Paljud inimesed on seda väljendit kuulnud, kuid võib-olla ei mõista kõik isegi selle lihtsustatud tähendust. Proovime selle välja mõelda ilma keeruliste teooriate ja valemiteta.
"Schrödingeri kass" on kuulsa Austria teoreetilise füüsiku Erwin Schrödingeri kuulsa mõttekatse nimi, kes on ühtlasi Nobeli preemia laureaat. Selle väljamõeldud kogemusega soovis teadlane näidata kvantmehaanika puudulikkust üleminekul subatomaatilistest süsteemidest makroskoopilistele süsteemidele.
Erwin Schrödingeri originaalartikkel ilmus 1935. aastal. Siin on tsitaat:
Samuti saate konstrueerida juhtumeid, kus piisab burleskist. Lase mõni kass lukustada teraskambrisse koos järgmise kuratliku masinaga (mis peaks olema kassi sekkumisest sõltumatu): Geigeri loenduri sees on pisike kogus radioaktiivseid aineid, nii väike, et tunnis võib laguneda ainult üks aatom, kuid sama tõenäosus ei pruugi laguneda; kui see juhtub, tühjendatakse lugemistoru ja relee käivitatakse, vabastades haamri, mis purustab koonuse vesiniktsüaniidhappega.
Kui jätta kogu see süsteem tunniks ajaks endale, siis võime öelda, et kass on selle aja pärast elus, kui aatomi lagunemist ei toimu. Aatomi kõige esimene lagunemine oleks kassi mürgitanud. Süsteemi kui terviku psi-funktsioon väljendab seda, segades või määrides elavat ja surnud kassi (vabandust väljenduse eest) võrdsetes osades. Sellistel juhtudel on tüüpiline see, et algselt aatomimaailmaga piiratud määramatus muundatakse makroskoopiliseks määramatuseks, mille saab otsese vaatluse teel kõrvaldada. See takistab meil naiivselt aktsepteerida "hägususe mudelit" kui tegelikkust peegeldavat. Iseenesest ei tähenda see midagi ebaselget ega vastuolulist. Hägune või fookusest väljas olev foto ja pilvede või udu foto on erinev.
Teisisõnu:
- Seal on kast ja kass. Karbis on mehhanism, mis sisaldab radioaktiivset aatomituuma ja konteinerit, kus on mürgine gaas. Katse parameetrid valiti nii, et tuuma lagunemise tõenäosus 1 tunni jooksul on 50%. Kui tuum laguneb, avaneb gaasiga anum ja kass sureb. Kui tuum ei lagune, jääb kass ellu ja hästi.
- Suleme kasti kasti, ootame tund ja küsime endalt: kas kass on elus või surnud?
- Kvantmehaanika ütleb justkui meile, et aatomituum (ja seetõttu ka kass) on kõigis võimalikes olekus samaaegselt (vt kvantteoste superpositsiooni). Enne kasti avamist on “kassi tuuma” süsteem olekus “tuum on lagunenud, kass on surnud” tõenäosusega 50% ja olekus “tuum pole lagunenud, kass on elus” tõenäosusega 50%. Selgub, et kastis istuv kass on korraga elus ja surnud.
- Kaasaegse Kopenhaageni tõlgenduse kohaselt on kass elus / surnud ilma vahepealsete olekuteta. Ja tuuma lagunemise oleku valimine toimub mitte kasti avamisel, vaid ka tuuma detektorisse sisenemisel. Kuna "kassi-detektor-tuuma" süsteemi lainefunktsiooni vähenemist ei seostata kasti inimese vaatlejaga, vaid seda seostatakse tuuma detektor-vaatlejaga.
Reklaamvideo:
Kvantmehaanika järgi, kui aatomi tuuma kohal vaatlusi ei tehta, siis kirjeldatakse selle olekut kahe oleku - lagunenud tuuma ja lahendamata tuuma - segunemisel, seetõttu on kastis istuv ja aatomi tuuma isikustav kass korraga elus ja surnud. Kui kast avatakse, saab eksperimentaator näha ainult ühte konkreetset olekut - "tuum on lagunenud, kass on surnud" või "tuum pole lagunenud, kass on elus."
Inimkeele olemus: Schrödingeri eksperiment näitas, et kvantmehaanika seisukohast on kass nii elus kui ka surnud, mis ei saa olla. Seega on kvantmehaanikas olulisi vigu.
Küsimus on järgmine: millal lakkab süsteem eksisteerimast kahe oleku seguna ja valib ühe konkreetse? Katse eesmärk on näidata, et kvantmehaanika on puudulik ilma mingite reegliteta, mis näitavad, millistel tingimustel lainefunktsiooni kokkuvarisemine toimub, ja kass kas sureb või jääb ellu, kuid lakkab olemast mõlema segu. Kuna on selge, et kass peab tingimata olema kas elus või surnud (elu ja surma vahel pole mingit vahepealset olekut), siis on see aatomituuma puhul sama. See peab olema kas lagunenud või lagundamata (Vikipeedia).
Veel üks uuem tõlgendus Schrödingeri mõttekatsest on telesarja Big Bang Theory kangelase Sheldon Cooperi lugu, mille ta edastas Penny vähem haritud naabrile. Sheldoni loo tuum on see, et Schrödingeri kassi mõistet saab rakendada inimestevahelistes suhetes. Et mõista, mis mehe ja naise vahel toimub, milline on nendevaheline suhe: hea või halb, peate lihtsalt kasti avama. Enne seda on suhted nii head kui ka halvad.
Allpool on video sellest Suure Paugu teooria dialoogist Sheldoni ja Singingu vahel.
Schrödingeri illustratsioon on parim näide kvantfüüsika peamise paradoksi kirjeldamiseks: vastavalt oma seadustele eksisteerivad sellised osakesed nagu elektronid, footonid ja isegi aatomid kahes olekus korraga ("elus" ja "surnud", kui mäletate pika kannatusega kassi). Neid olekuid nimetatakse superpositsioonideks.
Ameerika füüsik Art Hobson Arkansase ülikoolist (Arkansase osariigi ülikool) pakkus sellele paradoksile välja oma lahenduse.
„Kvantfüüsika mõõtmised põhinevad teatud makroskoopiliste seadmete, näiteks Geigeri loenduri toimimisel, mis määravad mikroskoopiliste süsteemide - aatomite, footonite ja elektronide - kvant oleku. Kvantteooria eeldab, et kui ühendate mikroskoopilise süsteemi (osakese) kindla makroskoopilise seadmega, mis eristab süsteemi kahte erinevat olekut, siis läheb seade (näiteks Geigeri loendur) kvantpöördumise olekusse ja leiab end ka kahes superpositsioonis samaaegselt. Seda nähtust pole aga võimalik otse jälgida, mis muudab selle vastuvõetamatuks,”ütleb füüsik.
Hobson ütleb, et Schrödingeri paradoksis mängib kass makroskoopilise instrumendi - radioaktiivse tuuma külge kinnitatud Geigeri loenduri - rolli, et määrata selle tuuma lagunemisseisund või "mitte lagunemine". Sel juhul on elus kass "lagunemise mittenäitaja" ja surnud kass lagunemise näitaja. Kuid kvantteooria kohaselt peab kass, nagu tuum, olema kahes elu ja surma superpositsioonis.
Selle asemel tuleb füüsiku sõnul kassi kvant olek takerduda aatomi olekusse, mis tähendab, et nad on üksteisega "mitte-lokaalses ühenduses". See tähendab, et kui ühe takerdunud objekti olek muutub järsult vastupidiseks, siis muutub selle paari olek täpselt samal viisil, hoolimata sellest, kui kaugel nad üksteisest asuvad. Seejuures viitab Hobson selle kvantteooria eksperimentaalsele kinnitamisele.
“Kvantide takerdumise teooria kõige huvitavam on see, et mõlema osakese oleku muutus toimub koheselt: ühelgi valgust ega elektromagnetilist signaali poleks aega teabe ühest süsteemist teise ülekandmiseks. Seega võime öelda, et see on üks objekt, mis on ruumi järgi jagatud kaheks osaks, ükskõik kui suur vahemaa nende vahel on,”selgitab Hobson.
Schrödingeri kass ei ole enam elus ega surnud samal ajal. Ta on surnud, kui lagunemine toimub, ja elus, kui lagunemist ei toimu kunagi.
Lisame, et sarnaseid võimalusi selle paradoksi lahendamiseks pakkusid viimase kolmekümne aasta jooksul välja veel kolm teadlaste rühma, kuid neid ei võetud tõsiselt ja nad jäid laiades teadusringkondades märkamatuks. Hobson märgib, et kvantmehaanika paradokside lahendamine, isegi teoreetilised, on selle sügavaks mõistmiseks hädavajalik.
Füüsiku töö kohta saate rohkem lugeda tema artiklist, mis avaldati ajakirjas Physical Review A.
Schrödinger.
Kuid hiljuti selgitas TEOREETIKA, kuidas gravitatsioon tapab SCHRODINGERI KASSI, kuid see on juba keerulisem …
Füüsikud selgitavad reeglina nähtust, et osakeste maailmas on superpositsioon võimalik, kuid ei ole võimalik kasside või muude makroobjektide puhul, keskkonna sekkumine. Kui kvantobjekt läbib välja või suhestub juhuslike osakestega, eeldab see kohe ainult ühte olekut - justkui oleks mõõdetud. Nii hävitatakse superpositsioon, nagu teadlased uskusid.
Kuid isegi kui mingil viisil osutus võimalikuks superpositsioonil oleva makroobjekti eraldamine interaktsioonidest teiste osakeste ja väljadega, eeldaks see varem või hiljem ikkagi ühte olekut. Vähemalt kehtib see Maa pinnal toimuvate protsesside kohta.
“Kuskil tähtedevahelises ruumis oleks kassil ehk võimalus säilitada kvantne sidusus, kuid Maal või ükskõik millise planeedi lähedal on see äärmiselt ebatõenäoline. Ja selle põhjuseks on raskus,”selgitab uue uuringu juhtiv autor Igor Pikovski Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusest.
Pikovsky ja tema kolleegid Viini ülikoolis väidavad, et gravitatsioonil on makroobjektide kvant-superpositsioonidele hävitav mõju ja seetõttu me selliseid nähtusi makrokosmoses ei tähelda. Uue hüpoteesi põhikontseptsioon, muide, on kokku võetud mängufilmis "Interstellar".
Einsteini üldine relatiivsusteooria väidab, et äärmiselt massiivne objekt paindub selle lähedal kosmoseaega. Arvestades olukorda peenemal tasemel, võime öelda, et Maa pinna lähedale paigutatud molekuli korral läheb aeg mõnevõrra aeglasemalt kui meie planeedi orbiidil oleva molekuli puhul.
Tänu raskusjõu mõjule aegruumile kogeb selle mõju alla sattunud molekul oma positsioonis läbipainet. Ja see omakorda peaks mõjutama selle sisemist energiat - osakeste vibratsioone molekulis, mis aja jooksul muutuvad. Kui molekul sisestatakse kahe asukoha kvant-superpositsiooni olekusse, siis sunnib positsiooni ja sisemise energia vaheline seos molekuli varsti "valima" kosmose kahest positsioonist ainult ühe.
“Enamasti on dekoherentsi nähtus seotud välise mõjuga, kuid sel juhul integreerib osakeste sisemine vibratsioon molekuli enda liikumisega,” selgitab Pikovsky.
Seda efekti ei ole veel täheldatud, kuna muud dekoherentsuse allikad, näiteks magnetväljad, soojuskiirgus ja vibratsioon, on tavaliselt palju tugevamad ja põhjustavad kvantsüsteemide hävimise juba ammu enne gravitatsiooni toimumist. Kuid eksperimenteerijad proovivad esitatud hüpoteesi proovile panna.
Viini ülikooli eksperimentaalfüüsik Markus Arndt viib läbi katseid kvant-superpositsiooni jälgimiseks makroskoopilistes objektides. See saadab väikesed molekulid interferomeetrisse, andes osakesele tõhusama valiku, millist teed valida. Klassikalise mehaanika seisukohast võib molekul minna ainult ühte suunda, kuid kvantmolekul võib minna kahel viisil korraga, segades ennast ja luues iseloomuliku lainelise mustri.
Sarnast seadistust saab kasutada ka raskusjõu kvantsüsteemide hävitamise võime testimiseks. Selleks on vaja võrrelda vertikaalseid ja horisontaalseid interferomeetreid: esimeses peaks superpositsioon varsti kaduma aja laienemise tõttu raja erinevatel "kõrgustel", teises aga võib kvantne superpositsioon püsida.
