Кот шредингера суть простыми словами: простыми словами о сути опыта с котом

суть простыми словами Наверняка вы не раз слышали, что существует такой феномен, как «Кот Шредингера». Но если вы не физик, то, скоре…

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».

Описание эксперимента

Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет 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:

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.

Закрываем кота в ящик, ждём час и задаёмся вопросом: жив ли кот или мертв?
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.

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

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.

суть простыми словами. Интерпретация Эверетта, которая называется многомировая

1 / 5

Фактически Хокинг и многие другие физики придерживаются мнения, что «Копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчёркивает роль наблюдателя безосновательно. Окончательного единства среди физиков по этому вопросу всё ещё не достигнуто.

Распараллеливание миров в каждый момент времени соответствует подлинному недетерминированному автомату в отличие от вероятностного, когда на каждом шаге выбирается один из возможных путей в зависимости от их вероятности.

Парадокс Вигнера

Это усложнённый вариант эксперимента Шрёдингера. Юджин Вигнер ввёл категорию «друзей». После завершения опыта экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния кота в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории кот признан живым. За пределами лаборатории находится

друг . Друг ещё не знает, жив кот или мёртв. Друг признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья ещё не признали кота живым, и признают только тогда, когда им сообщат результат эксперимента. Таким образом, кота можно признать полностью живым (или полностью мёртвым) только тогда, когда все люди во вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента в масштабе Большой Вселенной кот, согласно Вигнеру, остаётся живым и мёртвым одновременно .

Практическое применение

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.

Эксперимент (который в принципе может быть выполнен, хотя работающие системы квантовой криптографии, способные передавать большие объёмы информации, ещё не созданы) также показывает, что «наблюдение» в копенгагенской интерпретации не имеет отношения к сознанию наблюдателя, поскольку в данном случае к изменению статистики на конце кабеля приводит совершенно неодушевлённое ответвление провода.

К своему стыду хочу признаться, что слышал это выражение, но не знал вообще что оно означает и хотя бы по какой теме употребляется.

Давайте я вам расскажу, что вычитал в интернете про этого кота …

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

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

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

Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях. Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.

Другими словами:

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

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

Суть человеческим языком

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

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся (Википедия).

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

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

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

Эти состояния называются суперпозициями .

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

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

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

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

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

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

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

Шредингер

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что такое кот шредингера, шредингер кот, все о коте шредингера, парадокс кота шредингера, опыт шредингера с котом, кот в коробке, ни живой ни мертвый кот, жив ли кот шредингера, эксперимент с котом

Это кот, который и жив и мёртв одновременно. Таким неблагополучным состоянием он обязан Нобелевскому лауреату по физике, австрийскому учёному Эрвину Рудольфу Йозефу Александру Шрёдингеру.

Разделы:

Суть эксперимента / парадокса

Кот находится в закрытом ящике, где имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Характеристики опыта подобраны так, что возможность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50%. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, открывается ёмкость с газом, и кот погибает. Согласно квантовой механике, если над ядром не делается наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв сразу.

Стоит открыть ящик – и экспериментатор должен увидеть только какое-нибудь одно состояние – «ядро распалось, кот мёртв» либо «ядро не распалось, кот жив». Но пока в процессе нет наблюдателя, злополучная зверушка остаётся «мёртвоживой».

Маргинали

• Беда не приходит одна
  Под сомнением не только здоровье хвостатого обитателя ящика, но и его гендерная принадлежность: в оригинале эксперимента кот Шрёдингера был таки кошкой (die Katze).
• «Мёртвоживых» котов нет
  Важно помнить, что опыт Шрёдингера не призван доказать существование «мёртвоживых» котов (и, вопреки высказыванию во второй части игры «Portal», не был придуман как оправдание для убийства котов). Очевидно, что кот обязательно должен быть или живым, или мёртвым, поскольку промежуточного состояния не существует.
  Опыт показывает, что квантовая механика не способна описать поведение макросистем (к каковым относится кот): она неполна без неких правил, которые указывают, когда система выбирает одно конкретное состояние, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот или остаётся живым, или становится мёртвым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Интерпретации Копенгагенская интерпретация отрицает, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения живого и мёртвого. Одни полагают, что до тех пор, пока ящик закрыт, система находится в суперпозиции состояний «распавшееся ядро, мёртвый кот» и «нераспавшееся ядро, живой кот», а когда ящик открывают, то только тогда происходит коллапс волновой функции до одного из вариантов. Другие же – что «наблюдение» происходит, когда частица из ядра попадает в детектор; однако, увы, в копенгагенской интерпретации нет чёткого правила, которое говорит, когда это происходит, и потому эта интерпретация неполна до тех пор, пока такое правило в неё не введено или не сказано, как его можно ввести в принципе. Многомировая интерпретация Эверетта , в отличие от копенгагенской, не считает процесс наблюдения чем-то особенным. Здесь оба состояния кота существуют, но декогерируют – то есть, как понял автор, единство этих состояний нарушается в результате взаимодействия с окружающей средой. Когда наблюдатель открывает ящик, он запутывается (смешивается) с котом, отчего образуются два состояния наблюдателя, соответствующие одно живому, а другое мёртвому коту. Эти состояния не взаимодействуют друг с другом. Кот как компетентный наблюдатель
Автор полагает, что решающее слово следовало бы оставить за котом, который, пусть и не смысля ни бельмеса в квантовой механике, уж точно лучше всех осведомлён о своём состоянии. Однако его компетентность как наблюдателя, очевидно, вызывает у учёных сомнения. Исключение представляют Ганс Моравек, Бруно Маршал и Макс Тегмарк, предложившие модификацию шрёдингерского эксперимента, известную как «квантовое самоубийство» , и представлющую собой эксперимент с котом с точки зрения кота. Учёные преследовали цель показать разницу между копенгагенской и многомировой интерпретациями квантовой механики. В случае, если многомировая интерпретация верна, кот, к радости сочувствующих, становится Цоем всегда остаётся жив, поскольку наблюдать результат эксперимента участник способен лишь в том мире, в котором выживает.

• Надав Кац из Калифорнийского университета и его коллеги опубликовали результаты лабораторного опыта, в котором им удалось «вернуть» квантовое состояние частицы обратно, причём после измерения этого состояния. Таким образом, можно сохранить жизнь коту вне зависимости от условий коллапса волновой функции. Неважно, жив он, или мёртв: всегда можно отыграть обратно [ссылка] .
• 03.06.2011г. РИА «Новости» сообщило, что китайские физики смогли создать восьмифотонного «кота Шрёдингера» [ссылка] , что должно способствовать разработке будущих квантовых компьютеров

Образ в культуре

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

Литература: Ситуация с котом Шредингера обсуждается главными героями книги Дугласа Адамса «Детективное агентство Дирка Джентли». В книге Дэна Симмонса «Эндимион» главный герой Рауль Эндимион пишет своё повествование, находясь на орбите Армагаста в «кошачьем ящике» Шрёдингера. В последней трети книги Роберта Хайнлайна «Кот, проходящий сквозь стены» появляется рыжий кот Пиксель, обладающий свойством кота Шрёдингера находиться в двух состояниях одновременно. В книге Терри Пратчетта «Кот без дураков» в юмористической форме описывается порода так называемых «Шрёдингеровских котов», произошедших от того самого кота Шрёдингера. Также этот мысленный эксперимент не раз упоминается в других произведениях Пратчетта, например, в романе «Дамы и господа». 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. Сюжет научно-фантастического романа Фредерика Пола «Нашествие Квантовых Котов» (англ. «The Coming of the Quantum Cats», 1986 г.) построен на идее взаимодействия «соседних» Вселенных. В философско-сатирической миниатюре Николая Байтова «Кошка Шрёдингера» парадокс Шрёдингера вывернут наизнанку: организация под названием «Лига Обратимого Времени» на протяжении 50 лет ведёт за находящейся в ящике живой кошкой ни на мгновение не прерывающееся наблюдение, полагая, что пока наблюдение ведётся – состояние, в котором пребывает кошка, не должно измениться. В книге Лукьяненко «Последний дозор» главному герою накидывают на шею удавку под названием «кот шрёдингера», особенность которой в том, что маги не понимают, живая эта тварь или нет. Упоминается в романе Грэга Игана «Карантин», в фэнтези Кристофера Сташефа «Маг целитель», у Грега Бира (Gregory Dale Bear) в рассказе «Чума Шрёдингера»; польский писатель Сапковский упоминает кота Кодрингера. В киберпанк-романе Мэрси Шелли «2048» говорится, что «один тип с фамилией, напоминающей напильник, сажал какого-то несчастного биорга в железный ящик, где не было ничего, кроме ампулы с ядом». Стихотворение Светланы Ширанковой «Кошка Шрёдингера» имеет весьма воодушевляющее начало: «Доктор Шрёдингер, Ваша кошка еще жива». Экран: В фильме братьев Коэнов «Серьёзный человек» студент заявляет профессору: «Я понимаю эксперимент с мёртвым котом», – что, естественно, свидетельствует об обратном. В фильме «Repo Man» («Коллекторы», в российском прокате «Потрошители») главный герой в начале фильма рассказывает о неизвестном учёном у которого есть кот. И этот кот находится в состоянии «… и живой и мёртвый одновременно…». В одной из серий научно-фантастического сериала «Звёздные врата SG-1» появляется кот с кличкой Шрёдингер. Одноименный кот есть и у главного героя научно-фантастического сериала «Скользящие». В сериале «Stargate SG-1» рыжий кот по имени Шрёдингер был подарен инопланетянину. Мёртвый кот Шрёдингер появляется в сериале «CSI: Las Vegas» (Season 8, Episode 15: The Theory of Everything). Кот Шрёдингера упоминается и в сериале «Теория Большого Взрыва», где в качестве ответа на вопрос девушки, стоит ли ей идти на свидание, герой проводит аналогию с котом Шрёдингера, имея в виду, что пока не попробуешь, не узнаешь: «Пенни, для того, чтобы узнать, жив кот или мёртв, надо открыть коробку». В сериале «Bugs» в роли кота Шрёдингера выступила улика Красная ртуть в заминированном сейфе. В японском аниме «Hellsing (OVA)» (как и в одноименной манге), есть персонаж-коточеловек по имени Шрёдингер, не живой и не мёртвый, обладающий способностью телепортироваться («быть везде и нигде»), и абсолютно неубиваемый. В аниме «To Aru Majutsu no Index» на предложение девушки назвать котёнка Шрёдингером главгерой возражает, что этим именем котов называть нельзя. В аниме «Shigofumi» так же фигурирует кот по имени Шрёдингер. В японском аниме и игре «Umineko no naku koro ni» опыт используется в попытке Баттлера доказать невозможность существования магии (также используются «Доказательство дьявола», «Вороны Гемпеля», «Демон Лапласа»). В одной из серий «Футурамы» «Law and Oracle» Шрёдингер прятал в коробке с котом наркотические вещества. Комиксы / манга: Небольшой комикс о коте Шрёдингера и демоне Максвелла. Он мёртв: Шрёдингер кота: И другие комиксы на joyreactor.ru . Игры: Существует игра-квест «Возвращение квантового кота». В игре «Nethack» есть монстр «Квантовый механик», у которого с собой иногда имеется коробка с котом. Состояние кота не определено до момента открытия коробки. В игре «Half-Life 2» был кот в лаборатории с телепортаторами, кошмары о котором «до сих пор» навещают Барни. Портрет шрёдингеровского кота встречается и в ремейке по мотивам «Half-Life» 1998г. – «Black Mesa» («Чёрная Меза», ранее известная как «Black Mesa: Source»). Ссылка на нотариально заверенный скриншот . На каждом уровне игры «Bioshock» в укромном уголке есть мёртвый кот, обозначенный как Shrodinger. Во второй части его тоже можно отыскать – кот покоится в одной из льдин в замороженной комнате с четырьмя камерами наблюдения по углам. Одноименный кот-NPC есть в японской RPG «Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga». Основной слоган игры Portal, «The cake is a lie», является эрративом одного из исходов эксперимента Шрёдингера, а именно «The cat is alive». Во второй части игры кот тоже не забыт. Упоминание об эксперименте можно найти в книге правил русской настольной игры «Эра Водолея». У кота там даже есть своя табличка характеристик – она абсолютно пуста, так что её как будто нет. Музыка: Несколько этапов пережил так называемый фестиваль нестандартной музыки «Кот Шрёдингера», проходивший под лозунгами «Настоящая жизнь – настоящая смерть – настоящая музыка!» и «Жив или мёртв Кот Шрёдингера? А ты?» Гугл сообщает также, что название «КоТ ШрёдингерА» носит околомузыкальный проект очень небольшого коллектива из подмосковного Королёва. В альбоме британской группы Tears for Fears «Saturnine Martial and Lunatic» есть песня с одноимённым названием. Русская группа «Allein Fur» Immer тоже исполняет песню с таким названием. Юмор: Любая шутка про кота Шрёдингера смешная и несмешная одновременно. Шрёдингер и Гейзенберг едут по трассе на конференцию, Шрёдингер за рулём. Внезапно раздаётся удар и он останавливает машину. Гейзенберг выглядывает на дорогу:
– Боже мой, похоже я сбил кота!
– Он умер?
– Не могу сказать точно. Шрёдингер ходил по комнате в поисках нагадившего котёнка, а тот сидел в коробке ни жив ни мертв. Разное: Коту Шрёдингера уделяют внимание художники, пытаясь средствами живописи и графики передать неоднозначность его положения. Также изображения этой зверушки можно увидеть на футболках и на кружках . Террористов, о которых точно не известно, живы они или убиты, иногда называют «террористами Шрёдингера». Из известных личностей в таком состоянии пребывали, к примеру, Ясир Арафат, когда находился в состоянии комы перед смертью, а также Осама Бен Ладен. Согласно Абсурдопедии, кот в мешке – это упрощенная версия эксперимента с котом Шрёдингера [ссылка] . Стивен Хокинг перефразировал ставшую крылатой фразу Ганса Йоста «Когда я слышу о культуре, я хватаюсь за пистолет» так: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьём!». Объясняестя это тем, что, как и многие другие физики, Хокинг придерживается мнения, что «Копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчёркивает роль наблюдателя безосновательно. В связи с открытием кафедры теологии МИФИ в сети получила распространение такая картинка:

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 (). 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.

Недавно вышедшая на известном научном портале “ПостНаука” авторская статья Эмиля Ахмедова о причинах возникновения знаменитого парадокса, а также о том, чем он не является.

Физик Эмиль Ахмедов о вероятностной интерпретации, замкнутых квантовых системах и формулировке парадокса.

На мой взгляд, наиболее и психологически, и философски, и во многих других отношениях сложной частью квантовой механики является ее вероятностная интерпретация. С вероятностной интерпретацией спорили многие люди. Например, Эйнштейн, наряду с Подольским и Розеном, придумал парадокс, опровергающий вероятностную интерпретацию.

Помимо них с вероятностной интерпретацией квантовой механики спорил также и Шредингер. В качестве логического противоречия вероятностной интерпретации квантовой механики Шредингер придумал так называемый парадокс кота Шредингера. Он может по-разному формулироваться, например так: скажем, у вас есть коробка, в которой сидит кот, и к этой коробке подсоединен баллон со смертельным газом. К включателю этого баллона, который впускает или не впускает смертельный газ, подключен какой-то прибор, работающий следующим образом: есть поляризующее стекло, и если проходящий фотон нужной поляризации, то баллон включается, газ поступает к коту; если фотон не той поляризации, то баллон не включается, ключ не включается, баллон не впускает газ к коту.

Допустим, фотон циркулярно поляризован, а прибор реагирует на линейную поляризацию. Это может быть не понятно, но это не очень важно. С какой-то вероятностью фотон будет поляризован одним образом, с какой-то вероятностью – другим. Шредингер говорил: получается такая ситуация, что в какой-то момент, пока мы не открыли крышку и не посмотрели, мертв кот или жив (а система замкнута), кот с какой-то вероятностью будет живым и с какой-то вероятностью будет мертвым. Может быть, я небрежно формулирую парадокс, но в итоге получается странная ситуация, что кот не жив и не мертв. Так формулируется парадокс.

На мой взгляд, этот парадокс имеет совершенно четкое и ясное объяснение. Возможно, это моя личная точка зрения, но попробую объяснить. Основным свойством квантовой механики является следующее: если описывать замкнутую систему, то квантовая механика – это не что иное, как волновая механика, механика волн. Это значит, что она описывается дифференциальными уравнениями, решениями которых являются волны. Там, где есть волны и дифференциальные уравнения, есть и матрицы и так далее. Это два эквивалентных описания: матричное описание и волновое описание. Матричное описание принадлежит Гейзенбергу, волновое – Шредингеру, но описывают они одну и ту же ситуацию.

Важно следующее: пока система является замкнутой, она описывается волновым уравнением, и то, что происходит с этой волной, описывается при помощи какого-то волнового уравнения. Вся вероятностная интерпретация квантовой механики возникает после того, как систему размыкают – на нее воздействуют снаружи каким-то большим классическим, то есть неквантовым, объектом. В момент воздействия она перестает уже описываться этим волновым уравнением. Возникает так называемая редукция волновой функции и вероятностная интерпретация. До момента размыкания система эволюционирует в соответствии с волновым уравнением.

Теперь нужно сделать несколько замечаний по поводу того, чем отличается большая классическая система от маленькой квантовой. Вообще говоря, и большую классическую систему можно описывать при помощи волнового уравнения, хотя это описание, как правило, трудно предоставить, а реально оно совершенно не нужно. Эти системы математически различаются действием. Так называемый объект есть в квантовой механике, в теории поля. Для классической большой системы действие огромное, а для квантовой маленькой системы действие маленькое. Более того, и градиент этого действия – скорость изменения этого действия во времени и пространстве – для большой классической системы огромный, а для маленькой квантовой – маленький. Это основное различие двух систем. Из-за того что действие очень большое для классической системы, ее удобнее описывать не какими-то волновыми уравнениями, а просто классическими законами вроде закона Ньютона и так далее. Например, по этой причине Луна вокруг Земли вращается не как электрон вокруг ядра атома, а по определенной, четко заданной орбите, по классической орбите, траектории. В то время как электрон, являясь маленькой квантовой системой, внутри атома вокруг ядра движется как стоячая волна, его движение описывается стоячей волной, и в этом различие двух ситуаций.

Измерение в квантовой механике – это когда вы большой классической системой воздействуете на маленькую квантовую. После этого происходит редукция волновой функции. На мой взгляд, присутствие баллона или кота в парадоксе Шредингера – это то же самое, что и наличие большой классической системы, которая измеряет поляризацию фотона. Соответственно, измерение происходит не в тот момент, когда мы открываем крышку ящика и смотрим, жив кот или мертв, а в тот момент, когда происходит взаимодействие фотона с поляризационным стеклом. Таким образом, в этот момент происходит редукция волновой функции фотона, баллон оказывается в совершенно определенном состоянии: либо он открывается, либо он не открывается, и кот умирает или не умирает. Всё. Никаких «вероятностных котов», что он с какой-то вероятностью жив, с какой-то вероятностью мертв, нет. Когда я говорил о том, что у парадокса кота Шредингера есть много разных формулировок, я лишь говорил, что есть много разных способов придумать тот прибор, который умерщвляет или оставляет живым кота. По сути формулировка парадокса не меняется.

Я слышал и о других попытках объяснения этого парадокса при помощи множественности миров и так далее. На мой взгляд, все эти объяснения не выдерживают критики. То, что я объяснил в течение этого ролика словами, можно облечь в математическую форму и проверить верность этого утверждения. Еще раз подчеркиваю, что, на мой взгляд, измерение и редукция волновой функции маленькой квантовой системы происходит в момент взаимодействия с большой классической системой. Такой большой классической системой является кот вместе с прибором, умерщвляющим его, а не человек, который открывает коробку с котом и смотрит, жив кот или нет. То есть измерение происходит в момент взаимодействия этой системы с квантовой частицей, а не в момент проверки кота. Подобные парадоксы, на мой взгляд, находят объяснения из применения теорий и здравого смысла.

Суть самого эксперимента

В оригинальной статье Шрёдингера эксперимент описан так:

Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях. 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. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, 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». 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, сочетающего жизнь и смерть), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Оригинальная статья вышла в 1935 году. Целью статьи было обсуждение парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена (ЭПР), опубликованного Эйнштейном, Подольским и Розеном ранее в том же году

Что такое кот Шредингера простыми словами? Американский физик разгадал парадокс кота Шрёдингера.

Кот Шредингера – это знаменитый мыслительный эксперимент. Его поставил прославленный Нобелевский лауреат в области физики – австрийский ученый Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер.

Суть эксперимента заключалась в следующем. В закрытую камеру (ящик) был помещен кот. Ящик оборудован механизмом, который содержит радиоактивное ядро и ядовитый газ. Параметры подобраны так, что вероятность распада ядра за один час составляет ровно пятьдесят процентов. Если ядро распадется, то механизм придет в действие и откроется емкость с ядовитым газом. Следовательно, кот Шредингера умрет.

Согласно законам если не наблюдать за ядром, то его состояния будут описываться по двух основных состояний – ядра распавшегося и не распавшегося. И тут возникает парадокс: кот Шредингера, который сидит в ящике, может быть и мертв, и жив одновременно. Но вот если ящик открыть, то экспериментатор увидит только одно конкретное состояние. Либо «ядро распалось, и кот мертв», либо «ядро не распалось, и кот Шредингера жив».

По логике вещей, на выходе мы будем иметь одно из двух: либо живого кота, либо мертвого. Но вот в потенциале животное находится в обоих состояниях сразу. Шредингер пытался таким образом доказать свое мнение об ограниченности квантовой механики.

По копенгагенской интерпретации и этого эксперимента в частности, кот в одной из своих потенциальных фаз (мертв-жив) приобретает эти свойства исключительно после того, как в процесс будет вмешиваться сторонний наблюдатель. Но вот пока этого наблюдателя нет (тут подразумевается наличие конкретной личности, которая обладает достоинствами в виде ясности зрения и сознания), кот будет в подвешенном состоянии «между жизнью и смертью».

Знаменитая древняя притча о том, что кот гуляет сам по себе, приобретает в контексте данного эксперимента новые, интересные оттенки.

По Эверетта, которая заметно отличается от классической копенгагенской, процесс наблюдения не считается чем-то особенным. Оба состояния, в которых может быть кот Шредингера, в этой интерпретации могут существовать. Но они декогерируют друг с другом. Это значит, что единство данных состояний будет нарушено как раз таки вследствие взаимодействия с внешним миром. Именно наблюдатель, который открывает ящик, и вносит разлад в состояния кота.

Есть мнение, что решающее слово в этом вопросе нужно оставить за таким существом, как кот Шредингера. Смысл такого мнения – принятие факта, заключающегося в том, что во всем данном эксперименте именно животное является единственным абсолютно компетентным наблюдателем. Например, ученые Макс Тегмарк, Бруно Маршал и Ганс Моравен представили модификацию вышеприведенного эксперимента, где основной точкой зрения и является мнение кота. В этом случае кот Шредингера, несомненно, выживает, потому что наблюдать результаты может только выживший кот. А вот ученый Надав Кац опубликовал свои результаты, в которых он смог «вернуть» состояние частицы обратно после изменения ее состояния. Таким образом, шансы на выживание у кота заметно возрастают.

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

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».

Описание эксперимента

Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет в 1935 году. В ней эксперимент был описан с использованием 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

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

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

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

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

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

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

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

Приведем формулировку самого Шредингера:

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

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.

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

Напоследок, для закрепления материала предлагаем Вам посмотреть видео из старого доброго сериала «Теория Большого Взрыва».

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

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 (). 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.

Шрёдингер верил, что во Вселенной существует только один разум

Кот жив или мертв? Это парадокс кота Шредингера.

Исследователь сознания Роберт Претнер и когнитивный психолог расскажут на престижном фестивале музыки и философии в Лондоне в следующем месяце, что великий физик Дональд Хоффман и квантовый физик Эрвин Шредингер (1887–1961) считали, что «общее количество разумов во Вселенной равно одному». То есть всеобщий Разум объясняет все.

В мире, где многие ученые изо всех сил пытаются объяснить, как человеческий разум может возникнуть из неживой материи, Прентнер и Хоффман расскажут на фестивале HowtheLightGetsIn в Лондоне (17–18 сентября 2022 г. ), что автором знаменитого парадокса Кошки был вряд ли материалист:

В 1925 году, всего за несколько месяцев до того, как Шрёдингер открыл основное уравнение квантовой механики, он записал первые наброски идей, которые позже более подробно развил в «Разуме и материи». Уже тогда его мысли о технических вопросах были вдохновлены тем, что он считал более важными метафизическими (религиозными) вопросами. Еще раньше Шредингер высказывал убеждение, что метафизика не следует за физикой, но неизбежно предшествует ей. Метафизика — дело не дедуктивное, а спекулятивное.

Роберт Претнер, Дональд Хоффман , «Шредингер и сознательная вселенная» по телефону IAI News[ (25 июля 2022 г.)

Вдохновленный индийской философией, Шредингер рассматривал вселенную в первую очередь разумом, а не материей. Но он был нематериалистом особого рода. Он считал, что во Вселенной существует только один разум; наши индивидуальные умы подобны рассеянному свету от призм:

Метафора, которую Шрёдингер любил использовать для иллюстрации этой идеи, — это метафора кристалла, создающего множество цветов (индивидуальных «я») путем преломления света (обозначая космическое «я», равное сущности вселенной). Все мы лишь аспекты единого разума, формирующего сущность реальности. Он также называл это доктриной тождества. Соответственно, недвойственная форма сознания, которую нельзя смешивать ни с одним из его отдельных аспектов, обосновывает опровержение (просто кажущегося) различия в отдельных самостях, населяющих единый мир.

Роберт Претнер, Дональд Хоффман , «Шредингер и сознательная вселенная» по телефону IAI News[ (25 июля 2022 г.)

Но в « Mind and Matter » (1958) Шредингер, как нам говорят, продвинулся в этой точке зрения еще на один шаг вперед:

Шредингер извлек из этого замечательные выводы. Например, он считал, что любой человек такой же, как и любой другой человек, живший до него. В своем раннем эссе «Ищи дорогу» он пишет о том, как смотрит в горы перед собой. Тысячи лет назад другие люди также наслаждались этим видом. Но почему человек должен предполагать, что он отличен от этих предшествующих людей? Есть ли какой-нибудь научный факт, который мог бы отличить ваш опыт от опыта другого человека? Что делает вас вами, а не кем-то другим? Точно так же, как Джон Уилер однажды предположил, что на самом деле во Вселенной существует только один электрон, Шредингер предположил, что на самом деле существует только один разум. Шредингер считал, что это подтверждается «эмпирическим фактом, что сознание никогда не переживается во множественном числе, а только в единственном числе. Мало того, что никто из нас никогда не испытывал более одного сознания, но также нет никаких следов косвенных доказательств того, что это когда-либо происходило где-либо в мире».

Роберт Претнер, Дональд Хоффман , «Шредингер и сознательная вселенная» по телефону IAI News[ (25 июля 2022 г.)

Большинство нематериалистов пожалеют, что не вышли две остановки назад. Сначала мы начали с Разума, который — при объяснении того, почему существует что-то, а не ничего — считался разумным предположением на протяжении всей истории во всем мире (за исключением материалистов). Но предположение, что ни один конечный разум не может ощущать или действовать независимо от Разума, стоящего за вселенной, является ограничением силы этого Разума. Почему так?

Логически не ясно — а логика — наш единственный доступный здесь инструмент — почему первоначальный Разум не мог наделить собак, шимпанзе и людей способностью воспринимать и действовать как разумы сами по себе в их естественных сферах — не просто как бесшовные расширения универсального Разума.

Применительно к людям лежащие в основе теории Шредингера предположения особенно проблематичны. Люди решают вопросы добра и зла. Если Шредингер прав, то, например, д-р Мартин Лютер Кинг и товарищ Иосиф Сталин действительно «всего один разум», потому что каждый переживал только свое собственное сознание. Но ждать. Как целостный человек, каждый мог испытать только собственное сознание, а не сознание другого человека.

Однако это не означает, что они были простыми призмами, отображающими разные части спектра прерывистого света. Аналогия с призмой не учитывает, что люди могут действовать во благо или во зло. В качестве альтернативы говорится, что добро и зло, как мы их воспринимаем, — это просто разные цвета в спектре. Как отмечалось ранее, многим из нас следовало выйти на две остановки раньше…

.

В любом случае, взгляды Шредингера, несомненно, станут интересной дискуссией в 9 часов.0005 Как проникает свет.

Шрёдингер едва ли был единственным современным физиком или математиком, который не соглашался с материализмом. Математик Курт Гёдель (1906–1978), например, разрушил популярную форму атеизма (логический позитивизм) с помощью своих теорем о неполноте.

Два мыслителя, конечно, придерживались очень разных взглядов. Но оба видели фатальную ограниченность материализма (натурализма) и относились к этой ограниченности совершенно по-разному. В эпоху, когда презрение Стивена Хокинга к философии считается характерным для великих ученых, было бы хорошо, если бы такие фестивали, как HowLightGetsIn предлагает более широкую перспективу — и корректирующую.

---

Вы также можете прочитать: Почему панпсихизм начинает вытеснять натурализм. Ключевая цель натурализма/материализма состояла в том, чтобы объяснить человеческое сознание как «не что иное, как набор нейронов». Это не сработает. Панпсихизм не является формой дуализма. Но, включая сознание — особенно человеческое сознание — как фундаментальный факт природы, он избегает тупика натурализма.

Закон Шрёдингера простыми словами.

Кот Шредингера простые слова

Это словосочетание – кот Шрёдингера – слышали многие. А некоторые любители котов и котов спрашивают: “А где такого кота купить?” И нигде его не купишь, потому что его нет! Оно не существует как животное, но прекрасно ощущается как мысленный эксперимент или парадокс, придуманный Шредингером.

Немного о Шредингере

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер был в свое время не только выдающимся ученым, лауреатом Нобелевской премии, но и «отцом квантовой механики». В атомной физике основным понятием считается ее уравнение, которое так и называется – «уравнение Шредингера». Но популярности выдающемуся физику это не принесло! И его мысленный эксперимент, который выявил парадокс против квантовой физики.

Этот эксперимент Шредингера стал таким откровением, что о нем знают не только физики, но и обычные обыватели. Хоть бы по имени! А сам этот эксперимент стал доказательством несостоятельности интерпретации законов квантовой механики, представленной в Копенгагене в 1927 году Нильсом Боу и Вернером Газенбергом. Эта интерпретация была основана на ответе двух ученых на вопрос о телесно-волновом дуализме, свойственном квантовой механике. Эта интерпретация дает основание полагать, что перемешивание системы прекращается в момент наблюдения — она просто выбирает какое-то конкретное состояние.

Суть эксперимента, или тот самый парадокс Шредингера

Что это – кот Шрёдингера, как понять этот опыт? «Существующие лица» в этом эксперименте — это живой кот и радиоактивные атомы. Вот довольно простое объяснение этому эксперименту:

• У нас есть коробка, в этой коробке будет сидеть кот (или кошка – без разницы), и там будет специальный механизм. Этот механизм состоит из емкости с достаточно ядовитым газом и ядерного ядра. Причем это ядро ​​имеет период распада в час с вероятностью 50%, то есть равный стороне “за” или “против”. В момент распада запускается механизм, открывающий этот контейнер с ядом в виде газа. То есть ядро ​​все-таки распалось – кот умер от отравления. Ядро осталось весь кот здоровый и веселый.
• Кот (или кот) заперт в этом ящике и сидит там ровно час.
• Квантовый мониторинг той же механики как бы говорит нам, что и сам наш кот, и атомное ядро ​​находятся одновременно в обоих состояниях (это суперпозиция). Пока мы еще не обнаружили злосчастный ящик, вероятность ситуации «наш кот жив» или «Наш кот, к сожалению, умер» соответствует 50% на 50%. То есть наш кот, который сидит в этом ящике, одновременно мертв и жив!
• И промежуточное состояние между живыми – мертвых в этой ситуации нет! И это зависит не полностью от наблюдателя, а только от ядра!

То есть если совсем просто – замечаний по поводу ядра и кота нет. И поэтому их состояние можно описать двояко – зернышко разбилось и кот мертв, зернышко не разбилось и кот жив. При этом, не проверив, кот так и жив, потому что ядро ​​и распалось, и не подошло. И только при контроле, за час, можно уверенно “поставить диагноз”. И до истечения этого часа и ядро ​​и наш кот находятся сразу в двух фазах – и положительной, и отрицательной! Это парадокс! Потому что невозможно быть одновременно мертвым и живым – противоречит всем законам. Но до проверки через час сказать, в чем именно это ядро, а значит, и наш котик просто невозможно. Любое утверждение будет ложным!

И с помощью этого эксперимента ясно видно, что квантовая механика несет весьма существенные и парадоксальные недостатки. Небезызвестный кот Шрёдингера это наглядно доказал. Ведь быть одновременно и живым, и мертвым, невозможно, а именно так и происходит с подачи настоящей квантовой механики! Опыт показывает, что такой парадокс просто немыслим к тревоге здравого смысла. Это значит, что вся квантовая механика парадоксальна и требует дополнений в виде правил, только они могут задавать условия, при наличии которых будет только один вариант.

Интерпретация эксперимента Шредингера

Начнем с того, что хотя бы существующее сегодня название говорит об этом эксперименте “Кот Шредингера”, в первоначальном варианте эксперимента был кот! И сегодня этот опыт имеет несколько интерпретаций.

Копенгагенская интерпретация

Именно она утверждает, что до появления коробки наш несчастный кот пребывает в “смешанном” состоянии – то есть он и мертв, и жив. Парадокс? Понимание! И только в тот момент, когда мы открыли боксера Шредингера, происходит тот самый волновой коллапс, который все «расставляет по своим местам». Но в этой интерпретации нет четкого правила, охватывающего момент попадания атома ядра в детектор.

Интерпретация Эверетта, которую называют многотомной

Здесь само наблюдение не является особенным или необходимым. Согласно этой интерпретации, оба состояния кошки могут существовать до воздействия окружающей среды. И только когда ящик Шредингера открыт, остается одно верное состояние!

Интерпретация самого Кота

Конечно, в квантовой механике кот ничего не значит, но в оценке его состояния он определенно имеет смысл. Именно об этом Макс Тегмарк, Ханс Мерев, Бруно Маршал! Если судить о внутреннем облике самой кошки, она всегда останется живой. А все потому, что мертвые не смогут оценить свое состояние, а если после вскрытия ящика Шредингера эту кошку оценить, то она явно не мертвая! Да и сам этот парадокс они называли не иначе как “квантовым самоубийством животного”!

Калифорнийский парадокс!

Но это уже совсем из области фантастики! Надав Кац, ученый из Калифорнии провел и описал очередной опыт. Он вернул квантовое состояние этой частицы в исходную точку и смог измерить ее состояние. По его словам, даже открыв Ящик Шредингера, можно вернуть все в исходную точку. И неважно, будет ли кот жив, или он будет повсюду, его можно «сбросить». Парадокс? Понимание!

Этот кот в мировой литературе

Эксперимент Шредингера по физике принес ему (и его коту!) известность не только в научных кругах, но и в литературе. Роберт Хайнлайн в своем романе «Кошка, проходящая сквозь стены» описал рыжего кота в пиксельной кличке. Он всегда в обоих штатах, как и его тезка Шредингер. И именно на этом был построен весь сюжет романа!

А вот Терри Праттачерт описал особую породу кошек, произошедшую от прародителя – кота, участника эксперимента Шрёдингера. И эти швы были необычайно нарядными. Но в основу интересного сюжета романа, который автор Фредерик Пол называет «вторжением квантовых котов», легли коты из параллельных, а точнее «соседних» вселенных. И натолкнул его на такой сюжет, что эксперимент Шредингера!

А вот миниатюра (сатирическая) Николая Баитова, которую называют Котом Шредингера, описывает революцию этого опыта наизнанку. Там в сюжете есть такая “обратимая лига”. Члены этой лиги постоянно, на протяжении последних пятидесяти лет, пристально наблюдают за кошкой. То есть суть этого сюжета в том, что, не прекращая его наблюдения, люди (члены этой лиги) сохраняют жизнь несчастного животного. Как только наблюдение прекратится – кот умрет!

И не только в литературе, но и во многих фильмах и сериалах этот кот присутствует. Например, у главного героя, который показан в сериале «Скольжение», есть личный любимец с ником (нет, ни мало!) Шредингер. А как иначе, сама суть этого сериала построена на квантовой (конечно же!) механике, на ее законах. И пусть сериал немного юмористический, приключенческий и фантастический – его смотрели многие. Итак, кот Шрёдингера научился.

А может, именно поэтому многие настоящие любители пушистых питомцев ищут информацию в интернете, где можно купить такого красавца? Тоже спросил, что это за порода такая и как ее получить! Все благодаря литературе и кинематографу, а также огромной популярности самого эксперимента Шредингера. И на самом деле котенок, послуживший прототипом этой самой известной кошки, был совершенно обычным. Она имела черепаший окрас и была еще совсем юной! И очень хорошо, что после эксперимента она оказалась абсолютно живой! Кстати, после публикации отчета о своем мысленном эксперименте сам Шредингер получил массу предложений о продаже котят, которые потом появились от его любимицы. Так что теперь в мире должно быть довольно много потомков самого известного в истории кота, а точнее кота!

– Мысленный эксперимент физики Эрвина Шредингера, суть которого в том, что кот в коробке жив и мертв. Таким образом, ученый доказывал неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

Происхождение

Австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер В 1935 году в статье «Современное положение в квантовой механике» (Die Gegenwärtige Situation In Der Quantenmechanik) в издании Naturwissenschaften предлагался эксперимент с котом в коробке.

Берем кота и кладем в коробку. В ящике находится атомное ядро ​​и контейнер с ядовитым газом. Вероятность распада ядра 50%, если он произойдёт, газовый баллон откроется и кот погибнет. Если гниения не произошло – кот жив. Согласно основам квантовой механики, прежде чем мы откроем коробку, кошка находится в состоянии квантовой суперпозиции, то есть во всех состояниях одновременно.

Получается, что в базовой системе Кот кот может быть жив или мертв с одинаковой вероятностью 50%. Или он одновременно и жив, и мертв.

Популярность в Интернете

Впервые в Интернете вопрос с Котом Шредингером обсуждался в мае 1990 года на форуме SCI.physics сети USNET. 9 августа 2000 года форум ответов Praight Dope опубликовал стихотворение, посвященное коту Шрёдингера.

В августе 2004 года интернет-магазин Thinkgeek начал продажу футболок с надписью «Умер кот Шредингера».

4 января 2006 года комикс Шредингер вышел в серии комиксов XKCD.

” – Последняя панель этого комикса забавная и необитаемая одновременно. Пока не читаешь, невозможно сказать каким он будет в конце.

– Черт”

2 июня 2007 года на сайте I CAN HAS Cheezburger была опубликована фотография кота в коробке с подписью: «В твоей квантовой коробке… Один кот… может быть».

Венец популярности кота Шрёдингера посвятил ему Google Dudle, появившийся 12 августа 2013 года — в день 126-летия со дня рождения Эрвина Шрёдингера.

Закрепление в массовой культуре

Немалую роль в популяризации кота Шредингера в массовой культуре сыграли фильмы, телепередачи, книги и компьютерные игры, где упоминался этот эксперимент. Мы приводим лишь некоторые примеры.

В 16 серии шестого сезона «Футурамы» полиция задерживает Шрёдингера и его кота.

Во второй серии первого сезона «Рик и Морти» главные герои встречаются с котами Шредингера в параллельной реальности.

Шелдон Купер в «Теории большого взрыва» с помощью теории кота Шрёдингера объяснил Пенни, как работают отношения между мужчиной и женщиной.

Стоимость

Кот Шредингера не только интернет-мем, но и герой массовой культуры. Кошка, которая одновременно и жива, и мертва, символизирует некую двудомность. Я вспоминаю о Шрёдингере, когда что-то и смешно и нет, или когда что-то одновременно запрещено и разрешено. Например, светофор, на котором одновременно горит красный и зеленый сигнал — светофор Шредингера.

Галерея

Что такое кот Шредингера, Кот Шредингера, все о коте Шредингера, Парадокс кота Шредингера, опыт Шредингера с кошкой, кот в коробке, ни живой мертвый кот, Является ли кот Шредингера, эксперимент с котом

Это кот, который жив и мертв одновременно. Таким неблагополучным состоянием он обязан нобелевскому лауреату по физике, австрийскому ученому Эрвину Рудольфу Йозефу, Александру Шредингеру.

Секции:

Суть эксперимента/парадокс

Кот находится в закрытом ящике, где находится механизм, содержащий радиоактивное ядро ​​и емкость с ядовитым газом. Характеристики опыта подобраны таким образом, что вероятность того, что ядро ​​уменьшится за 1 час, составляет 50%. Если ядро ​​распадается, оно приводит в действие механизм, газовый баллон открывается, и кошка умирает. Согласно квантовой механике, если за ядром нет наблюдения, его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – разбитого ядра и невиданного ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертвые.

Стоит открыть коробку – и экспериментатор должен увидеть только одно состояние – “ядро вспыхнуло, кот кот” либо “ядро не распалось, кот жив”. Но пока в процессе нет наблюдателя, злосчастное животное остается «пришвартоваться».

Маргинали

• Беда не приходит одна
  Вызывают сомнение не только здоровье таперского обитателя будки, но и его половая принадлежность: в исходном эксперименте кот Шредингера был котом (Die Katze).
• “Беспалубные” кошки №
  Важно помнить, что опыт Шредингера не преследует цели доказать существование “мертвых” кошек (и, несмотря на утверждение во второй части игры “Портал”, не был придуман как предлог для убийства кошек). Очевидно, кот обязательно должен быть жив или мертв, так как промежуточного состояния не существует.
  Опыт показывает, что квантовая механика не в состоянии описать поведение макросистемы (кот принадлежит тому, чему принадлежит кот): она неполна без определенных правил, указывающих, когда система выбирает одно конкретное состояние, при каких условиях коллапс волновой функции и кот либо остается живым, либо становится мёртвым, но перестаёт смешиваться и с другим.

Интерпретации Копенгагенская интерпретация Отрицает, что перед открытием коробки кошка находится в состоянии смешения живого и мертвого. Одни считают, что пока ящик не закрыт, система находится в суперпозиции состояний «ядро, дохлый кот» и «невиданное ядро, живой кот», а когда ящик открыт, то только тогда происходит коллапс волновая функция принимается в одном из вариантов. Другие – что “наблюдение” происходит, когда частица из ядра попадает в детектор; Однако, увы, в копенгагенской интерпретации нет четкого правила, говорящего, когда это происходит, и поэтому эта интерпретация является неполной, пока такое правило не введено или не указано, как оно может быть введено в принципе. Многосемейная интерпретация Эверетта В отличие от Копенгагена, не считает процесс наблюдения чем-то особенным. Здесь оба состояния Кошки существуют, но декоксуются – то есть, как понял автор, единство этих состояний нарушается в результате взаимодействия с окружающей средой. Когда наблюдатель открывает коробку, его путают (смешивают) с кошкой, из-за чего образуются два состояния наблюдателя, соответствующие одному живому, а другому мертвому коту. Эти состояния не взаимодействуют друг с другом. Кот как компетентный наблюдатель
Автор считает, что решающее слово следует оставить за котом, который хоть и не смысл ни Бельмеса в квантовой механике, но точно лучше всех осведомлен о своем состоянии. Однако его компетентность как наблюдателя явно вызывает сомнения у ученых. Исключения составляют Ганс Меревс, Бруно Маршал и Макс Тегмарк, предложившие модификацию эксперимента Шредингера, известную как «квантовое самоубийство», и представленный эксперимент с кошкой в ​​терминах кошки. Ученые преследовали цель показать разницу между копенгагенской и многосемейной интерпретациями квантовой механики. В случае, если многотомная интерпретация верна, кот, радость сочувствующего, становится центром, всегда остается живым, так как наблюдать результат эксперимента участник способен только в том мире, в котором выживает.

• Надав Кац из Калифорнийского университета и его коллеги опубликовали результаты лабораторного опыта, в ходе которого им удалось «вернуть» квантовое состояние частицы обратно, а после измерить это состояние. Таким образом, можно сохранить жизнь коту вне зависимости от условий коллапса волновой функции. Неважно, жив он или мертв: вы всегда можете воспроизвести [ссылка].
• 03.06.2011 РИА «Новости» сообщило, что китайским физикам удалось создать восьмифотонных «котов Шрёдингера» [Ссылка], который должен способствовать развитию будущих квантовых компьютеров

Образ в культуре

Пожалуй, никто не сделал для популяризации квантовой механики больше, чем бедняга. Даже самые далекие от этого сложного знания люди, взволнованные судьбами, вероятно, страдающих животных, пытаются разобраться в тонкостях эксперимента, надеясь, что не все так плохо. Кошка вдохновляет деятелей искусства и массовой культуры.
Упомянем его главное достоинство:

Литература: Ситуацию с котом Шредингера обсуждают главные герои книги Дугласа Адамса “Агентство детектива Динга Джентли”. В книге Дэна Симмонса “Эндимион” главный герой Рауль Эндимион пишет свою историю, в то время как на Орбите Армагасты в “Кошачьем ящике” Шредингера. В последней трети книги Роберта Хайнлайна “Кошка, проходящая сквозь стены, появляется пиксель красного кота, обладающий свойством Кота Шредингера в двух состояниях при в то же время. В книге Терри Пратухта «Кошка без дураков» в шутливой форме описывается порода так называемых «Шредингеровских кошек», произошедшая от той самой кошки Шредингера. Также этот мысленный эксперимент не раз упоминается и в других произведениях Пратухта, например, в романе «Дамы и лорд». В рассказе Ф. Гвинплена Макинтира «В Нанки, Читама Шредингер» один из персонажей является домом для самого Шредингера, Кэт Тиббленс. Вокруг этого кота, собственно, и разворачивается действие юмористической истории, щедро приправленной подробностями из разных областей физики. Сюжет фантастического романа Фредерика Пола «Вторжение квантовых кошек» (англ. «The Coming Of The Quantum Cats», 1986) построен на идее взаимодействия «соседних» вселенных. В философско-сатирической миниатюре Николая Баитова «Кот Шредингер» парадокс Шредингера вывернут наизнанку: организацию под названием «Лига обратимого времени» за последние 50 лет возглавляет живой кот, ни на мгновение ни на мгновение не прерываемый наблюдение, считая, что пока ведется наблюдение – состояние, в котором находится кошка, не должно меняться. В книге Лукьяненко «Последний дозор» главный герой брошен на шею рыбаку по имени «Кот Шредингера», особенность которого в том, что маги не понимают, живо это существо или нет. Упоминается в романе Граха Игана «Карантин», в фэнтези Кристофера Сташефа «Волшебный целитель», Грегори Дейла Медведя в повести «Шредингер Планжер»; Польский писатель Сапковский упоминает кота Котрингера. В киберпанк-романе Мирси Шелли «2048» говорится, что «один тип с фамилией, напоминающей напильник, затащил какого-то несчастного биорга в железный ящик, где не было ничего, кроме ампулы с ядом». В стихотворении Светланы Ширанкой «Кот Шредингер» есть очень вдохновляющий принцип: «Доктор Шредингер, ваш кот еще жив». Скрин: В фильме братьев Коэн “Серьезный человек” студент говорит профессору: “Я понимаю эксперимент с дохлой кошкой”, что, естественно, свидетельствует об обратном. В фильме “REPO MAN” (“Коллекционеры”, в российском прокате “Потрошители”) главный герой в начале фильма рассказывает о неизвестном ученом, у которого есть кот. И этот кот находится в состоянии “…и жив и мертв одновременно…”. В одной из серий фантастического сериала «Звездные врата SG-1» появляется кот по кличке Шредингер. Одноименный кот также является главным героем фантастического сериала «Скольжение». В сериале «Звёздные врата SG-1» рыжий кот по кличке Шредингер был подарен инопланетянином. Мертвый кот Шредингера появляется в сериале «Место преступления: ЛАС-ВЕГАС» (8 сезон, 15 серия: Теория всего). Кот Шрёдингера упоминается в сериале «Теория большого взрыва», где в ответ на вопрос девушки, стоит ли ей идти на свидание, герой проводит аналогию с котом Шредингера, имея в виду, что вы не попробуй, не узнаешь: «Пенни, для того, чтобы узнать, живой кот или мертвый, нужно открыть ящик». В сериале «Жуки» в роли Шредингера красная ртуть исполнялась в заминированном сейфе . В японском Аниме “Хеллсинг (OVA)” (как и в одноименной манге) есть персонаж коточета по имени Шрёдингер, не живой и не мёртвый, обладающий способностью телепортироваться (“быть везде и нигде”), и абсолютно ненужным. В аниме “To Aru Majutsu No Index” на предложение девушки назвать котенка Шредингером, Шеф-вождь возражает, что нельзя называть котов именем. В аниме «Шигофуми» также фигурирует кот по кличке Шредингер. В японском аниме и игре «Umineko no Naku Koro Ni» опыт используется в попытке доказать невозможность существования магии («Доказательство дьявола», «Вороны Гемпеля», «Демон Лапласа») . В одной из серий «Футурамы» «Закон и Оракул» Шрёдингер спрятал в ящике с кошкой наркотические вещества. Комиксы/Манга: Небольшой комикс о Коте Шредингера и Максвелле Демоне. Он умер: Кот Шредингера: и другие комиксы на joyreactor.ru. Игры: Есть игра-квест “Возвращение квантового кота”. В игре “Нетхак” есть монстр “Квантовая механика”, у которого с собой иногда бывает коробка с котом. Статус кота не определяется, пока ящик не откроется. В игре «Half-Life 2» в лаборатории с телепортами был кот, кошмары о котором «до сих пор» посещает Барни. Портрет Кота Шрёдингера встречается в ремейке по мотивам «Half-Life» 1998. — Black Mesa («Чёрная Меза», ранее известная как «Чёрная Меза: Источник»). Ссылка на нотариально заверенный скриншот. На каждом уровне игры “БИОШОК” в укромном уголке есть дохлый кот, обозначенный как шредингер. Во второй части его тоже можно встретить — кот отдыхает на одной из льдин в замороженной комнате с четырьмя камерами наблюдения по углам. NPC Côte NPC присутствует в японской ролевой игре «Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga». Главный слоган игры Portal, «Торт — это ложь», является ошибкой одного из результатов эксперимента Шрёдингера, а именно «Кот жив». Во второй части игры кот тоже не забыт. Упоминание об эксперименте можно найти в книге Правил русской настольной игры «Эра Авалоле». У кота даже есть свой характерный знак – он абсолютно пустой, поэтому вроде бы и нет. Музыка: Несколько сцен пережил так называемый фестиваль нестандартной музыки “Кот Шредингер”, проходивший под лозунгами “Настоящая жизнь – Настоящая смерть – Настоящая музыка!” и “Живой или мертвый кот Шредингера? А ты?” Google также сообщает, что название «Кот Шредингера» — это практически разорвавший проект очень небольшой команды из подмосковного Королева. В альбоме британцев Tears for Fears “Saturnine Martial and Lunatic” есть песня с таким же названием. Российская группа “Allein Fur” IMMER также исполняет песню с таким названием. Юмор: Любая шутка про кота Шредингера смешна и неживая одновременно. Шредингер и Гейзенберг едут по шоссе на конференцию, Шредингер за рулем. Внезапно удар, и он останавливает машину. Гейзенберг выглядывает на дорогу:
– Боже мой, кажется, я сбил кота!
– Он умер?
– точно не могу сказать. Шредингер ходил по комнате в поисках голого котенка, а тот сидел в коробке ни живой. Разное: Кот Шрёдингера обращает внимание на художников, пытаясь средствами живописи и схемы передать неоднозначность своего положения. Также изображения этих зверюшек можно увидеть на футболках и кружках. Террористы, о которых точно неизвестно, живы или убиты, их иногда называют «террористами Шрёдингера». Из известных личностей в таком состоянии, например, Ясир Арафат, когда он перед смертью находился в состоянии комы, а также Усама бен Ладен. По абсурду, кот в мешке — это упрощенная версия эксперимента с котом Шредингера [ссылка]. Стивен Хокинг перефразировал крылатую фразу Ганса Йосто «Когда я слышу о культуре, я хватаюсь за ружье» так: «Когда я слышу о коте Шредингера, моя рука тянется к ружью!». Объясняя это тем, что, как и многие другие физики, Хокинг придерживается мнения о том, что «копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчеркивает роль наблюдателя, необоснованно. В связи с открытием кафедры теологии МЭФИ в Сети была распространена такая картинка:

Юрий Гордеев
Программист, разработчик игр, дизайнер, художник

Кот Шредингера — мысленный эксперимент, предложенный одним из пионеров квантовой физики, чтобы показать, как странно выглядят квантовые эффекты по отношению к макроскопическим системам.

Попробую объяснить очень простыми словами: господа физики, не одобряйте. Фраза «грубо говоря» подразумевается далее перед каждым предложением.

В очень, очень малом масштабе мир состоит из вещей, которые ведут себя очень необычно. Одной из самых странных характеристик таких объектов является способность находиться в двух взаимоисключающих состояниях одновременно.

Что с интуитивной точки зрения еще более необычно (кто-то даже скажет, безумно) – акт целенаправленного наблюдения устраняет эту неопределенность, и перед наблюдателем предстает только что побывавший одновременно в двух противоречивых состояниях объект только в одном из них, как будто и не бывало, смотрит в сторонку и невинно недолюбливает.

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

На макроскопическом уровне эти эффекты не наблюдаются: привычные нам объекты всегда находятся в одном определенном состоянии.

А теперь мысленный эксперимент. Возьми кота и положи его в коробку. Туда же ставим колбу с ядовитым газом, радиоактивный атом и счетчик Гейгера. Радиоактивный атом может заполниться в любой момент и может не воспламениться. Если он походу, то счетчик увлажнится радиацией, простой механизм разобьёт колбу с газом, и наш кот умрёт. Если нет – кот останется жив.

Закройте коробку. С этого момента, с точки зрения квантовой механики, наш атом находится в состоянии неопределенности — он коллапсировал с вероятностью 50% и не коллапсировал с вероятностью 50%. До того, как мы откроем коробку и посмотрим туда (будем работать), она будет в обоих состояниях сразу. А так как от состояния этого атома напрямую зависит судьба кота, то получается, что и кот буквально жив и мертв одновременно (“… сжимая живого и мертвого кота (извините за выражение) в поровну…” – пишет автор эксперимента). Именно так квантовая теория описала бы эту ситуацию.

Шрёдингер с трудом догадывается, какой шум производит его идея. Конечно, сам эксперимент даже в оригинале описан крайне грубо и без претензии на научную достоверность: автор хотел донести до коллег мысль о том, что теорию необходимо дополнить более четкими определениями таких процессов, как «наблюдение» до исключить сценарии с котами в ящиках из-под ее юрисдикции.

Представление о коте использовалось даже для того, чтобы «доказать» существование Бога как сверхдержавы, непрерывно наблюдающей за нашим существованием, что делает его возможным. На самом деле «наблюдение» не требует присутствия сознательного наблюдателя, что лишает квантовые эффекты некоторой доли мистицизма. Но даже в то же время квантовая физика остается сегодня фронтом науки со многими необъяснимыми явлениями и их интерпретациями.

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

Поведение микромировых объектов (элементарных частиц, атомов, молекул) существенно отличается от поведения объектов, с которыми нам обычно приходится иметь дело иметь дело с. Например, электрон может одновременно пролетать через два пространственно удаленных узла или находиться одновременно на нескольких орбитах в атоме. Для описания этих явлений была создана теория – квантовая физика. По этой теории, например, частицы могут быть размазаны в пространстве, но если вы хотите определить, где частица еще находится, то вы всегда обнаружите в каком-то месте всю частицу целиком, то есть она будет как бы собрал из своего злого состояния По какой-то причине. То есть считается, что пока вы не измерили положение частицы, у нее вообще нет положения, и физика может только предсказать, с какой вероятностью в каком месте можно обнаружить частицу.

Эрвин Шредингер, один из создателей квантовой физики, задавался вопросом: а что, если в зависимости от измерения состояния состояния какая-либо микрочастица происходит или какое-то событие не происходит. Например, это можно было бы реализовать так: берется радиоактивный атом с периодом полураспада, скажем, час. Атом можно поместить в непрозрачную коробку, поставить туда прибор, который при попадании в него продуктов радиоактивного распада атома раскалывает ампулу с ядовитым газом, и в эту коробку всадить кота. Тогда снаружи не увидишь, распался атом или нет, то есть по квантовой теории он одновременно разрушился и не распался, а кот, стал еще и живым, и мертвым. Такого кота стали называть котом Шредингера.

Может показаться удивительным, что кошка может быть одновременно и живой, и мертвой, хотя здесь нет никакого противоречия и не является опровержением квантовой теории. Однако могут возникнуть вопросы, например: кто может осуществить коллапс атома из размазанного в определенное состояние, а кто при такой попытке переходит в складчатое состояние? Как протекает этот процесс коллапса? Или как получается, что тот, кто осуществляет, не подчиняется законам квантовой физики? Имеют ли эти вопросы смысл, и если да, то каковы на них ответы – пока неясно.

Георгий Панин.
окончил ПКТУ им. Д.И. Менделеев, главный специалист научно-исследовательского отдела (маркетинговые исследования)

Как объяснил нам Гейзенберг, в силу принципа неопределенности описание объектов квантового микрочеловека отличается от обычного описания объектов квантового микрочеловека. Ньютоновский макромир. Вместо пространственных координат и скоростей, которые мы использовали для описания механического движения, например шара на бильярдном столе, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «Волны» соответствует максимальной вероятности обнаружения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое также говорит нам, как меняется состояние квантовой системы во времени.

Теперь о коте. Всем известно, что кошки любят прятаться в ящиках (thequestion.ru). Эрвин Шредингер тоже был в курсе. Более того, с чисто нордикрой он использовал эту особенность в знаменитом мысленном эксперименте. Суть его заключалась в том, что в ящике с адской машиной запирали кота. Машина через реле подключается к квантовой системе, например, радиоактивно распадающегося вещества. Вероятность распада известна и составляет 50%. Адская машина срабатывает, когда изменяется квантовое состояние системы (распад) и кошка полностью умирает. Если представить систему «Скотник-ящик-адская квантовая машина» на один час и вспомнить, что состояние квантовой системы описывается в терминах вероятности, то становится ясно, жив кот или нет, в данный момент он будет не случится, не случится, Так же как не выйдет точно предсказать падение монеты орла или решение заранее. Парадокс очень прост: волновая функция, описывающая квантовую систему, смешивает в себе двух котов — она и живая, и мертвая одновременно, а также связанный электрон с равной вероятностью может находиться в любом месте пространства, равноудаленном от атомного. ядро. Если мы не открываем коробку, мы точно не знаем, как там кот. Не имея наблюдения (читай измерений) над атомным ядром, мы можем описать его состояние только суперпозицией (смешением) двух состояний: грунтового и беспрецедентного ядра. Кот в ядерной зависимости жив и мертв одновременно. Возникает вопрос: когда система перестает существовать как смесь двух состояний и выбирает одно конкретное?

Копенгагенская интерпретация эксперимента говорит нам о том, что система перестает быть смешанными состояниями и выбирает одно из них в момент наблюдения, это же измерение (ящик открывается). То есть само измерение изменяет физическую реальность, приводя к коллапсу волновой функции (кот либо становится мертвым, либо остается живым, но перестает смешиваться и другим)! Подумайте, эксперимент и измерения, связанные с ними, меняют реальность вокруг нас. Лично этот факт сделает мой мозг гораздо сильнее алкоголя. Нерелигиозный Стив Хокинг тоже тяжело переживает этот парадокс, повторяя, что когда он слышит о коте Шредингера, его рука тянется к Браунингу. Острота реакции выдающегося физика-теоретика связана с тем, что, по его мнению, роль наблюдателя в коллапсе волновой функции (сжижении до одного из двух вероятностных) состояний сильно преувеличена.

Конечно, когда профессор Эрвин в далеком 1935 году удивлялся своей ловкости, это был остроумный способ показать несовершенство квантовой механики. На самом деле кошка не может быть одновременно живой и мертвой. В результате одной из интерпретаций эксперимента стало свидетельство противоречия законов макромира (например, второго закона термодинамики – кот либо жив, либо мертв) и микромира (т. кот жив и мертв одновременно).

Вышеизложенное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии. По оптоволоконному кабелю световой сигнал передается в суперпозиции двух состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают вынос сигнала, чтобы подслушать передаваемую информацию, то получится волновая функция (с точки зрения копенгагенской интерпретации будет наблюдаться) и свет будет превратиться в одно из состояний. После проведения статистических выборок света на приемном конце кабеля можно будет определить, контролируется ли свет в суперпозиции состояний или контролируется и передается на другой элемент. Это дает возможность создать средства связи, исключающие невидимый перехват сигнала и подслушивание.

Еще одна самая свежая интерпретация мысленного эксперимента Шредингера — рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он изрек для менее образованного соседа Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что понятие кота Шредингера можно применять в отношениях между людьми. Для того, чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие между ними отношения: хорошие или плохие, – нужно просто открыть коробку. А до этого отношения бывают и хорошими, и плохими. YouTube.com.

Сущность квантовой механики

В 20 веке наука открыла невероятный мир, о котором даже самые смелые писатели-фантасты не могли даже подумать. Этот мир был настолько удивительным, что полностью озадачил самые блестящие умы века, от Альберта Эйнштейна до Ричарда Фейнмана, от Нильса Бора до Поля Дирака, от Давида Гильберта до Вернера Гейзенберга или от Эрвина Шредингера до Вольфганга Паули. Продолжали обнаруживаться кажущиеся парадоксы, но все они в конечном итоге были вызваны ошибочным здравым смыслом. Между тем центральный вопрос проблемы измерения, вокруг которого строится квантовая механика, до сих пор не имеет общепринятого объяснения…

Звучит ужасно сложно!

Основные идеи квантовой механики определенно вызывают беспокойство. Но они не такие сложные. Основная трудность состоит в том, чтобы избавиться от здравого смысла, потому что здравый смысл делает много ошибочных предположений. Вот почему изучение квантовой механики — чрезвычайно унизительное и плодотворное путешествие. Кроме того, квантовая механика имеет ужасные философские последствия. Вот почему я приглашаю вас отправиться в приключение открытия квантовой механики. Чтобы вас заинтересовать, давайте начнем с выдержки из книги «Ткань космоса: квантовый скачок», подготовленной NOVA и организованной Брайаном Грином:

В этой статье представлены некоторые необычные популяризированные объяснения квантовой физики. Я считаю, что это может обеспечить новую перспективу для этой сложной теории. Вот почему я настоятельно рекомендую вам ее прочитать, хотя вы уже много раз наблюдали за популяризацией квантовой механики.

Корпускулярно-волновой дуализм

Долгое время физики спорили об истинной природе света. В то время как Ньютон представлял его состоящим из мелких частиц, эта довольно интуитивная концепция была внезапно разрушена экспериментом с двумя щелями, осуществленным Томасом Янгом в начале 1800-х годов. В этой статье мы сосредоточимся почти только на этом эксперименте и его многочисленных вариантах, поскольку, по словам лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана, [это] содержит в себе сердцевину квантовой механики. На самом деле он содержит единственную загадку .

Что за эксперимент с двумя щелями?

Луч света был направлен в две крошечные близкие дырочки, после чего попал на экран сзади. Затем на экране отобразилась тревожная интерференционная картина , то есть последовательность темных и ярких областей. В следующем видео от Veritasium показан эксперимент с настолько простыми инструментами, что вы можете сделать это самостоятельно:

Этот эксперимент обычно проводится с помощью лазеров, но коробка Дерека Мюллера позволяет довольно круто перенести его на улицу.

Итак, я думаю, что это опровергло идею о том, что свет состоит из частиц…

Действительно. Чтобы объяснить это явление, была введена волновая теория света, а теория электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла стала золотым веком теории. В этой обстановке свет воспринимался как электромагнитная волна .

Подождите… Что такое волна?

ОК. Во-первых, позвольте мне рассказать о полях . Поле — это то, что заполняет пространство. Точнее, в любой точке пространства поле принимает какое-то значение. Концепция поля проиллюстрирована в следующем фрагменте видео Minute Physics:

Теперь, если в какой-то точке поля значения высокие, то в этой точке происходит возмущение поля. Затем это возмущение может распространяться подобно волнам на воде. Волна – это распространяющееся возмущение поля.

ОК. Итак, в 1800-х годах люди думали, что свет — это распространяющееся возмущение электромагнитного поля?

Да! Это позволило объяснить многие другие явления. Но затем произошло открытие фотоэффекта.

Что это?

В определенных условиях поджигание металла может индуцировать электрический ток. Беспокоило то, что электрический ток индуцировался тогда и только тогда, когда длина волны света была достаточно мала. Если бы вы использовали красный свет, тока не было бы. Но если вы использовали синий свет, он был. Это выглядело как прерывистое явление, несовместимое с непрерывностью уравнений Максвелла.

Так чем же объясняется этот разрыв?

В одной из своих 4 потрясающих статей 1905 года Альберт Эйнштейн объяснил прерывность тем фактом, что свет на самом деле можно представить как совокупность элементарных частиц, называемых квантами света или фотонов ! Он обосновывал это удивительное предположение тем, что энергетическое распределение света очень похоже на энергетическое распределение частиц газа. Другим свидетельством, подтверждающим его идею, было открытие спектральных линий излучения и поглощения.

Мне уже есть что сказать, поэтому я не буду на этом останавливаться. Но если можно, напишите подробнее об этих явлениях.

А я думал, что Юнг доказал, что свет не состоит из частиц!

Я знаю! Однако это не помешало Эйнштейну получить Нобелевскую премию за идею фотонов.

Я совсем потерялся! Свет состоит из частиц или нет?

Мы доберемся до этого! А пока давайте продолжим запутывать себя еще одним странным экспериментом. В отличие от света считалось, что вся материя состоит из атомов, а эти атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. В частности, электроны рассматривались как элементарные неделимые частицы. Действительно, ученым удавалось изолировать их по одному…

Но?

Но затем они провели эксперимент Юнга с двумя щелями с пучками электронов вместо лучей света и обнаружили интерференционные картины! Это показано на следующем рисунке с веб-сайта Университета Северной Аризоны:

Это означает, что, как и фотоны, электроны обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами! Это то, что ученые называют дуальностью волна-частица, и часто интерпретируется как частицы, иногда ведущие себя как волны. На самом деле, квантовая теория поля даже предполагает, что силы также являются и волнами, и частицами, как объясняется в статье Тибо.

Звучит не очень научно…

Полностью согласен! Так давайте лучше разбираться в том, что происходит!

Волновая функция

Решение, предложенное многими учеными в 1920-х и 1930-х годах, состояло в том, чтобы думать о материи и свете как о наборе элементарных объектов. Но эти элементарные сущности, которые мы называем фотонами, электронами или чем-то еще, на самом деле не являются частицами. Скорее, каждая сущность представляет собой волну. Однако теперь физики привыкли называть эти элементарные объекты частицами, но вам нужно помнить, что их следует рассматривать не как точечные объекты, а скорее как волны. Позвольте мне перефразировать мысль ученых того времени, потому что это очень важно: Все состоит из элементарных волн .

Эта фраза соответствует квантовой механике, а не более развитым теориям, таким как квантовая электродинамика (КЭД), где волны могут комбинироваться, образуя новые элементарные волны, делая каждую из них не совсем элементарной… Давайте остановимся здесь на квантовой механике!

Волны вместо точечных частиц? У меня гораздо больше проблем с визуализацией этого…

Я знаю! На следующем рисунке показана одномерная волновая функция, которая отображает местоположения с амплитудой волны. Имейте в виду, что следующая волновая функция представляет только одну частицу.

Обратите внимание, что эта цифра не отражает тот факт, что волновая функция на самом деле имеет комплексные значения. Но это не будет большой проблемой для этой статьи.

Объясняет ли это предположение об элементарных волнах интерференционные картины?

Да потому что элементарные сущности это волны! Эти волны могут в сумме быть конструктивными или деструктивными, создавая интерференционные картины.

А как насчет того, что электроны можно изолировать?

Да, потому что пучки электронов на самом деле представляют собой совокупность элементарных волн, известных как электроны.

А фотоэффект?

Это позволило учесть и фотоэффект. Ток индуцируется, если электроны могут захватить элементарную волну, достаточно энергичную, чтобы заставить их уйти с орбиты атомов. Захваченная элементарная волна представляет собой фотон с достаточной энергией.

Вау! Волновая функция объясняет все упомянутые вами эксперименты!

Конечно! Но есть и более тревожные эксперименты, о которых я еще не упомянул… Поскольку электроны можно изолировать, можно провести эксперимент с двумя щелями, стреляя ими по одному. Затем мы можем визуализировать, где они приземляются на экране. Давайте повторим все эксперименты с двумя щелями, которые мы обсуждали до сих пор, с помощью следующего видео доктора Квантума:

Я пропустил вывод, сделанный в видео, потому что считаю его вводящим в заблуждение, так как он показывает электрон как частицу, которая делится на 2 и рекомбинирует себя. Это интересная интерпретация, но она абсолютно не соответствует тому, что говорит квантовая физика.

Итак, что происходит, когда электроны выстреливаются по одному?

Каждый электрон попадает в определенное место на экране. Но места, куда они прибывают, не одинаковы! Это очень странно, поскольку все электроны похожи. Точнее, они описываются одинаковыми волновыми функциями. И тем не менее, все они оказываются в разных местах!

Как это можно объяснить?

Физик Макс Борн предположил, что при измерении волны коллапсируют случайным образом. Это означает, что они становятся очень сконцентрированными в относительно точном месте. Обычно это интерпретируется как превращение их в частицы. Но чтобы действительно понять это, вы должны иметь в виду, что коллапсирующая волна — это очень локализованная волна, а не точечная частица. Локализованная волна практически равна нулю почти везде, кроме места расположения волны:

После коллапса волна возобновляет свое распространение. Но больше, чем то, как выглядят волны, следует подчеркнуть тот факт, что коллапс волновых функций происходит по своей сути случайным образом. Это означает, что два одинаковых эксперимента дают разные результаты!

Значит ли это, что все может случиться? Есть ли в этом вообще смысл? Если что-то может случиться, почему мир все еще имеет смысл, по крайней мере, в нашем масштабе?

Это были вопросы, с которыми не мог справиться даже Альберт Эйнштейн, поскольку он лихо опроверг квантовую теорию, заявив, что Бог не играет в кости с миром . Тем не менее, эксперименты за экспериментами, на протяжении почти 100 лет этот квантовый эффект подтверждался снова и снова.

Так это правда? В квантовом мире может произойти что угодно? Все совершенно непредсказуемо?

Чего я вам еще не сказал, так это того, что за этой кажущейся квантовой непредсказуемостью на самом деле стоит удивительный четко определенный мир вероятностей. Хотя результаты экспериментов нельзя было предсказать, вероятности исходов можно было рассчитать с невероятной точностью.

Как?

Давайте еще раз рассмотрим эксперимент с двумя щелями с одним электроном за раз. По мере того, как посылалось все больше и больше электронов, появлялась интерференционная картина, как будто все они отправлялись одновременно. Физики поняли, что эта интерференционная картина раскрывала вероятностное распределение результатов эксперимента с одним электроном. Однако эта интерференционная картина также соответствовала волновым функциям!

Значит, волновые функции связаны с вероятностными распределениями?

Точно! Из элементарных волн, которые формируют все вещи, выводятся вероятностные распределения того, где они разрушаются! Точнее, квадрат нормы значения волновой функции в точке — это вероятность найти там коллапсирующую волну после ее измерения. Это объясняется в следующем отрывке из «Ткани космоса»: Квантовый скачок:

Но если все, что имеет значение, — это вероятностное распределение, то зачем волноваться?

Вам нужно рассмотреть волны, чтобы понять созидательные и разрушительные помехи. Также волны содержат информацию об энергии и импульсе частиц. Но что более важно, как объясняется в этой более продвинутой статье, динамика волны точно описывается уравнением Шрёдингера. Но, наконец, что более важно, согласно квантовой механике, истинная природа частиц состоит в том, что они волны. То, что большинство популяризаторских видеороликов называют частицами, скорее следует называть локализованными волнами. Если вы будете помнить об этом, я думаю, вы намного лучше поймете квантовую механику.

Чтобы быть полным, я должен сказать, что эволюционные свойства частицы определяются не только ее волной, но и ее вращением. Это имеет большое значение для передовых идей, таких как принцип запрета Паули, который объясняет фундаментальное правило октетов в химии.

Проблема измерения

Пришло время перейти к самой тревожной части квантовой физики. Давайте еще раз рассмотрим эксперимент с двумя щелями. Когда физики пытались понять, как двигаются электроны, они решили добавить детекторы для наблюдения за щелями, через которые двигались электроны. Результат был глубоко шокирующим, как объясняется в этом отрывке из Квантовая Вселенная :

Что случилось?

Когда наблюдались щели, интерференционная картина отсутствовала! Все произошло внезапно, как если бы электроны все это время двигались прямолинейно. Это было совершенно шокирующим: Результат был изменен одним лишь фактом, что мы наблюдали электроны по пути!

Вау! Это крайне тревожно! Но что наблюдалось на щелях?

Детекторы показали, что электроны двигались через одну из щелей, и только одну! Напомним, что когда мы не наблюдали за щелями, волна растекалась и проходила через обе щели.

Но подождите… Значит ли это, что волновая функция коллапсировала в щели при измерении?

Да, именно! На самом деле, если учесть, что частицы — это всегда волны, которые просто случайным образом коллапсируют при любом измерении, то можно понять, что происходит. Когда мы измеряем частицу в щелях, она коллапсирует и становится очень локализованной. Поскольку размер щели больше, чем разброс коллапсированной волновой функции, будет хорошим приближением сказать, что частица проходит только через одну щель. Теперь, поскольку волновая функция рухнула, она уже не та. Таким образом, он не будет вести себя так, как если бы он не рухнул. Это означает, что результат уже не будет таким, как если бы мы не наблюдали частицы у щелей. Вот почему наблюдение за щелями влияет на результат эксперимента.

Вау! Это беспокоит!

Я знаю! Но ждать! Есть больше. Новые технологии позволили задержать наблюдение щелей, как объяснено ниже:

И тем не менее, даже когда наблюдение щелей было задержано, все происходит так, как будто наблюдение щелей не задерживалось: интерференционной картины не было!

Не понимаю! Я думал, что волны разрушаются при измерении, а не до того, как они будут измерены!

Я знаю. Это крайне тревожно! Это приводит нас к самому фундаментальному неправильно понимаемому вопросу квантовой физики, известному как 9-й вопрос.0012 проблема измерения . Короче говоря, он состоит в том, чтобы спросить: Что такое измерение? Вне контекста это прозвучало бы как техническая деталь. Тем не менее, как мы уже говорили, измерения являются частью законов физики, поскольку они влияют на результаты экспериментов. А ведь мы даже не знаем, что они собой представляют на самом деле.

Что ты имеешь в виду? Конечно, мы знаем, что такое измерение, не так ли?

В 1935 году лауреат Нобелевской премии Эрвин Шредингер провел один из самых известных мысленных экспериментов, чтобы проиллюстрировать, насколько мы не понимаем измерения (хотя я слышал, что его целью было скорее высмеять квантовую физику).

О да! Не было ли чего-то с кошкой?

Да! Он заключается в том, чтобы поместить кошку в ящик с радиоактивным атомом и ядом. Если атом распадается, яд высвобождается, и кошка умирает. Коробку оставляют на минуту. Это дает атому пятьдесят на пятьдесят шансов распасться. Теперь, если не оснастить коробку каким-либо измерительным устройством, то она находится в квантовом состоянии. Это означает, что кошка одновременно мертва и жива, как показано в следующем видео из Открытого университета.

Разве это не то же самое, что сказать, что кот жив или мертв?

Нет! Пересмотрите эксперимент с двумя щелями. Когда мы наблюдаем щели, электрон действительно находится в левой или правой щели. Но если мы не наблюдаем щелей, то они есть и в левой, и в правой щелях, потому что волновая функция распространяется по двум щелям. Эти два случая очень разные, как мы можем видеть в результатах экспериментов. Точно так же и здесь кошка не мертва и не жива. Оно и мертво, и живо. И до измерения, то есть открытия ящика и проверки, он находится в этой суперпозиции состояний.

Вау! Это беспокоит! Но подождите… Разве кошка не считается наблюдателем? Разве его сердцебиение не считается мерой?

Ну, это вы тут тревожный вопрос задаете… Это как раз проблема измерения! И, короче говоря, общепринятого объяснения этому нет.

Но есть идеи, как это объяснить, не так ли?

В конце концов мы до этого доберемся. Но сначала позвольте мне показать вам проблему измерения в ее худшем виде: запутанность .

То, что я собираюсь представить здесь, является моим собственным творением. Мне кажется, что это идеальное представление о запутанности, но я могу ошибаться, поскольку я не эксперт в области квантовой физики. Если да, пожалуйста, поправьте или подтвердите то, что я собираюсь сказать.

Вспомним кота Шредингера. Предположим, что теперь мы можем разделить радиоактивный атом и кошку после того, как они были собраны вместе в течение минуты. Оставим радиоактивный атом с собой на Земле, а кота отправим далеко-далеко, в какую-нибудь далекую галактику. Теперь, если мы до сих пор не провели никаких измерений ни кота, ни атома, оба находятся в состоянии квантовой суперпозиции. Кот и мертв, и жив, а атом и распался, и не распался. Но судьбы кота и атома связаны. Когда мы измеряем состояние атома, квантовая механика говорит, что это мгновенно повлияет на состояние кота.

Вы хотите сказать, что если мы заметим, что атом распался, то кошка мгновенно умрет?

Да! А если атом не распался, то кот мгновенно оживает! Как будто информация о нашем измерении мгновенно повлияла на состояние кота.

Вау! Это странно. Но разве Эйнштейн не доказал, что ничего не может произойти мгновенно?

Да! В своей теории относительности Эйнштейн доказал, что ничто не движется быстрее света! Хуже того, он доказал, что одновременности даже не существует, поскольку она зависит от наблюдателя. Следовательно, запутанность, кажется, полностью противоречит его теории! Это было неприемлемо для Альберта Эйнштейна, который, как известно, назвал это явление жуткое действие на расстоянии .

Хорошо… Но разве мы не можем себе представить, что атом и кошка попадают в определенные состояния, как только они разделены, и в этом случае измерение атома позволяет нам просто вывести состояние кошки, зная состояние атома ?

То, что вы говорите, соответствует утверждению, что кошка мертва или жива, а не мертва и жива. Это то, что предложил Эйнштейн. После десятилетий бесконечных дебатов ирландский физик Джон Белл предложил эксперимент, чтобы разрешить споры. Затем этот эксперимент был улучшен Аленом Аспектом, который разделил кошку и атом достаточно далеко, так что должна была быть связь со скоростью, превышающей скорость света. Это объясняется в «Ткани космоса: квантовый скачок».

Так что же получилось в результате экспериментов?

Эксперименты показали, что Эйнштейн ошибался. Кот и атом на самом деле находились в состоянии квантовой суперпозиции, и на расстоянии действительно происходило жуткое действие.

Значит, возможна мгновенная связь?

Как ни странно, но так оно и есть. Приложения потрясающие! Как объясняется в статье Скотта о квантовой криптографии, можно достичь совершенно безопасной криптографии. Еще более безумно, как показано позже в «Ткани космоса: Квантовый скачок», устройства телепортации в настоящее время строятся на основе запутанности. Пока что они телепортируют фотоны, но в какой-то момент в будущем они могут телепортировать и людей! Идея основана на возможности влиять на квантовое состояние атома, чтобы увеличить шансы в конечном итоге измерить его нераспад. Это мгновенно влияет на состояние кота и увеличивает его шансы остаться в живых, когда мы измерим состояние атома.

Ладно, все, я совсем запутался!

В своем выступлении в Google Рон Гаррет дает лучшее понимание запутанности. Как он говорит, запутанность на самом деле есть не что иное, как измерение. Запутанность нетрудно понять, если мы действительно понимаем, что такое измерение. Таким образом, вся сложность понимания квантовой физики сводится к большому вопросу, о котором я упоминал ранее…

Что такое измерение?

Да! Это большой вопрос квантовой механики! Позвольте мне напомнить, что мы узнали об измерении в этой статье. Измерение подразумевает разрушение. Но дело не только в коллапсе волновой функции. Скорее, это коллапс совокупности волновых функций во времени (как показал эксперимент с двумя щелями с отложенным наблюдением за щелями) и в пространстве (как доказывает запутанность). Это означает, что из-за этого свойства измерения в квантовой механике наша Вселенная по своей сути нелокальна, и все кажется связанным.

Но разве нет ни одного ученого, у которого хотя бы есть идея решения проблемы измерения?

Очень сложно понять концепцию измерения. Любое объяснение этого должно включать новаторский поворот нашего видения мира. На самом деле, одна из редких идей, которые могут иметь смысл, ужасно шокирует. Эйнштейн однажды сказал: Мне нравится думать, что луна там, даже если я не смотрю на нее . Но взгляды Эйнштейна были полностью разрушены проблемой измерения в квантовой механике. Вместо этого многие физики утверждают, что там нет , и эта реальность существует только тогда, когда мы смотрим на нее. Я оставлю вас с объяснением доктора Амита Госвами в этой выдержке из Голографическая Вселенная :

Я хочу добавить, что я не могу полностью согласиться ни с одной из этих интерпретаций квантовой механики, потому что я просто не понимаю ни одного из них. Еще раз повторюсь, что проблема измерения по-прежнему плохо понимается, и в научном сообществе нет преобладающего мнения, как показано в этом видео от Sixty Symbols.

Чтобы решить проблему измерения, вероятно, потребуется новая концепция реальности, и идея Хокинга о модельно-зависимом реализме вполне может нам помочь. Но до сегодняшнего дня это далеко не общепринятая концепция. Теперь все может быть не так странно, как то, что я только что представил здесь. Как объясняется теорией декогеренции, кажущийся коллапс волновой функции может быть просто побочным эффектом уравнения Шредингера, примененного к большому количеству частиц. Вот что я объяснил в отрывке из своего доклада More Hiking in Modern Math World:

Подведем итоги

Предположив, что все сущее состоит из элементарных волн, и используя уравнения квантовой механики для изучения динамики этих волн, физики добились невероятного успеха в объяснении очень большого количества странных экспериментальных наблюдений. Это просто делает квантовую механику самой проверенной и, тем не менее, не опровергнутой теорией, когда-либо созданной наукой. И его приложения к технологиям огромны! В частности, изобретение транзистора, которое затем привело к взрыву новых электронных и телекоммуникационных технологий, стало результатом понимания квантовой механики.

Каким сумасшедшим кажется наш мир! Вы, наверное, глубоко запутались. Я знаю, что я. Позвольте вас успокоить еще несколькими цитатами лауреатов Нобелевской премии:

• Тот, кто не шокирован квантовой механикой, еще не понял ее. (Нильс Бор)
• Если это окажется правдой, я брошу физику. (Макс фон Лауэ, о волновых свойствах электронов)
• Если бы я знал, что мы не избавимся от этих проклятых квантовых прыжков, я бы никогда не ввязался в это дело! (Эрвин Шредингер)
• Вселенная не только более странная, чем мы думаем, но и более странная, чем мы можем себе представить. (Вернер Гейзенберг)
• Думаю, я могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику. (Ричард Фейнман)
• Бог не только играет в кости, Он также иногда бросает кости так, что их не видно. (Стивен Хокинг, не лауреат Нобелевской премии, о черных дырах)

Можете ли вы кратко изложить суть квантовой механики в одном или двух предложениях?

Конечно. Суть в том, что все состоит из элементарных волн. Их динамика соответствует либо детерминированному уравнению Шредингера, либо вероятностному коллапсу. Последнее относится к задаче измерения. Хотя вероятностная природа его исхода очень хорошо описана, причина его возникновения до сих пор не понята.