию, кошка будет существовать в состоянии суперпозиции зомби, будучи живым и мертвым.

Конечно, утверждал Шрёдингер, это было смешно. Квантовая суперпозиция не может работать с большими объектами, такими как кошки, потому что невозможно, чтобы организм был одновременно жив и мёртв. Таким образом, он рассуждал о том, что копенгагенская интерпретация должна быть изначально ошибочной. В то время как многие люди ошибочно полагают, что Шредингер поддержал предпосылку мысленного эксперимента, на самом деле он этого не сделал.Весь его смысл был в том, что это было невозможно.

Хотя верно, что современные эксперименты показали, что хотя квантовая суперпозиция действительно работает для крошечных вещей, таких как электроны, более крупные объекты должны рассматриваться по-разному.

Это видео от Sixty Symbols отлично объясняет парадокс кота Шредингера:

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *