Кот Шрёдингера – gaby_brys — LiveJournal
ВСЕ! ЩАС У МЕНЯ ПОЕДЕТ КРЫША!
“Кот Шрёдингера” – так называется занимательный мыслительный эксперимент, поставленный, как вы уже наверное догадались, Шрёдингером, а точнее, Нобелевским лауреатом по физике, австрийским ученым Эрвином Рудольфом Йозефом Александром Шрёдингером.
“Википедия” определяет эксперимент следующим образом: “В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и емкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие – открывается емкость с газом, и кот умирает.
Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося ядра и не распавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно.
Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние: “ядро распалось, кот мёртв”, или “ядро не распалось, кот жив”.
Получается, что на выходе мы имеем живого или мертвого кота, однако в потенциале, кот и жив и мертв одновременно.
Таким образом, Шрёдингер пытался доказать ограниченность квантовой механики, без применения к ней определенных правил.
Копенгагенская интерпретация квантовой физики – и в частности этого эксперимента – указывает на то, что кот приобретает свойства одной из потенциальных фаз (живой-мертвый) только после вмешательства в процесс наблюдателя.
То есть когда конкретный Шрёдингер открывает ящик, ему со стопроцентной уверенностью придется нарезать колбаски или позвонить ветеринару. Кот будет определенно жив или скоропостижно мертв. Но пока в процессе нет наблюдателя – конкретного человека обладающего несомненными достоинствами в виде зрения, и, как минимум, ясного сознания – кот будет находиться в подвешенном состоянии “между небом и землей”.
Древняя притча о коте, который гуляет сам по себе, в этом контексте приобретает новые оттенки. Несомненно, кот Шрёдингера – не самое благополучное существо во Вселенной. Пожелаем же коту благополучного для него исхода и обратимся к другой занимательной задаче из таинственного и порой беспощадного мира квантовой механики.
Звучит она так: “Какой звук издает падающее в лесу дерево, если поблизости нет человека, способного этот звук воспринять?” Тут, в отличие от черно-белой судьбы несчастного/счастливого кота, мы сталкиваемся с разноцветной палитрой спекуляций: нет звука/есть звук, какой он, если он есть, а если его нет, то почему? Ответить на этот вопрос нельзя по очень простой причине – невозможности осуществить эксперимент. Ведь любой эксперимент подразумевает присутствие наблюдателя, способного воспринять и сделать выводы.
У знаменитого аргентинского писателя Хулио Картасара, яркого представителя “магического реализма”, есть небольшой рассказ о том, как офисная мебель, оставшись без наблюдателя, двигается по кабинету, как бы используя свободное время для того, что бы размять “одеревеневшие” конечности.
То есть невозможно предположить, что происходит с объектами окружающей нас реальности в наше отсутствие. А если это невозможно воспринять, значит этого не существует. Как только мы покидаем комнату, все ее содержимое, вместе с самой комнатой перестает существовать или, точнее, продолжает существовать только в потенциале.
Одновременно там существуют пожар или наводнение, кража оборудования или незваные гости. Более того, в ней существуем и мы, в разных потенциальных состояниях. Один Я ходит по комнате и насвистывает дурацкую мелодию, другой Я грустно смотрит окно, третий – говорит с женой по телефону. В ней живет даже наша внезапная смерть или радостное известие в виде нежданного телефонного звонка.
Представьте на минуту все возможности, скрытые за дверью. А теперь представьте, что весь наш мир – это всего лишь скопище таких нереализованных потенциалов. Забавно, правда?
В рассказе Ф. Гвинплейна Макинтайра «В няньках у котика Шрёдингера» одним из персонажей оказывается домашний любимец самого Шрёдингера, кот Тибблс.
Вокруг этого кота, собственно, и разворачивается действие юмористического рассказа, щедро приправленного подробностями из разных областей физики.
“В современном научном фольклоре бытуют две кошки Шрёдингера: релятивистская и квантово-механическая. Типичная квантово-механическая кошка сидит в закрытом непрозрачном ящике, где наличествуют также баллончик с ядовитым газом, счетчик Гейгера и ампула с радиоактивным изотопом, период полураспада которого достаточно велик. Когда счётчик Гейгера зарегистрирует распад атома, вентиль баллончика автоматически откроется, и ящик заполнится отравляющим газом.
Но так как предсказать, в какой конкретный момент распадётся этот атом, невозможно, наблюдатель, видя перед собой закрытую систему (непрозрачный ящик), не имеет (и не может иметь!) представления, что там внутри произошло (или не произошло). Кошка внутри ящика в каждый данный момент может находиться лишь в одном из двух состояний: либо она жива, либо мертва. Однако, с точки зрения внешнего наблюдателя, эта кошка одновременно и ни жива и ни мертва (то есть находится в суперпозиции по отношению к двум различным квантовым состояниям).
Что касается релятивистского парадокса, то он основан на изменении линейных размеров кошки и ящика относительно друг друга (большую кошку, скажем, приходится разгонять до околосветовых скоростей, чтобы та укоротилась и уместилась в маленьком ящике).
Внимательный читатель, конечно, уже догадался, что в квантово-механический парадокс кота Тибблса искусно вплетены элементы релятивизма.”
«Если», № 11 (2002), перевод Людмилы Щёкотовой.
В книге Терри Пратчетта «Кот без дураков» в юмористической форме описывается порода т. н. «Шрёдингеровских котов», произошедших от того самого кота Шрёдингера.
“Ученые не учли только одно важное обстоятельство. Экспериментатор, может, и не знает, что происходит в ящике, зато кот знает. Еще бы ему не знать! Сэмюэль Джонсон как-то заметил, что ничто так не помогает сосредоточиться, как близость виселицы. У кота в ящике положеньице не лучше: «Сейчас этот тип в белом халате откроет крышку. А ну как он обнаружит, что я уже окочурился?» Тут уж поневоле станешь проявлять чудеса сообразительности.
Напуганный мрачным предчувствием — или насмотревшись на кванты, порхающие по лаборатории, — кот шмыгнул в другое время (пространство) — и поминай как звали. Позднее несколько растерянного кота нашли в чулане дворника.
Эволюция быстро подхватывает всякую новую идею. Потомки подопытного кота унаследовали эту необычную способность выходить из любой передряги. А потомство у него было весьма и весьма многочисленное. Еще бы — с его-то талантом. Соответствующие гены оказались такими стойкими, что сегодня Шрёдингеровская порода заметна уже во многих котах. Она проявляется в умении проникать в запертые помещения и выбираться оттуда. Под «помещениями» мы подразумеваем не только комнаты и дома, но также холодильники, коробки, в которых вы везёте кота к ветеринару («Ей-богу, я его сам туда посадил!»), и многое другое. Если вы вчера вечером вышвырнули кота из дома, а утром он мирно почивает у вас под кроватью, значит, это Шрёдингеровский кот.”
(http://www.diary.ru/~beTreZen/)
Очень известный эффект туннелирования.
Заключается в попытках кота проникнуть сквозь тоннель, заведомо тоньший по сравнению с котом. Наблюдается у питомцев физиков. Некоторые коты, как, например, кот известного физика Шрёдингера, овладевают квантовыми вероятностными приёмами и через барьер таки проникают. На видео очевидно один из них.
(http://www.exler.ru/blog/)
P.S. вроде ничего страшного и не происходит, но чего-то у меня волосы дыбом встают от таких даже “гипотетических” экспериментов…. в памяти всплыло бредовое стих.-е Н. Олейникова “Таракан”……
это у меня настроение видимо такое…
в очередной раз благодарна котам за просветительскую деятельность)
Кот Шрёдингера — это вы. Что такое квантовое бессмертие
31 августа 2020
Машины и Механизмы
Иллюстрация: Flame icons8.com
Фото: Машины и МеханизмыМашины и Механизмы
Помните того самого кота Шредингера? Само выражение, скорее всего, слышали, но, возможно, так и не поняли, что именно оно значит.
Если в двух словах, то это мысленный эксперимент, в котором кот (кстати, в оригинале статьи Шредингера речь шла о кошке) заперт в коробке с радиоактивным веществом, атом которого может распасться и убить животное в течение часа с вероятностью 50 %. И пока мы не заглянем в коробку, мы не узнаем исхода эксперимента, а значит, в этот момент для нас кот одновременно и жив, и мертв.
Видео дня
А теперь представьте, что на месте кота – вы. Или любой другой человек, чтобы вам было не так страшно читать дальше. Испытуемого оставляют в комнате с направленным на него ружьем, которое в течение часа может выстрелить или не выстрелить с вероятностью опять же 50 %. Тут в бой вступают, как и в случае с котом, две разные трактовки квантовой механики: копенгагенская интерпретация и многомировая интерпретация Эверетта. Если верна копенгагенская, то и кот, и человек мгновенно умирают, как только мы заглянем в комнату или коробку. Эта версия предполагает, что при наблюдении (то есть измерении) случается коллапс волновой функции – то есть состояние системы мгновенно меняется, и кот/человек умирает.
Неполнота этой версии заключается в том, что никто не может объяснить, в какой момент случается наблюдение, – это и пытался показать Шредингер.
Иллюстрация: dimensions.com
Но нам больше интересен взгляд многомировой интерпретации. По Эверетту, как только мы заглянем в комнату, Вселенная разделяется на две, и мы остаемся в той, где видим один из исходов – например, труп кота/человека. Тогда во второй, «отделившейся» Вселенной, в той же комнате все еще стоит человек с направленным на него ружьем и замирает от ожидания и страха. Он и не подозревает, что остался в другой Вселенной, а в ее альтернативе уже лежит его труп-двойник. И если в комнату к этому бедолаге опять заглянуть, то расщепление Вселенных произойдет снова, и в одной из них человек опять останется жив. И так бесконечное множество раз. Понимаете, к чему это ведет? Да, по одной из цепочек событий человек не умирает никогда, а просто становится невольным участником разделения Вселенных. Поэтому эксперимент и называют «квантовым бессмертием».
Другое его название – «квантовое самоубийство», но это не так лирично.
Общее у копенгагенской и многомировой интерпретаций есть – то, что для наблюдателя исход эксперимента всегда один: человек в комнате либо жив, либо мертв.
Иллюстрация: Flame icons8.com
Квантовое самоубийство изначально предложили физики Ханс Моравек (Hans Moravec) и Бруно Маршал (Bruno Marshall) в 1987–1988 годах, независимо друг от друга, а спустя 10 лет эксперимент окончательно сформулировал астрофизик Макс Тегмарк (Max Tegmark). На самом деле, можно сказать, что каждый из нас «проживает» этот эксперимент каждый день. Вы идете по улице, переходите дорогу в опасном месте, где еще бы чуть-чуть, и вас бы сбила машина/вам упал бы на голову кирпич/вы бы ударились головой до смерти/в вас бы выстрелил прохожий. Но всего этого (я надеюсь) с вами не случалось, а значит, в каждый из таких потенциальных моментов Вселенная расщеплялась. И в той, второй, вас уже нет в живых. Так что, если Хью Эверетт прав, то мы с вами уже сотни лет путешествуем по альтернативным Вселенным.
Причем необязательно проецировать этот эксперимент только на ситуации, связанные с возможной смертью. Издалека увидели свой автобус на остановке, но не успели добежать и он уехал? Подумайте о том, что в эту секунду Вселенная клонировалась, и в той, другой вы уже спокойно едете, сидя у окна.
Макс Тегмарк singularityweblog.com
И самоубийство, и кот в свое время наделали шуму в среде физиков, хотя второго Шредингер придумал, чтобы «потроллить» своих коллег и указать им на неполноту копенгагенской интерпретации. Сейчас многие ученые действительно склонны считать верной многомировую. Узнать, как все обстоит на самом деле и каков наш мир, мы либо не сможем вообще, либо сможем только через миллионы лет. А пока остается лишь радоваться тому, что мы продолжаем жить в «отделившейся» Вселенной, где каждый из нас остается жив.
Другое,Макс Тегмарк,Хью Эверетт,
Кот Шредингера жив и мертв через 2
Пресс-релиз
Рецензируемая публикацияАмериканская ассоциация развития науки (AAAS)
видео: Утонченный кот Шредингера находится в двух коробках одновременно, будучи одновременно живым и мертвым. Эту кошку можно увидеть целиком, только открыв обе коробки, но не одну из коробок. Этот материал относится к статье, опубликованной 27 мая 2016 года в журнале Science, опубликованном AAAS. Статья К. Ванга из Шёлкопфа Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, и его коллег называлась «Кот Шрёдингера, живущий в двух коробках». посмотреть больше
Авторы и права: Ивонн Гао, Йельский университет
С помощью новых экспериментов, связанных со знаменитым парадоксом состояния кота Шредингера, исследователи показали, что «квантовый кот» может быть и живым, и мертвым, причем в двух местах одновременно.
Результаты, которые включают в себя побуждение большого количества фотонов к совпадающим состояниям (или к запутыванию), демонстрируют способность манипулировать сложными квантовыми состояниями с приложениями для вычислений и связи на большие расстояния. Они также представляют собой, возможно, первый случай, когда ученым удалось достичь такой квантовой когерентности в макроскопическом масштабе. Случай с котом Шрёдингера — известный мысленный эксперимент, в котором исследуется, как квантовая система, такая как атом или фотон, может существовать как комбинация нескольких состояний, явление, известное как квантовая суперпозиция. Несчастный кот, застрявший в ящике, может быть живым, а может и не быть – ученые, исследующие ящик снаружи, не могут узнать состояние кота, пока не откроют ящик. Таким образом, кошка и жива, и мертва, когда за ней не наблюдают. Точно так же в квантовой физике субатомные частицы могут находиться в том или ином состоянии. Однако субатомные частицы могут быть «связаны» в пространстве.
###
Журнал
Наука
DOI
10.1126/science.aaf2941
Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.
Подробнее об этом выпуске новостей
Кот Шредингера жив и мертв сразу в 2-х местах
Американская ассоциация развития науки (AAAS)
- Журнал
- Наука
- ДОИ
- 10.1126/наука.aaf2941
Ключевые слова
Переводы
日本語のニュース
квантовая механика – Как кот Шредингера может быть и мертвым, и живым?
Нет – или, лучше сказать, убедительное понимание квантовой теории говорит, что мы не можем полностью знать в данном случае, что происходит внутри коробки, не открывая ее.
Какое-то время я утверждал, что решающее различие между «классической» и «современной» физикой заключается не столько в чем-то вроде «абсолютного пространства и времени» против «относительного и «липкого» пространства и времени» или «детерминизма».
«против «индетерминизма» или чего-то подобного, а скорее в том, что современная физика — это физика, в которой вступают в действие специфические и фундаментальные (не выводимые ни из чего) новые законы, специально относящиеся к поведению информации во Вселенной, и я думаю, что многие неспособности и недопонимания, окружающие современную физику, обычно происходят из-за печальной исторической случайности, в результате которой эта теория информации была открыта позже, чем была заложена основа для нее.
В случае квантовой теории это проявляется в следующем. Наиболее убедительное понимание, которое я обнаружил, состоит в том, что главный объект беспокойства, «таинственный» вектор квантового состояния, — это нечто, что не следует приписывать или, по крайней мере, нельзя отождествлять по умолчанию со «свойством система”. На самом деле это пережиток домодернистских, ньютоновских точек зрения, и вся программа современной физики состоит в постепенном отбрасывании их как наиболее полезных, когда дело доходит до создания высокоточных способов описания физических явлений.
То есть та штука $|\psi\rangle$, которая чаще всего фигурирует в этих обсуждениях, , а не , строго говоря, принадлежит “кошке”. Оно «принадлежит» вам , ну или математической модели «вас» или чему-то другому подходящему на «ваше» место. И это важный момент, потому что это необходимо, чтобы развенчать одно из представлений о том, что квантовая теория обязательно должна быть «антропоцентричной»: «агенты» в этом контексте на самом деле просто системы, которые способны хранить информацию, получать информацию из внешнего мира. взаимодействуя с ним, а затем обновляя свои внутренние хранилища информации на основе такого ввода. Другим совершенно хорошим агентом может быть животное, не являющееся человеком (да, кошка), другим может быть компьютер с датчиками и записью данных на накопитель, третьим может быть какой-нибудь робот с реактивной системой управления — до тех пор, пока он отвечает вышеуказанным свойствам, это агент.
То, что $|\psi\rangle$ описывает относительно “вас”, является тем, что “вы” – фиктивным в истории, которую мы рассказываем с теорией – какой информацией вы обладаете , и что она означает. В этой настройке есть два основных термина:
$$|\mathrm{alive}\rangle$$
и
$$|\mathrm{dead}\rangle$$
, которые не обязательно соответствуют «кот жив» и «кот мертв», а скорее « ваша информация описывает кот жив” и “ ваша информация описывает кот мертв”. Обратите внимание, что я очень тщательно подбирал эту формулировку , и это очень важно, потому что трудности во всем этом, которые часто возникают, на самом деле сводятся к 
Информация здесь относится к вопросу «Референтная кошка жива или мертва?» и $|\psi\rangle$ кодирует ответ на этот вопрос, сохраненный агентом . Возможно, вы должны думать об этом не как о состоянии
$$H[X] := -\sum_i P_i \lg P_i$$
, что в данном случае становится 92) $$
, и это позволяет нам сказать, что данные дают ответ на вопрос, что “стоит” 
И что теперь? Что ж, при моделировании ситуации с квантовой теорией, если быть очень осторожным, получается так. Мы (жестоко) кладем (живого) кота в коробку и плотно ее закрываем. Наши текущие знания суммированы как
$$|\mathrm{alive}\rangle$$
Ждём интервал $t_f$. По истечении этого времени открываем коробку. Тогда наше знание становится равным либо
$$|\mathrm{alive}\rangle$$
(т.е. без изменений)
, либо мы видели что-то другое, т.е.
$$|\mathrm{dead}\rangle$ $
. Вот и все.
Вот и весь “комплект и кабудль”, когда дело доходит до этого. В этих двух случаях и только в этих двух случаях можно ли «надежно» сказать, что рассматриваемая информация «соответствует» «реальности», в том смысле, что «реальный» ответ относительно «живости» кот – один из них. Когда мы не смотрим, мы не можем сказать. «Взгляд» в коробку — это взаимодействие, посредством которого мы получаем новую информацию.
Что мы можем сделать, когда не смотрим, так это использовать уравнение Шрёдингера, и его роль не следует чрезмерно преувеличивать: на самом деле это предсказательное устройство или правило вывода , что позволяет нам вывести из данных информации о текущей ситуации то, что они несут в себе с точки зрения информации о будущей ситуации.
Когда мы делаем это с кошкой, начиная с $|\mathrm{alive}\rangle$, мы получаем данные, которые представляют собой смесь $|\mathrm{alive}\rangle$ и $|\mathrm{dead}\rangle $ в «странной» форме выше. Но обратите внимание: в рамках этой структуры это не обязательно что там “на самом деле”. Мы не можем знать — это всего лишь предсказание, и оно дает баланс вероятностей. Если вы хотите думать об этом как о чем-то, вы должны думать об этом как о вашем синоптике, который может дать вам только наиболее вероятный результат того, какой будет погода. Следовательно, когда он говорит то, что кажется вроде «кот на 50 % «жив» и на 50 % «мертв», это не означает, что при таком понимании: это означает, что «прогнозируемая информация состоит в том, что в это время t мы можем назначьте 50% вероятность того, что если мы запросим его сейчас, мы получим «живой» и 50% вероятность того, что если мы запросим его сейчас, мы получим «мертвый».
Что касается “реальности” – есть много различных возможных вещей, которые могут произойти здесь, что может привести к тому, что это произойдет: и в том-то и дело, что теория не дает достаточно информации, чтобы сказать что есть что.
Вот почему, как я уже сказал, это субъективная теория.
Но именно на этом многие другие зацикливаются — они склонны думать, что если это субъективная теория, то она должна «скрывать» какую-то реальность, где «настоящие» ответы, по сути, «бинарны» в смысл в том, что «истина», независимо от того, как она работает, заключается в том, что параметр системы должен иметь значение вроде «живой» или «мертвый», или «5.000… джоулей», или что-то в этом роде всегда , а затем отмечая, как это приводит к различным проблемам.
Но я бы оспорил это следующим образом: Квантовая теория, при допущениях, которые мы только что сделали, что исходный вектор является субъективной информацией, что при запросе / «измерении» вопроса или параметра он затем получает в это время «реальную» информацию, и предположение о релятивистской причинно-следственной связи – предполагает, что существуют ситуации, когда в некотором смысле “реальные” параметры на самом деле эти вещи мы бы определили с помощью распределений вероятностей – в некотором смысле, “доля бита” с “вероятностью 75% быть A и с вероятностью 25% быть B” – это “все, что существует” для этого параметра “на самом деле”.
Чтобы увидеть это, нужно рассмотреть системы более сложные, чем кот Шредингера: например, электрон в атоме водорода. Если выполнить так называемое «измерение с полным определением», то есть запрос, который получает значения трех электронных квантовых чисел $n$, $l$ и $m$, то в этой точке положение и импульс параметры нечеткие, т.е. имеют распределения вероятностей и нетривиальную энтропию Шеннона, квантовая теория не позволяет нам, скажем, добавить дополнительную информацию (уменьшить энтропию Шеннона) без потери информации в квантовых числах. Учитывая, что такое измерение дает «максимально возможное количество информации», у нас нет действительно хорошего выбора, кроме как заключить, что это «реальное» количество информации, которое «реально существует», и, следовательно, даже когда мы не смотрим, это может быть и , что такие параметры, как состояние кота “живой/мертвый”, также ограничены подобным образом, но мы не знаем, потому что это предел “объективности” теории.