Кот в коробке живой и мертвый: Кот Шрёдингера | Бестиарий мысленных экспериментов

Содержание

Кот Шрёдингера | Бестиарий мысленных экспериментов

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 [ссылка].
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 [ссылка].
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:

Ссылки

Кот Шрёдингера – что это такое, история мема, Эрвин Шрёдингер

Кот Шрёдингера – мысленный эксперимент физика Эрвина Шрёдингера, суть которого заключается в том, что кот в коробке одновременно жив и мертв. Таким образом ученый доказывал неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

Происхождение

Австрийский физик-теоретик Эрвин Шрёдингер в 1935 году в статье “Текущая ситуация в квантовой механике” (Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik) в издании Naturwissenschaften предложил эксперимент с котом в коробке. 

Берем кота и помещаем в коробку. В коробке находится атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Вероятность распада ядра – 50%, если он состоится, емкость с газом откроется и кот умрет. Если распад не происходит – кот жив. Согласно основам квантовой механики, до того, как мы откроем коробку, кот находится в состоянии квантовой суперпозиции – то есть во всех состояниях одновременно.

Получается, что в системе “кот-ядро” кот может быть жив или мертв с одинаковой вероятностью в 50%. Или же он одновременно и жив, и мертв.

Популярность в интернете

Впервые в интернете вопрос с котом Шрёдингера обсуждали в мае 1990 года на форуме Usenet’s sci.physics. 9 августа 2000 года на форуме вопросов-ответов Straight Dope опубликовали поэму, посвященную коту Шрёдингера.

В августе 2004 года онлайн-магазин ThinkGeek начал продавать футболки с надписью “Кот Шрёдингера умер”.

4 января 2006 года в серии комиксов Xkcd вышел комикс Шредингера.

” – Последняя панель этого комикса смешная и несмешная одновременно. Пока ты не прочтешь его, нельзя сказать, каким он окажется в конце.

– Чёрт”

2 июня 2007 года на сайте I Can Has Cheezburger опубликовали картинку кота в коробке с подписью: “В твоей квантовой коробке…один кот…возможно”.

1 июня 2008 года на Reddit выложили картинку в стиле древних объявлений о поиске преступников: “Разыскивается кот Шрёдингера. Живой или мертвый. В последний раз его видели перед тем, как закрылась коробка”.

23 июня 2010 года комикс “Сексуальная кошка Шрёдингера” опубликовал сайт Buzzfeed.

19 августа 2010 года на YouTube появилась пародия на кота Шрёдингера с мемом Nyan Cat.

Венцом популярности кота Шрёдингера стал посвященный ему дудл Google, который появился 12 августа 2013 года – в день 126-летия Эрвина Шрёдингера.

Отсылки в популярной культуре

Значительную роль в популяризации кота Шрёдингера в массовой культуре сыграли фильмы, сериалы, книги и компьютерные игры, где упоминался этот эксперимент. Приведем лишь некоторые примеры.

В 16 серии шестого сезона “Футурамы” полицейские задерживают Шредингера и его кота.

Во второй серии первого сезона “Рик и Морти” главные герои встречаются с котами Шрёдингера в параллельной реальности.

Шелдон Купер в “Теории большого взрыва” с помощью теории о коте Шрёдингера объяснял Пенни, как работают отношения между мужчинами и женщинами.

Значение

Кот Шрёдингера – не только интернет-мем, но и герой массовой культуры. Кот, который одновременно и жив, и мертв, символизирует некую двузначность. Про Шредингера вспоминают, когда что-то является одновременно смешным и нет, или когда что-то одновременно запрещено и разрешено. Например, светофор, у которого одновременно горит красный и зеленых сигнал – светофор Шрёдингера.

Галерея

Материал дополнен редакцией. Хочешь попасть в Мемфис? Регистрируйся на сайте и делись своими находками из интернета. Лучшие материалы попадут на главную страницу сайта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Квантовая психология. Часть IV. Кот Шрёдингера и Мышь Эйнштейна. Глава XXI. Друг Вигнера, или Детективная история — Гуманитарный портал

Другой Нобелевский лауреат, доктор Юджин Вигнер, привнёс новый, более сложный поворот в проблему Кота Шрёдингера, получив при этом выводы, одновременно и схожие с созданной наблюдателем антропной вселенной Уилера, и поразительно отличающиеся от неё.

Пожалуйста, не забывайте, что мы всегда имеем дело с вероятностями, а не определённостями, поэтому не стоит так волноваться, когда мы достигаем очередного поворота извилистой желтой кирпичной дороги квантовой психологии.

В первичной постановке проблемы Кота мы имели физика в лаборатории, коробку, кота внутри коробки, шарик, наполненный ядовитым газом, и некоторый процесс радиоактивного распада, который рано или поздно приведёт к взрыву шарика и смерти кота. Мы обнаружили, что, пока коробка закрыта, уравнения, описывающие квантовый распад, имеют решение, в котором утверждения «кот мертв» и «кот ещё жив» являются в равной мере «истинными», или в равной мере «ложными», или, наконец, имеют вероятность 50 процентов. Пользуясь логикой фон Неймана, мы могли бы сказать, что оба утверждения находятся в состоянии «может быть», как монетка, подброшенная в воздух.

Когда мы открываем коробку, мы обнаруживаем либо живого, либо мёртвого кота, и «может быть» исчезает, как и в случае с монеткой, которая приземляется орлом или решкой вверх. Таким образом, мы разрушили вектор состояния, открыв коробку.

Отлично, но давайте теперь взглянем на ситуацию глазами другого физика, находящегося за пределами лаборатории. Вигнер назвал второго наблюдателя Другом физика из лаборатории, поэтому новая проблема получила название Парадокс Друга Вигнера.

По прошествии десяти минут, как и в нашем первоначальном примере, физик в лаборатории, Эрнест, открывает коробку и обнаруживает, что кот жив. (Мне больше нравится счастливый исход.)

Для Эрнеста, таким образом, вектор состояния «разрушился». Вероятности теперь описываются не как «на 50 процентов живой и на 50 процентов мёртвый», а как «на 100 процентов живой и на 0 процентов мёртвый».

Однако Юджин — Друг, находящийся в коридоре, — ещё об этом не знает. С его точки зрения, Эрнест в лаборатории находится, как и вся экспериментальная система, в состоянии «может быть». На более конкретном уровне, Эрнест состоит из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из «частиц» и (или) «волн», которые подчиняются квантовым законам, поэтому ему будет соответствовать некий вектор состояния… пока он не откроет дверь лаборатории, не просунет в неё голову и не объявит: «Тэбби ещё не умер». Тогда для Юджина вектор состояния будет разрушен сообщением о результате.

Безусловно, все мы состоим из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из «частиц» и (или) «волн», и все мы пребываем в различных состояниях «может быть», пока не сделаем выбор в экзистенциальном смысле.

В промежутках между выборами мы, очевидно, возвращаемся в состояние «может быть». «Существование предшествует сущности», помните?

Итак, с точки зрения Юджина в коридоре, мы все содержим квантовую неопределённость. Только когда Юджин непосредственно нас наблюдает, эта квантовая неопределённость «коллапсирует», превращаясь в определённое «он это сделал» или «он этого не делал».

На другом берегу океана другой физик, Элизабет, нетерпеливо ждёт результата этого смертоносного эксперимента.

С её точки зрения, вектор состояния не коллапсирует, когда Эрнест сообщает Юджину: «Кот жив». В мире Элизабет вектор состояния коллапсирует, только когда Юджин бежит к телефону, факсу, компьютеру или чему-либо ещё и передаёт сигнал: «На этот раз кот жив». Для Элизабет вектор состояния коллапсирует с приходом этого сигнала. Таким образом, в её вселенной именно этот сигнал разрушает вектор состояния.

Четвёртый физик, Робин, беспокойно ждёт вестей от Элизабет… и в мире Робина вектор состояния все ещё не коллапсировал…

И так далее… для любого числа наблюдателей.

Кажется, мы вернулись к фоннеймановской катастрофе бесконечного регресса, только в другой форме.

Некоторые попытаются избежать очевидных следствий при помощи заявления, что вектор состояния существует только как математическая формула в головах людей, причём не всех, а только физиков. В этом случае проблема Друга Вигнера не имеет такого радикального значения, как открытая Эйнштейном относительность показаний приборов. Ведь относительность здесь (того, когда вектор состояния коллапсирует) существует лишь в наших понятиях, тогда как эйнштейновская относительность существует в показаниях измерителей.

Это возражение игнорирует фундаментальное открытие квантовой механики, добрую дюжину формулировок которого я уже привёл ранее в этой книге, но которое до сих пор остаётся настолько «чуждым» аристотелевской культуре, что мы постоянно о нём забываем. Данное открытие заключается в следующем:

  1. Мы не можем делать осмысленных утверждений о некотором предполагаемом «реальном мире» или некоторой «глубокой реальности», лежащей в основе «этого мира», или некоторой «истинной реальности», и так далее, не учитывая самих себя, наших нервных систем и других инструментов.

    Любое утверждение, которое мы делаем относительно подобной «глубокой» реальности, существующей отдельно от нас, никогда не может стать объектом доказательства или опровержения и поэтому «не имеет смысла» (является «шумом»).

  2. Любое бессмысленное научное, экзистенциальное или феноменологическое утверждение сообщает о том, каким образом наши нервные системы или другие инструменты восприняли то или иное событие (события) в пространстве-времени. Читатель уже познакомился с несколькими вариациями этой идеи и выполнил упражнения, помогающие (как я надеюсь) прояснить её экспериментально. Тем не менее аргумент Вигнера некоторым из вас, вероятно, все ещё кажется немного «странным». Но ведь он касается только вероятностей, как я уже отметил в начале этой главы, и 1) не описывает «глубокую» реальность, отдельную от нас, а также 2) не описывает тип «реальности», который мы воспринимаем посредством нашей нервной системы и других инструментов, поэтому аргумент Вигнера можно расценивать как имеющее смысл научное высказывание.

Попробуем в обратном порядке. Вердикт «здравого смысла» гласил бы: «Чертов кот либо жив, либо мертв, даже если никто и никогда не откроет коробку». Так как, по определению, это утверждение невозможно проверить, оно бессмысленно. Как только мы начинаем его проверять и кто-либо заглядывает в коробку, «здравый смысл» и аристотелевская «реальность» исчезают и появляется операциональная неаристотелевская «реальность». Короче говоря, как только имеет место проверка, мы вступаем в область науки, экзистенциализма и высказываний, имеющих смысл. Без проверки мы остаёмся в области шума — «много слов и страсти, нет лишь смысла», как сказал Бард 41.

Утверждение «кот является или живым, или мёртвым, даже если никто не смотрит», если подумать, сверхъестественным образом напоминает другое известное «идентификационное» утверждение — «хлеб является телом Иисуса, даже если любой прибор показывает, что это просто хлеб». Подобные не-инструментальные, не-экзистенциональные «истины» хороши в сюрреалистической живописи или поэзии — они могут стимулировать творчество, воображение и так далее, — однако они не содержат информации или смысла ни в каком феноменологическом контексте.

Но до сих пор остаётся неопределённым понятие «мы».

Если определить «нас» как людей в лаборатории, тогда имеющая смысл речь начинается с открытием коробки. Если определить «нас» как людей, толкущихся в коридоре вместе с Другом Вигнера, имеющая смысл речь начинается, когда Эрнест открывает дверь лаборатории и сообщает: «Кот жив». Если определить «мы» как физиков, находящихся за океаном, имеющая смысл речь начинается с приходом к ним электронного сигнала… Знаю, знаю: всё это звучит слишком странно… Именно поэтому Эйнштейн напоминал нам: «Здравый смысл говорит нам о том, что Земля плоская».

Заметьте, пожалуйста, что, хотя утверждение «кот либо жив, либо мертв, даже если никто не смотрит» можно отнести к категории бессмысленных, утверждения «кот мертв» и «кот жив» в неё не попадают.

Они относятся к категории неопределённых. Помните разницу между неопределённостью и бессмыслицей?

Таким образом, утверждение «Кто-то положил под стол бомбу с часовым механизмом» не является бессмысленным, даже если никто и не заглядывал под стол. Весьма велики шансы, что кто-нибудь туда заглянет, если произнести это утверждение вслух. Вероятно, заглянул бы каждый… Это утверждение остаётся «неопределённым» в отрезок времени между моментами его произнесения и тщательной проверки под столом. Затем оно становится либо «истинным», либо «ложным».

Поняли?

Неаристотелевская логика имеет дело с экзистенциально-операциональными вероятностями. Аристотелевская логика имеет дело с определённостями, и, ввиду того что на протяжении всей нашей жизни этих определённостей нам не хватает, аристотелевская логика подсознательно программирует нас на выдумывание фиктивных определённостей.

Эта погоня за фиктивными определённостями, по моему мнению, лежит в основе большинства идеологий и почти всех религий нашей планеты.

Упражнения

  1. Классифицируйте следующие утверждения как истинные, ложные, бессмысленные или просто на данный момент неопределённые.

    А. Несколько мёртвых инопланетян спрятаны в ангаре на базе ВВС США в Эдвардсе.

    Б. В этом упражнении содержится тринадцать утверждений.

    В. Все утверждения в этом упражнении ложны.

    Г. Хороший полицейский никогда не берет взяток.

    Д. Функция образования — убивать любопытство, поощрять покорность и готовить безмозглых лентяев для работы в корпорациях.

    Е. Горбачёв имеет преимущество над всеми остальными членами Политбюро, так как остаётся трезвым, когда все они напиваются.

    Ж. Утверждение Б ложно.

    З. Утверждение Ж ложно.

    И. Бог любит всех, даже серийных убийц, насильников и агентов ЦРУ.

    К. Все утверждения в некотором смысле истинны, в некотором смысле ложны, в некотором смысле бессмысленны, в некотором смысле истинны и ложны, в некотором смысле истинны и бессмысленны, в некотором смысле ложны и бессмысленны, в некотором смысле ложны, истинны и бессмысленны.

  2. Попробуйте прожить один день с таким (вероятно) самоосуществляющимся ожиданием: «Я глуп, непривлекателен и никому не нравлюсь».
  3. Попробуйте прожить один день с такой программой: «Я великолепен, привлекателен и всем нравлюсь».
  4. Решите, какое из этих двух упражнений понравилось вам больше, и попробуйте прожить с этой программой целый месяц.

Понаблюдайте за старыми программами, которые пытаются вернуться, вмешиваясь в упражнение.

Физики вывели новую “породу” кота Шредингера — Российская газета

Ученые из Йельского университета вывели новую “породу” кота Шредингера,”разрезав” его пополам, сообщает РИА Новости. Теперь знаменитый персонаж может быть не только живым и мертвым, но и находиться сразу в двух разных точках одновременно.

Кот Шредингера – это участник мысленного эксперимента, предложенного физиком Эрвином Шредингером еще в 1935 году. Суть такова: в закрытый ящик помещаются кот и специальный аппарат, открывающий емкость с ядом. Механизм сработает только тогда, когда распадется радиоактивный атом. А это, в свою очередь, может случиться или же не случиться. В итоге, пока коробку не открыли, кота можно считать одновременно и живым и мертвым.

Этот эксперимент связан с термином “квантовая суперпозиция” – совокупностью всех состояний, в которых одновременно может находиться кот.

Недавно физику Роберту Шоелкопфу вместе с коллегами из Йельского университета удалось создать усовершенствованную модель квантового “животного”. Они научившись разделять его на отдельные части.

Ящик для их “кота” был модифицирован в два связанных между собой микроволновых резонатора, внутри которых фотоны (частицы света) могут существовать только на определенных длинах волн.

Если в эти камеры запустить несколько “запутанных” между собой на квантовом уровне фотонов, то всю конструкцию можно считать единым котом Шредингера, разделенным на две части. То, что происходит в одном из резонаторов, будет отражаться на судьбе частиц во второй камере. При этом о существовании “кота” можно узнать, только если открыть оба “ящика”.

“Коты” у физиков из Йеля получились достаточно крупными, состоящими более чем из 80 фотонов. Возможно, этот эксперимент поможет ученым понять, почему мы не видим “странностей” квантовой механики в повседневной жизни. Кроме того, новый “кот” может быть полезен в разработке квантовых компьютеров, так как его новая “клетка” оказалась ячейкой квантовой памяти с пока рекордным сроком работы.

Статья, посвященная новому исследованию, опубликована в журнале Science.

Кот Шредингера – Значение и примеры

Возможно, кто-то из вас слышал такое словосочетание, как «кот Шредингера». Однако для большинства людей это название ни о чем не говорит.

Если вы считаете себя мыслящим субъектом, и даже претендуете на роль интеллектуала, то следует обязательно узнать, что собой представляет кот Шредингера, и почему он стал знаменит в науке.

Кот Шредингера – это мыслительный эксперимент, предложенный австрийским физиком теоретиком Эрвином Шредингером. Этот талантливый ученый получил в 1933 г. Нобелевскую премию по физике.

Посредством своего знаменитого эксперимента ему хотелось показать всю неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

Эрвин Шредингер пытался пояснить свою теорию на оригинальном примере кота. Он хотел сделать это максимально просто, чтобы его мысль была понятна любому человеку.

Удалось ему это или нет, вы узнаете, дочитав статью до конца.

Суть эксперимента Кот Шредингера

Свою теорию физик опубликовал в 1935 году. Приведем выдержку из оригинальной статьи Шрёдингера, где он описал эксперимент. Не пугайтесь, если сразу будет непонятно, – ниже мы постараемся все объяснить простыми словами.

Предположим, что некий кот заперт в стальной камере вместе с такой адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится столь крохотное количество радиоактивного вещества, 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.

Иначе говоря, мы имеем ящик и кота. В ящике установлено устройство с радиоактивным атомным ядром и емкостью с ядовитым газом.

В ходе опыта, вероятность распада иле не распада ядра приравнивается к 50%. Следовательно, если оно распадается – животное умрет, а если ядро не распадается – кот Шредингера останется жить.

Запираем кота в ящик, и на протяжении часа ждем, размышляя над бренностью жизни.

По законам квантовой механики ядро (а, следовательно, и сам кот), одновременно может быть во всех возможных состояниях (см. квантовая суперпозиция).

До того момента, пока ящик еще не открыт, система «кот-ядро» предполагает два варианта исхода событий: «распад ядра – кот мертв» с вероятностью 50%, и «распада ядра не случилось – кот жив» с той же долей вероятности.

Выходит, что кот Шредингера, сидящий внутри ящика, в одно и то же время жив и мертв.

Трактовка копенгагенской интерпретации гласит, что при любом раскладе кот жив и мертв одновременно. Выбор распада ядра наступает не тогда, когда мы вскрываем ящик, а ещё когда ядро попадает в детектор.

Это происходит из-за того, что редукция волновой функции системы «кот-детектор-ядро» никак не взаимосвязана с наблюдающим со стороны человеком. Она непосредственно связана с детектором-наблюдателем атомного ядра.

Кот Шредингера простыми словами

По законам квантовой механики, в том случае, если над атомным ядром не будет происходить наблюдения, оно может быть двойственным: то есть, распад либо случится, либо нет.

Из этого следует, что кот, находящийся в ящике и представляющий собой ядро, в одно и то же время может быть и живым, и мертвым.

Но в миг, когда наблюдатель решит вскрыть ящик, ему удастся увидеть лишь одно из 2-х возможных состояний.

Но теперь возникает закономерный вопрос: когда именно система прекращает свое существование в двойственном виде?

Благодаря этому опыту, Шредингер привел аргументы касательно того, что квантовая механика является неполной без определенных правил, объясняющих, в каких случаях наступает коллапс волновой функции.

Учитывая же тот факт, что кот Шредингера рано или поздно должен стать либо живым, либо мертвым, то это будет аналогично и для атомного ядра: атомный распад или произойдет, или нет.

Суть опыта человеческим языком

Шредингер на примере кота, хотел показать, что согласно квантовой механике, животное будет одновременно, как живым, так и мертвым. Это, по сути, невозможно, из чего делается вывод, что квантовая механика на сегодняшний день имеет существенные изъяны.

Видеоролик из «Теории большого взрыва»

Персонаж сериала Шелдон Купер пытался разъяснить своей «недалекой» подруге суть эксперимента Кот Шредингера. Для этого он использовал пример отношений между мужчиной и женщиной.

Чтобы узнать, какие у них взаимоотношения достаточно лишь вскрыть ящик. А пока он будет закрыт, их отношения могут быть одновременно, как положительными, так и отрицательными.

Выжил ли кот Шредингера после опыта?

Если кто-то из наших читателей волнуется за кота, то вам стоит успокоиться. В ходе опыта ни один из котов не погиб, а сам Шредингер назвал свой эксперимент мысленным, то есть таким, который проводится исключительно в уме.

Надеемся, что вы поняли, в чем заключается суть эксперимента Кот Шредингера. Если у вас остались вопросы – можете задавать их в комментариях. Ну и, конечно, поделитесь этой статьей в социальных сетях.

Если вам нравятся интересные факты – подписывайтесь на сайт InteresnyeFakty.org любым удобным способом. С нами всегда интересно!

Понравился пост? Нажми любую кнопку:

Интересные факты:

История кота Шредингера, который пострадал за науку. Или не пострадал — физики до сих пор не могут договориться

Физик-теоретик Эрвин Шредингер сделал в жизни много важных вещей. Он получил Нобелевскую премию, был почетным профессором в десятке стран, писал стихи, а еще занимался философией и биологией. Вот только всему современному миру он известен как человек, который додумался запихнуть кота в смертельную ловушку.

Мы в AdMe.ru решили раз и навсегда разобраться с парадоксом кота Шредингера. Оказывается, все не так уж и сложно.

Эрвин Шредингер

Шредингер умудрился приобрести репутацию чудака даже среди коллег, которые сами-то часто бывают оторваны от жизни. Ученый одевался так небрежно, что его не хотели пускать в гостиницу, потому что принимали за бродягу. Однажды на важной конференции Шредингер отказался говорить о ядерной энергии и прочел лекцию по философии.

Вот такой неоднозначный человек решил потроллить научную общественность и придумал жестокий эксперимент с участием кота и смертельного газа. К счастью, ни один котик не пострадал. А все потому, что эксперимент был мысленным и все происходило только в воображении отдельно взятого физика.

Пару слов о квантовой механике

Вот простой пример работы квантовой физики. Возьмите 2 пустых спичечных коробка. В один из них положите спичку — это объект нашего привычного макромира. Теперь вы можете сказать, что спичка лежит только в одном коробке, а в другом ничего нет. Так работает привычная нам ньютоновская физика.

Все меняется, если вместо спички взять электрон: он будет находиться одновременно в 2 коробках. Так работают законы квантовой физики.

Квантовая механика говорит нам о том, что любая квантовая частица (фотон, электрон, ядро атома и т. п.) находится сразу в нескольких состояниях или в нескольких точках пространства. В микромире частиц не работают привычные нам ньютоновские законы физики.

Частицы ведут себя по своим собственным правилам: они находятся в суперпозиции, т. е. в 2 или более траекториях либо в 2 или более точках пространства одновременно. Здорово, правда?

Кот Шредингера

С чем был не согласен Шредингер? Физик хотел показать, что есть классическая физика (описывает большие объекты) и квантовая физика (описывает крохотные объекты вроде атомов), а точных правил перехода от квантовой системы к макросистеме не существует.

Внимание, знатоки. Когда перестают действовать законы микромира и где начинается макромир? Для поклонников квантовой механики это был больной вопрос. Пришел Шредингер со своим котом и запутал всех окончательно.

В 1935 году физик провел свой знаменитый мысленный эксперимент. Оригинал текста на немецком есть тут. Ну а мы перевели его для вас с языка ученых на язык простых людей.

  • В закрытый стальной ящик помещают кота.
  • Кроме кота в ящике есть адская машина с радиоактивным ядром и ядовитым газом. Газ находится в запечатанном стеклянном сосуде.
  • Радиоактивное ядро может распасться в течение 1 часа. А может и не распасться. Вероятность события — 50 %. (Примечание: распад ядра — самый легкий пример, который пришел ученому в голову, потому что в данном случае у ядра есть только 2 варианта. Если бы он взял какую-то другую переменную, результаты эксперимента трудно было бы предсказать.)
  • Если ядро распадется, котику не повезет. Потому что распад ядра будет зафиксирован счетчиком Гейгера, сработает реле, и специальный молоточек разобьет ампулу с токсичным газом. Кот мертв.
  • Если ядро не распадается, кот остается жив.

По законам квантовой механики в то время, пока ящик закрыт, радиоактивное ядро и наш многострадальный кот находятся в 2 состояниях одновременно. Ядро распалось / не распалось, а кот Шредингера жив / мертв. Если наблюдатель откроет крышку, то увидит либо мертвого кота (ядро распалось), либо живого и удивленного кота (ядро цело).

Но мы-то знаем, что кот не может быть и жив, и мертв одновременно. Может, и с ядром происходит то же самое?

Парадокс Шредингера

Чтобы понять суть эксперимента Шредингера, нужно познакомиться с еще одним принципом квантовой механики — парадоксом наблюдателя.

Радиоактивное ядро, которое грозит нашему котику, находится в суперпозиции ровно до тех пор, пока мы не наблюдаем за системой. Как только к системе подключается наблюдатель и пытается посмотреть, что вообще происходит, ядро (атомы, фотоны) наконец-то определяется и занимает некую позицию.

Если за системой никто не наблюдает (не лезет в ящик со своими измерительными приборами), то ядро распалось / не распалось одновремененно.

Но кот — совсем другое дело. Он совершенно точно жив или совершенно точно мертв. Потому что на котика, т. е. макросистему, не действуют квантовые законы — он состоит из множества разных частиц. Радиоактивное ядро находится в одном мире, а котик живет в мире больших вещей.

Коту все равно, когда вы откроете крышку. Это ядро распадется / не распадется, когда появится наблюдатель. А кот будет либо жив, либо мертв независимо от того, смотрите вы на него или нет.

Откуда ядро «знает», что за ним наблюдают? Когда люди или приборы начинают наблюдение или измерение, частицы переживают волновой (квантовый) коллапс: какое-то время они были в состоянии неопределенности (у них было много вариантов), а измерение / наблюдение определяет положение ядра в пространстве / времени. Говоря простыми словами, ядро из микромира попадает в макромир. Оно покидает зону действия законов квантовой физики и попадает под действие ньютоновской физики.

Выводы

Шредингер намеренно смешал теплое с мягким. Он поместил в один эксперимент объект микромира и макромира. Хотя их взаимодействие невозможно просто потому, что у кота и у ядра свои законы физики.

Ученый добился своего и показал, что законы квантовой физики нуждаются в уточнении. А наблюдатель при работе с объектами макромира не играет никакой роли. Иначе судьбу кота решал бы человек, который откроет крышку железного ящика.

Объяснение от Шелдона Купера

Если к концу нашей статьи ваши мозги начинают кипеть, вот вам объяснение Шелдона Купера из сериала «Теория Большого взрыва». Главный ботан сериала применил теорию к отношениям между людьми. Чтобы понять, какие отношения между мужчиной и женщиной, нужно открыть железный ящик (пойти на свидание). Пока ящик закрыт, отношения и хорошие, и плохие одновременно.

Кот Шредингера постепенно стал физико-математическим мемом. В научно-фантастических книгах, кино и сериалах этот парадок упоминается регулярно. Хотя, конечно, о главном смысле эксперимента никто уже не помнит.

Иллюстратор Natalia Breeva специально для AdMe.ru

Авторский профиль – Кот Шредингера

Кот Шредингера 

 

Шрёдингер ходил по комнате в поисках нагадившего котёнка,

а тот сидел в коробке ни жив ни мертв. 

 

«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.

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.

 

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.

 

 

Проникновение в культуру 

 «Террористы Шрёдингера» — так иногда называют террористов, про которых неизвестно, живы они или убиты или об этом ходят противоречивые слухи.

 

Говорят, что в базе данных Сервера мертвецов, на котором отслеживается кто из знаменитостей жив, а кто уже умер, про кота Шрёдингера однажды было написано, что он «не мёртв», причём слово «не» было отмечено тегом HTML для мигания, в результате чего фраза выглядела то как «кот Шрёдингера мёртв», то как «кот Шрёдингера не мёртв».

 

В одной из серий научно-фантастического сериала «Звездные врата SG-1» появляется кот с кличкой Шрёдингер, тоже названный так в шутку.

 

У главного героя научно-фантастического сериала «Скользящие» тоже есть кот по имени Шрёдингер.

 

В научно-фантастических романах Дэна Симмонса Эндимион и Восход Эндимиона один из главных героев, Рауль Эндимион, будучи приговоренным к смертной казни, проводит 13 месяцев в “кошачьем ящике” Шрёдингера в качестве кота.

“Я пишу эти строки в «кошачьем ящике» Шредингера, который вывели на орбиту вокруг Армагаста, где объявлен карантин. Ящик представляет собой гладкостенный эллипсоид, шесть на три метра в поперечнике, который я при всем желании не покину до самой смерти. Обстановка моего крохотного спартанского мирка такова: система рециркуляции воздуха и воды, койка, синтезатор пищи, узкая стойка, которая служит одновременно обеденным и письменным столом, а также туалет, раковина и душ, почему-то отделенные от всего остального пластиковой перегородкой. Учитывая, что меня никто не навещает, подобная забота о соблюдении приличий кажется насмешкой. Я располагаю палетой и пером; дописав очередную страницу, переношу текст на микровелен, который производит система рециркуляции. Единственное, что меняется с течением времени в моем мирке, – толщина стопки веленевых листов. В корпусе «ящика» спрятана капсула с отравляющим газом. Она вмонтирована в воздушный фильтр, и всякая попытка добраться до нее или проделать дыру в корпусе приведет к тому, что внутрь начнет поступать цианид. Кроме того, в статико-динамическом поле «ящика» находятся счетчик радиации, изотопный элемент и таймер. Мне не суждено узнать, когда именно таймер включит счетчик, когда, крохотный изотоп лишится свинцовой оболочки, когда в камеру устремится поток частиц… Но в ту секунду, когда это случится, Я пойму, что счетчик заработал, и успею еще ощутить перед смертью запах горького миндаля. Надеюсь, все произойдет быстро. С технической точки зрения, если вспомнить древние загадки квантовой механики, я сейчас не жив и не мертв. Пребываю в подвешенном состоянии, плещусь в волнах вероятности, которые предназначались когда-то для кошки в мысленном эксперименте Шредингера.


В японском комиксе (манге) Hellsing, а также в одноименном аниме (Hellsing OVA) действует персонаж по имени Шрёдингер (мальчик в форме гитлерюргенда с кошачьими ушами), который является наполовину человеком, наполовину котом. Этот персонаж обладает способностью телепортироваться («быть везде и нигде») и абсолютно неубиваем, так как является, подобно классическому коту Шрёдингера, ни живым и ни мертвым.

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. Это создание существует на всех слоях сумрака и аргессивно реагирует на любые проявления сверхъестественных способностей, в силу чего используется для усмирения конвоируемого мага.

 

В книге Роберта Хайнлайна «Кот, проходящий сквозь стены» в последней трети книги появляется кот Пиксель, умеющий проходить сквозь стены и называющийся в шутку Котом Шрёдингера.

 

В книге Терри Пратчетта «Кот без дураков» в юмористической форме описывается порода т. н. «Шрёдингеровских котов», произошедших от того самого кота Шрёдингера.

“Ученые не учли только одно важное обстоятельство. Экспериментатор, может, и не знает, что происходит в ящике, зато кот знает. Еще бы ему не знать! Сэмюэль Джонсон как-то заметил, что ничто так не помогает сосредоточиться, как близость виселицы. У кота в ящике положеньице не лучше: «Сейчас этот тип в белом халате откроет крышку. А ну как он обнаружит, что я уже окочурился?» Тут уж поневоле станешь проявлять чудеса сообразительности. Напуганный мрачным предчувствием — или насмотревшись на кванты, порхающие по лаборатории, — кот шмыгнул в другое время (пространство) — и поминай как звали. Позднее несколько растерянного кота нашли в чулане дворника. Эволюция быстро подхватывает всякую новую идею. Потомки подопытного кота унаследовали эту необычную способность выходить из любой передряги. А потомство у него было весьма и весьма многочисленное. Еще бы — с его-то талантом. Соответствующие гены оказались такими стойкими, что сегодня Шрёдингеровская порода заметна уже во многих котах. Она проявляется в умении проникать в запертые помещения и выбираться оттуда. Под «помещениями» мы подразумеваем не только комнаты и дома, но также холодильники, коробки, в которых вы везёте кота к ветеринару («Ей-богу, я его сам туда посадил!»), и многое другое. Если вы вчера вечером вышвырнули кота из дома, а утром он мирно почивает у вас под кроватью, значит, это Шрёдингеровский кот.”

Также этот мысленный эксперимент не раз упоминается в других произведениях Пратчетта, например, в романе «Дамы и господа»:

“- Штаны Времени, — повторил Чудакулли. — Один «ты» спускается по одной штанине, а второй «ты» — по другой. Куда ни погляди, сплошные контининуумы. Вот когда я был молодым, существовала нормальная вселенная, одна-единственная, и больше ничего, и волноваться следовало только о том, чтобы из Подземельных Измерений не прорвались какие-нибудь Твари. Вселенная была реальной, и ты знал, как себя вести. Теперь же выясняется, что вселенных миллионы. Ещё эта кошка поганая, которую можно засунуть в ящик, и она будет живой и мёртвой одновременно… И всякое такое.

С формальной точки зрения, кот, закрытый в ящике, может быть либо живым, либо мертвым. Но определить это можно, только открыв крышку. Именно это действие, связанное с открыванием ящика, определяет состояние кота, хотя ученые ошибаются — на самом деле состояний у кота может быть три, а именно: Живой, Мертвый и Вне Себя От Бешенства.”

 

 

Физика, стоящая за парадоксом кота Шредингера

Его мысленный эксперимент с кошачьим парадоксом стал основным продуктом поп-культуры, но именно работа Эрвина Шредингера в области квантовой механики закрепила его статус в мире физики.

Физику, лауреату Нобелевской премии, в понедельник исполнилось бы 126 лет, и в ознаменование его рождения компания Google отметила его рождение фигуркой на тему кошки, которая отдает дань уважения парадоксу, предложенному Шредингером в 1935 году в следующем теоретическом эксперименте.

Кошку помещают в стальной ящик вместе со счетчиком Гейгера, пузырьком с ядом, молотком и радиоактивным веществом. Когда радиоактивное вещество распадается, Гейгер обнаруживает его и запускает молоток, чтобы выпустить яд, который впоследствии убивает кошку. Радиоактивный распад – случайный процесс, и невозможно предсказать, когда он произойдет. Физики говорят, что атом существует в состоянии, известном как суперпозиция, когда он распался и не распался одновременно.

Пока коробку не откроют, наблюдатель не знает, жива кошка или мертва – потому что судьба кошки неразрывно связана с тем, распался ли атом, и кошка, как выразился Шредингер, будет “живой” и мертв…. в равных частях », пока не будет наблюдаться. (Больше физики: Физика водных горок.)

Другими словами, пока ящик не был открыт, состояние кошки полностью неизвестно, и поэтому кошка считается живой и мертва одновременно, пока его не заметят.

“Если вы поместите кошку в коробку, и если нет возможности сказать, что кошка делает, вы должны относиться к ней так, как если бы она делала все возможные вещи – быть живым и мертвым одновременно », – объясняет Эрик Мартелл, доцент физики и астрономии в Милликинском университете.”Если вы пытаетесь делать прогнозы и предполагаете, что знаете статус кошки, вы [вероятно] ошибетесь. Если, с другой стороны, вы предположите, что это комбинация всех возможных состояний, может быть, ты будешь прав “.

Сразу же взглянув на кошку, наблюдатель сразу узнает, жива кошка или мертва, и «суперпозиция» кошки – идея, что она была в обоих состояниях – разрушится либо до знания, что «кошка есть жив »или« кот мертв », но не то и другое одновременно.

Шредингер разработал парадокс, говорит Мартелл, чтобы проиллюстрировать точку зрения квантовой механики о природе волновых частиц.

«В конце 1800-х и начале 1900-х мы обнаружили, что действительно очень маленькие вещи не подчиняются законам Ньютона», – говорит он. «Таким образом, правила, которые мы использовали для управления движением шара, человека или машины, нельзя было использовать для объяснения того, как работает электрон или атом».

В основе квантовой теории, которая используется для описания поведения субатомных частиц, таких как электроны и протоны, лежит идея волновой функции.Волновая функция описывает все возможные состояния, которые могут иметь такие частицы, включая такие свойства, как энергия, импульс и положение.

«Волновая функция – это комбинация всех возможных волновых функций, которые существуют», – говорит Мартелл. «Волновая функция частицы говорит о некоторой вероятности того, что она может находиться в любом разрешенном положении. Но вы не можете обязательно сказать, что знаете, что она находится в определенном положении, не наблюдая за ней. Если вы поместите электрон вокруг ядра, он может иметь любое из разрешенных состояний или позиций, если мы не посмотрим на это и не узнаем, где оно находится. «

Это то, что Шредингер иллюстрировал парадоксом кошки», – говорит он.

«В любой физической системе без наблюдения нельзя сказать, что что-то делает», – говорит Мартелл. вещи, которые он может делать, даже если вероятность мала ».

Кот Шредингера теперь жив – и мертв

Ученые только что продвинули знаменитый мысленный эксперимент Шредингера с кошкой на ступеньку выше, разрезав этого бедного старого гипотетического кота пополам, засунув его в две коробки и подтвердив, что он все еще выживает – и не выживает – даже когда его двое.

А вы хотите узнать лучшую часть этого эксперимента? Команда взяла все это за рамки чистой теории и фактически провела в лаборатории. Но не волнуйтесь, кошки при этом не пострадали.

Прежде чем мы углубимся в детали нового эксперимента, давайте рассмотрим основы первоначального мысленного эксперимента Шредингера с кошкой.

Гипотетический сценарий: вы помещаете живую кошку во взрывозащищенный ящик с бомбой. Пока вы не откроете коробку, вы не поймете, взорвалась ли бомба и кошка умерла, или, может быть, бомба не взорвалась, а кошка все еще жива.

Пока ящик закрыт, кот занимает две реальности – с нашей точки зрения. Он мертв и жив, потому что мы не можем подтвердить, какой именно, но мы знаем, что это не может быть ни то, ни другое.

В квантовой физике нахождение в двух разных состояниях одновременно известно как состояние суперпозиции, и это вся основа квантовых вычислений, которые настроены революционизировать то, как мы обрабатываем данные в будущем.

Конечно, открывая коробку, мы не можем изменить реальность того, что на самом деле там уже произошло – то, что мертво, мертво, а то, что живое и действительно злится, что вы положили это в ящик с живой взрывчаткой, живое и действительно разозлился, что вы положили его в ящик с боевой взрывчаткой.

Дело в том, что на самом деле существует только один реальный вариант, но пока мы не увидим эту реальность, остаются в силе два варианта. Чтобы получить действительно краткое изложение всего этого, посмотрите видео MinutePhysics ниже:

Хорошо, это основа эксперимента Шредингера с кошками.Исследователи вывели его из гипотетической области и выполнили его в лаборатории, но не с настоящими кошками, а с электромагнитными волнами в виде микроволновых фотонов.

Так же, как квантовые частицы могут существовать в суперпозиции – это то, что дает целому кошачьему эксперименту некоторые практические применения, то есть вычисление и понимание поведения мельчайших строительных блоков Вселенной, – электромагнитные волны тоже могут существовать.

Фотоны можно поляризовать как по вертикали, так и по горизонтали одновременно, пока кто-нибудь не измерит их поляризацию, и микроволновые фотоны тоже могут быть уговорены в это кошачье состояние.

«Обычно электромагнитные волны в ящике колеблются по силе, как маятник, движущийся вперед и назад», – объясняет Джошуа Сокол для New Scientist . «Но можно ввести в коробку противоположную волну, создав состояние кошки, которое выполняет две, казалось бы, противоречивые вещи одновременно».

Вот что сделала группа физиков во главе с Чен Ван из Йельского университета, чтобы продемонстрировать основы мысленного эксперимента с кошкой Шредингера в реальности. «Механическим аналогом этого был бы маятник, который одновременно колеблется влево и вправо», – сказал он Соколу.

Но как только они это выяснили, команда пошла еще дальше, спросив: «А что, если бы было две кошки?»

Они сделали это, построив две алюминиевые полости – ящики – и выпустив в них микроволновые протоны. Полости были соединены сверхпроводящим сапфировым кристаллом и алюминиевой цепью, которая обеспечивала своего рода «туннель», через который могли проходить протоны.

Хитрость в том, что это можно было включить или выключить, и в зависимости от этого состояния протоны будут колебаться с разными частотами.«Но поскольку это квантовый мир, возможно, что соединительный мост будет одновременно« включен »и« выключен », – говорит Сокол.

«Как только это произойдет, обе полости будут иметь сразу две частоты», – сказал ему Ван.

Когда связь между двумя коробками была отключена, команда обнаружила, что фотоны в двух коробках все еще были соединены – кошка, которую распилили пополам, все еще вела себя как целая, точно так же, как у того старого фокусника. По сути, «кошка» находится не в одном или другом ящике, а в обоих, потому что они неразрывно связаны.

«Ученые измерили производимые состояния кошки и обнаружили точность в 81 процент – показатель того, насколько состояние было близко к идеальному состоянию кошки», – поясняет Эмили Коновер для Science News.

Как это возможно? Введите запутанность, центральную концепцию квантовой физики, которая позволяет локальному наблюдению мгновенно изменять состояние удаленного объекта, или, как однажды назвал это Эйнштейн, «жуткое действие на расстоянии».

Чтобы вернуть это к реальности, это означает, что электрическое поле всегда будет синхронизировано в обеих полостях, и это хорошая новость для ученых всего мира, которые изо всех сил пытаются построить настоящий квантовый компьютер.

«Две полости могут служить для двух квантовых битов или кубитов», – говорит Коновер. «Одним из камней преткновения для квантовых компьютеров является то, что ошибки неизбежно проскальзывают в вычислениях из-за взаимодействия с внешней средой, которое портит квантовые свойства кубитов.« Кошачьи состояния более устойчивы к ошибкам, чем другие типы кубитов, – говорят исследователи, поэтому система может в конечном итоге привести к созданию более отказоустойчивых квантовых компьютеров ».

Следующим шагом команды будет масштабирование эксперимента, чтобы его действительно можно было применить на реальном квантовом компьютере.Это означает демонстрацию одинакового уровня верности более чем в двух «коробках». Мы понятия не имеем, как это будет выглядеть, но черт возьми, это было бы круто.

Вы можете найти результаты этого эксперимента в сегодняшнем выпуске Science.

№ 347: Кот Шредингера

Сегодня кошка Шредингера меняет наш взгляд на наука. Колледж Хьюстонского университета Инжиниринг представляет серию о машинах которые заставляют нашу цивилизацию бежать, а люди чья изобретательность создала их.

Философ Эбнер Шимони делает озадачивающее замечание. Он говорит:

Нельзя сказать, что физические системы имеют определенные свойства, не зависящие от наших наблюдений.
Означает ли он, что мы даем нашему миру существование? глядя на это? Это похоже на параноик заблуждение, но Шимони вполне вменяемый.Он объясняет Кот Шредингера , существо, рожденное в странное новое мышление квантовой механики.

Загадка кота начинается с романа Гейзенберга. Идея неопределенности: самое точное измерение, которое мы мог бы когда-либо выстрелить одним фотоном свет на движущийся объект. Но даже такая нежная взгляд изменит положение и движение, которое мы пытаюсь измерить.В лучшем случае вы всегда измеряете некоторая неуверенность.

Это достаточно легко понять. Но классный тонкость превращает его в новый научный принцип Вера. Это делает невозможным точное измерение. А это значит, что у нас больше нет причин для думая, что у мира есть предельная точность, чтобы мера.

Итак, мы делаем последний ужасный шаг. Мы признаем мир неопределенен. Допустим, что электроны имеют нечеткие края. Когда кто-то сталкивается, он может отскочить в одну сторону. Это может отразить другого.

Шредингер сказал, что если это так, давайте запечатаем кота, счетчик Гейгера, фрагмент радиоактивный материал и баллон с ядовитым газом в коробку на один час. Есть шанс 50 на 50 что радиоактивный распад вызовет Гейгера счетчик, активируйте механизм, который ломает бутылку и отравить кошку. Он спрашивает, найдем ли мы живой кот или мертвый, когда мы открываем коробку.

Похоже на “Леди или Тигр”, но это намного хуже. Человек, который должен открыть любой из двух Двери знают, что за одним стоит дама и тигр-убийца позади другого.Он не знает, какая дверь ведет к тигру, но ответ известен. Радиоактивный распад происходит на уровне неопределенность. Нет знаний о системе внутри коробка когда-нибудь позволит вам предсказать судьбу Кот Шредингера. Живет он или умирает абсолютно непостижимо – пока не откроешь коробку.

Физики мучаются, пока Чеширский кот сидит и улыбается. Они пытаются писать волновые функции для кошек и гамма-излучение. Они делают глупые выводы: может кот в закрытом ящике и жив, и умер одновременно. Стивен Хокинг, физик, который пишет о черных дырах из своей инвалидной коляске, разводит руками и кричит: «Когда я услышав про кота Шрёдингера, я тянусь за своим пистолет.”

Но в конце концов мы должны заглянуть внутрь коробки, чтобы узнайте, жив ли кот или мертв.Так что, это что наблюдатель определяет истину. Этот делает странный комментарий об объективной науке. Были осталось задаться вопросом, неужели ученые не намного глубже переплетаются с миром, который они наблюдают, чем они хотел бы быть.

Я Джон Линхард из Хьюстонского университета, где нас интересуют изобретательные умы Работа.

(Музыкальная тема)

Как мы неправильно поняли кота Шредингера – лучше объяснение

Что вы знаете о кошке Шредингера? Наверное, примерно так:

Кошка находится в коробке с радиоактивным источником и ядом, который будет выпущен, когда источник (непредсказуемо) испустит радиацию. Согласно квантовой механике, кошка одновременно и мертва, и жива, пока коробка не открывается и за кошкой не наблюдают.

История, похоже, такова, что квантовая механика настолько странная, что кошка может быть и живой, и мертвой, пока мы не посмотрим!

Вот только это упускает из виду. Вот что написал Шредингер:

Можно даже установить довольно нелепых футляров. Кошка заперта в стальной камере вместе со следующим устройством (которое должно быть защищено от прямого вмешательства кошки) …

Типично для этих случаев, что неопределенность, первоначально ограниченная атомной областью, трансформируется в макроскопическую неопределенность, которая затем может быть разрешена прямым наблюдением. Это мешает нам так наивно принять в качестве действительной «размытую модель» для представления реальности. Сам по себе он не может заключать в себе ничего неясного или противоречивого. Есть разница между шаткой или расфокусированной фотографией и снимком облаков и туманов.

Вот его аргумент:

  • Квантовая механика утверждает, что субатомные частицы могут находиться в “размытом” неопределенном состоянии
  • Если это так, создайте сценарий, в котором субатомная размытость определяет судьбу макроскопического объекта
  • Поскольку “размытие” макроскопического объекта абсурдно (верно?), Субатомная частица не может быть действительно размыта
  • Аналогия: то, что камера не в фокусе, не означает, что вещи в мире на самом деле размыты

Видите, я ничего не знаю о QM.Но я прочитал достаточно (2 абзаца его статьи), чтобы понять, что в большинстве объяснений КМ отсутствует точка зрения Шредингера.

История Шредингера – это критика идеи квантовой размытости. Но один автор поп-науки прочитал эту историю, подумав, что ее нужно интерпретировать буквально («большие животные из семейства кошачьих могут демонстрировать квантовую размытость»), а бесчисленное множество других пересказывают объяснение, а не историю. Это похоже на то, как если бы вы не прочитали сказку самому, услышав, что «Новая одежда императора» рассказывает о потрясающей силе моды.

Так вот, мы все неправильно понимаем. Но, давайте попробуем неправильно понять исходный материал , а не пересказ. Вы бы поверили рецензии на книгу того, кто читает только другие рецензии?

После того, как мы поймем исходный аргумент, мы можем обсудить, имеет ли смысл критика. Если частицы кажутся размытыми на квантовом уровне, то, возможно,:

  • Нам просто не хватает информации. Может быть, есть какая-то скрытая переменная, которая проясняет, в каком состоянии мы находимся (но теорема Белла, похоже, это исключает. )
  • Оба события произошли, но мы не знаем, в какой альтернативной вселенной мы находимся. Может быть, каждый возможный результат создает новую временную шкалу. (Я подбрасываю монету и кладу ее себе под руку. Мы находимся в жутком квантовом состоянии?)
  • Может быть, окружающая среда сама «наблюдает» за кошкой и приводит ее в устойчивое состояние задолго до того, как мы проверим.
  • Или, может быть, мир действительно будет расплывчатым, пока не появятся наблюдатели («Копенгагенская интерпретация»)

История продолжается, как позже писал Эйнштейн Шредингеру:

Вы – единственный современный физик, помимо Лауэ, который видит, что нельзя обойтись с допущением реальности, если только один будет честен.Большинство из них просто не видят, в какую рискованную игру они играют с реальностью – реальностью как чем-то независимым от того, что установлено экспериментально. Их интерпретация, однако, наиболее элегантно опровергается вашей системой: радиоактивный атом + усилитель + заряд пороха + кот в коробке, в которой пси-функция системы содержит и живого кота, и разнесенного на куски. Никто на самом деле не сомневается, что присутствие или отсутствие кошки не зависит от акта наблюдения.

Эйнштейн думал, что Шредингер опровергает представление о том, что реальность «размыта» и зависит от наблюдателя. Вселенная уже выяснила, что произошло, еще до того, как вы посмотрели (отсюда его знаменитая цитата: «Бог не играет в кости»).

Опять же, я не утверждаю, что знаю что-либо о квантовой механике. Речь идет о чтении исходного текста и признании того, что Кот Шредингера использовался как reductio ad absurdum , и это не то, во что верил Шредингер.

С философской точки зрения проблема напоминает мне, как мы думаем о бесконечно малых количествах.Существуют ли бесконечно малые величины?

  • Нет: нет таких вещей, как «бесконечно малые» вещи – вещи есть или нет. Но они могут быть слишком маленькими, чтобы вы их заметили.
  • Да: есть нечеткие «бесконечно малые» величины, которые стремятся к нулю, когда мы их измеряем, но не равны нулю в их собственном мире. Эти крошечные величины могут взаимодействовать друг с другом и предсказывать поведение наших «макроскопических» чисел.

Какова точка пересечения между необнаруживаемым и обнаруживаемым, размытым и достоверным? Когда квантовое поведение исчезает в пользу повседневной макроскопической реальности, к которой мы привыкли? Можем ли мы «связать воедино» реальность так, чтобы крошечные формы поведения определяли более серьезные? Это прямой вопрос, который задает кот Шредингера.

Мета-урок состоит в том, что, хотя аналогии можно запомнить, нам нужно время от времени проверять их с помощью исходного материала. После нескольких слоев пересказов мы можем упустить первоначальный смысл, поэтому давайте откроем для исправления нашего понимания.

Счастливая математика.

Список литературы

Кот Шредингера

опубликовано: 08 июля 2021.

По словам квантовых физиков или, по крайней мере, ботаников из «Теории большого взрыва», которые выдают себя за квантовых физиков, парень по имени Шредингер изобрел умственное упражнение о том, как положить кошку в ящик. Предположительно, пока кошка находится в коробке, ее можно рассматривать как живую и мертвую, но только после того, как коробка будет открыта и не будет замечено, что кошка будет зафиксирована в состоянии либо живой, либо мертвой.
Мой вопрос: какой извращенный человек кладет кошку в коробку и оставляет ее там достаточно долго, чтобы она могла быть мертвой, когда коробку открывают? Более того, реальный вопрос должен заключаться не в том, жива кошка или мертва, а в том, насколько «разозлится» эта кошка после того, как ее выпустят из коробки.Особенно, если указанная коробка темного цвета прикреплена к вашему грузовику и быстро движется по ухабистым проселочным дорогам.
Что ж, может мне стоило стать квантовым физиком, потому что ответ таков: кошка определенно жива и ДЕЙСТВИТЕЛЬНО “злится”. Я знаю это, потому что проводил этот эксперимент в течение выходных.
В субботу вечером около 6:00 я был на ферме и лечил пару телят голштинской породы от чистки. Темнело, и мне не терпелось вернуться в свой грузовик. Так волновалась, что чуть не уехала с открытой задней частью ветеринарного бокса.Хозяин телят остановил меня и закрыл для меня ящик. Я поблагодарил его и уехал.
Воскресенье выдалось на удивление тихим, и в тот день мне не пришлось ни разу звонить. Итак, приходите в понедельник утром, когда я выхожу, чтобы завести свой грузовик, прошло примерно 36 часов с тех пор, как я в последний раз открывал коробку.
Я открываю ее так же, как каждое утро, и вслепую просовываю руку, чтобы включить холодильник, который у меня в коробке. Вот когда я слышу “Ррррррррррррррррррррр !!” и видите, как в теперь открытом боковом люке появляется пятно меха.Я отпрыгиваю примерно на 3 фута, не зная, что только что произошло, кроме осознания того, что теперь мне нужно вернуться в дом и надеть чистое нижнее белье. Мои девочки смотрят на меня, как на сумасшедшего, и спрашивают: «Что случилось, папа?» Вот тогда кошка пытается выйти из грузовика и прыгает через мою голову.
Вот тогда-то и начались мои юношеские футбольные тренировки, которые начались много лет назад, и я поднимаю руку и ловлю кота в полете (я был вратарём, поэтому мне было разрешено использовать руки). Я сразу понимаю, откуда должен был взяться кот.Должно быть, он забрался туда в субботу вечером на ферме просто из любопытства, а может, потому, что там было тепло. Но бедняжка была там все выходные без моего ведома, без еды и воды, и хотела уйти.
Ну, это было что-то диковинное, и я действительно не хотел, чтобы оно было впереди со мной, поэтому я бросил его обратно в коробку и снова закрыл двери. Потом поехал в поликлинику, еще раз осторожно приоткрыл дверь. На этот раз приготовился поймать злую кошку. Он был еще больше «разозлен» во второй раз после того, как почти получил свободу двадцать минут назад.
Вот я поместил беднягу в клетку с едой, водой и туалетным лотком, пока не смог вернуть его на ферму, откуда он пришел.
Теперь у меня есть один вопрос к тем блестящим квантовым физикам, которые любят класть кошек в коробки: как избавиться от запаха кошачьей мочи из указанной коробки?

Что такое кот Шредингера? | Наука мне

Бекки Казале | О нас | Подписаться

Кот Шредингера – это гипотетический мысленный эксперимент, созданный в 1935 году человеком, который любил физику и ненавидел кошек.

Кот Шредингера – придурок

Итак, в этом мысленном эксперименте есть 50/50 шанс, что Кот Шредингера будет смертельно отравлен. Так что вместо того, чтобы делать его милым и ласковым, давайте думать о нем как о сварливом придурке кота. Вы только посмотрите на него.

Вот документальные свидетельства того, что кот Шредингера буквально крал конфеты у ребенка.

И здесь он пытается убедить мать ребенка, что вакцины вызывают аутизм.

Как я уже сказал. Полный засранец.

Объяснение кота Шредингера

Фелиницидные фантазии Шредингера проистекают из квантовой теории, нового исследования физики, рожденного Максом Планком в 1900 году. Планк сказал, что когда дело доходит до мельчайших квантовых масштабов, классические законы физики больше не применяются. Это стало большой головной болью для физиков.

Планк не только заявил, что законы Ньютона неприменимы на квантовом уровне, он также сказал, что новые правила, применимые к квантовому миру, глупы и нелогичны. Мои слова, а не его.

Частью проблемы является детерминизм : представление о том, что исход любого события предопределен предшествующими событиями. Орбита Луны детерминирована, потому что мы можем вычислить гравитацию и инерцию, которые уже действуют, и использовать эти числа для надежных прогнозов ее будущей орбиты.

До появления квантовой теории все признаки указывали на то, что мы живем в механической Вселенной.

Но квантовый мир другой.Иногда он детерминирован, а иногда это вероятностный .

Вероятности показаны действительными числами в диапазоне от 0 до 1, где 0 означает, что событие невозможно, а 1 означает, что событие определено (т. Е. Определено). Классическим примером вероятности является подбрасывание монеты, при котором вероятность выпадения орла составляет 0,5.

Итак, в то время как классическая физика заставляет нас сделать вывод, что вся Вселенная представляет собой каскад детерминированных результатов, квантовая физика заставляет нас заключить, что Вселенная иногда может поддаваться случайным вероятностным влияниям. И в этом загвоздка.

Как Вселенная может быть и вероятностной, и детерминированной, если эти два понятия противоречат друг другу на фундаментальном уровне?

Физики до сих пор обсуждают загадку, пытаясь ее объяснить с помощью различных теорий и экспериментов. Возьмем эксперимент с двойной щелью …

Эксперимент с двойной щелью

Эксперимент с двойной щелью показывает, как элементарные частицы ведут себя детерминированно или вероятностно в зависимости от того, измеряете вы их или нет.

Вот что вы делаете: стреляете отдельными фотонами света в барьер, содержащий две щели. Большинство фотонов попадают в преграду. Некоторые проходят через одну из двух одинаковых щелей с вероятностью 0,5. Вот вид сверху вниз:

Под наблюдением фотонные волны ведут себя как детерминированные частицы.

Измерительное устройство, размещенное над барьером, сообщает, через какие прорези проходят фотоны, а экран детектора подтверждает это как распределение вероятностей двух равных линий:

Распределение вероятностей 50/50.

Пока все хорошо. Эксперимент показывает, что популяция фотонов ведет себя детерминированным образом, следуя правилу, согласно которому две равные щели дают распределение вероятностей 0,5.

Теперь вы настраиваете только одну переменную. Вы забираете измерительный прибор, контролирующий щели. Ваши единственные данные поступают с экрана детектора, который производит ретроспективный анализ путей фотонов.

Итак, вы включаете фотонную пушку, затем выходите из комнаты и берете чашку кофе.Это то, что вы видите, когда вернетесь.

Я чувствую запах интерференции.

Что это? Кто, черт возьми, испортил ваш эксперимент?

Квантовые повелители, вот кто. Просто убрав измерение пути фотонов в реальном времени, их поведение изменилось с детерминированного на вероятностное. Вот как мы это представляем:

Без наблюдения путь фотонных волн имеет гораздо более широкое распределение вероятностей. Но почему?

Что означает эксперимент с двойной щелью?

Эксперимент с двойной щелью является примером квантовой неопределенности, возникающей просто в результате измерения. Давайте углубимся в это.

В первом случае фотоны, отслеживаемые в реальном времени, принимали форму заранее определенных волн, что делало их поведение частицами.

Под наблюдением фотоны становятся «параноидальными».

Но когда вы перестаете измерять пути фотонов, они принимают форму вероятностных волн. Все возможные пути, которые может пройти каждый фотон, воспроизводятся как волновые функции; математическое уравнение, описывающее вероятное местонахождение каждого фотона.Это дает гораздо более широкое распределение вероятностей, описываемое как интерференционная картина.

Без наблюдения фотоны становятся «беззаботными» и выбирают множество альтернативных маршрутов к месту назначения.

Недавние эксперименты с двойной щелью были направлены на то, чтобы отточить эффект измерительного устройства, установленного на барьере. В конце концов, это было единственное граничное условие, которое изменилось. Они обнаружили, что разные степени измерения создают разные степени помех.

Но почему акт измерения вообще вызывает квантовую неопределенность?

Это частично объясняется щелевым измерительным устройством, вводящим в эксперимент новые частицы, которые взаимодействуют с фотонами и тем самым помогают определять их путь.Именно так это представлял себе Вернер Гейзенберг, когда создавал свой Принцип неопределенности:

Принцип неопределенности : невозможно одновременно знать положение и импульс квантовой частицы, не влияя на нее. Измеряя одну черту, вы автоматически изменяете другую и определяете ее путь.

Однако более поздние эксперименты показали, что помехи при измерении составляют лишь около половины возникающей математической неопределенности.Есть еще один фактор.

Что это за загадочный фактор? Как акт наблюдения нарушает фундаментальное поведение света? Это как если бы путь фотона был вероятностным, пока наблюдатель не заставил его двигаться по детерминированному пути.

И так реагирует не только свет. Сегодня эксперимент с двойной щелью часто проводится с электронами, показывая, что материя также может нарушать детерминированные законы физики.

Означает ли это, что ненаблюдаемая Вселенная не реальна или существует одновременно в потенциально бесконечных местах, пока не появится в поле зрения? Похожа ли наша реальность на компьютерную игру, в которой ничего не рендерится, пока игрок не наблюдает за ней?

Принцип неопределенности меняет все

Принцип неопределенности Гейзенберга – это такая головная боль, что квантовые физики все еще пытаются понять его значение.

Более широкий вывод повлияет на то, как все мы думаем о нашей реальности. Если элементарные частицы необъяснимо переключаются между детерминированным и вероятностным поведением, что это означает для макроскопических объектов, состоящих из этих строительных блоков?

Вот две из самых популярных гипотез, которые пытаются объяснить природу квантовой неопределенности:

# 1 Копенгагенская интерпретация: ничего не существует, пока мы не увидим это

Самое старое предложение принадлежит Нильсу Бору и Вернеру Гейзенбергу. Они предположили, что квантовые частицы материально не существуют, пока мы их не измерим. Напротив, они существуют только теоретически как волны возможностей, известные как «суперпозиции», которые при наблюдении сводятся к единому окончательному результату.

Альберт Эйнштейн согласился, что математика, лежащая в основе Копенгагенской интерпретации, была правильной. Но он отказался принять заключение:

Поскольку сама реальность состоит из квантовых частиц, то ничто не является реальным, пока мы не наблюдаем это.

«Мне нравится думать, что луна там, даже если я не смотрю на нее». – Эйнштейн о Копенгагенской интерпретации

Несмотря на обвинительный акт Эйнштейна, Копенгагенская интерпретация является одним из наиболее распространенных объяснений квантовой неопределенности сегодня.

Но есть и другое возможное объяснение, которое, как говорят, предпочитает большинство квантовых физиков. И его основной принцип прямо противоположен Копенгагенской интерпретации.

# 2 Интерпретация многомиров: все возможности существуют в бесконечной мультивселенной

Хью Эверетт предположил, что суперпозиция объективно реальна.Все возможные квантовые события существуют одновременно в альтернативных вселенных.

Поскольку вы состоите из квантовых строительных блоков, Многовидовая интерпретация подразумевает, что сегодня вы умерли бесконечное количество раз перед завтраком. Это также означает, что вы известный музыкант в других вселенных, а у известных музыкантов есть приземленная альтернативная жизнь.

Близость к задницам заложена в ДНК Кейна.

Эту необычную гипотезу поддержали Стивен Хокинг и Ричард Фейнман.Хотя теория многомировых явлений является прекрасной пищей для научной фантастики, физики считают, что эти вселенные никак не могут взаимодействовать друг с другом. Но однажды мы сможем их обнаружить.

Квантовая запутанность

Прежде чем мы перейдем к коту Шредингера, есть еще один странный аспект квантовой теории, из-за которого физики плачут перед сном по ночам.

На фоне квантовой шумихи 1930-х годов Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен опубликовали парадокс ЭПР.Их мысленный эксперимент должен был проиллюстрировать, как квантовая механика нарушает классическую физику, и поэтому теория была неполной.

Согласно квантовому закону, парадокс ЭПР показал, что фотоны могут иметь общую волновую функцию еще долгое время после того, как они были разделены.

Другими словами, квантовые частицы могут становиться невидимыми и мгновенно «разговаривать» друг с другом, даже будучи разделенными огромными расстояниями.

Эйнштейн высмеивал идею квантовой запутанности как «жуткое действие на расстоянии», но с тех пор было продемонстрировано, что она реальна.

В своей Теории относительности Эйнштейн уже установил, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. И это включало одновременный обмен планами обеда между фотонами с разных сторон планеты. Что-то должно было отсутствовать.

Когда Эрвин Шредингер прочитал статью EPR, он написал письмо Эйнштейну, используя фразу «квантовая запутанность». Затем Шредингер опубликовал свою собственную статью, в которой заявил, что запутанность – это « характерная черта квантовой механики, та, которая заставляет ее полностью отходить от классических взглядов».

Эйнштейн и Шредингер согласились, что квантовая запутанность – это безумие, и что что-то не так с квантовой теорией. Ни один из них не доживет до того, чтобы в течение следующих сорока лет квантовая запутанность была доказана математически и экспериментально.

В 1964 году Джон Стюарт Белл представил математическую основу для анализа парадокса ЭПР с точки зрения «скрытых переменных». Его работа привела к экспериментальному доказательству квантовой запутанности между фотонами, нейтрино, электронами и даже бакиболами (клетками из шестидесяти связанных атомов углерода).

Фактически, «жуткое действие» Эйнштейна сегодня настолько хорошо освоено, что оно нашло применение в криптографии и микроскопии, и сейчас ведутся работы по созданию сверхзащищенного квантового Интернета.

Что такое кот Шредингера?

Я обещал тебе кота. Кот Шредингера, если быть точным. Кошка создана, чтобы подорвать Копенгагенскую интерпретацию, которая гласит, что квантовые объекты не реальны, пока мы их не наблюдаем.

В своем мысленном эксперименте Шредингер представил кошку внутри свинцовой коробки.Рядом с котом висит молоток над сосудом с ядом. И удар молота вызывает падение одного атома радиоактивного материала, который с вероятностью 50/50 распадется в течение следующего часа.

Начальные условия мысленного эксперимента с котом Шредингера.

Это может показаться запутанным, но, будучи человеком строгого научного знания, идея Шредингера заключалась в том, чтобы создать набор обстоятельств, при которых кошка имеет действительно случайный шанс быть мертвым или живым.

Затем вы ждете час, прежде чем проверять животное из семейства кошачьих.На данный момент существует два возможных состояния для кота Шредингера:

.
  1. Он жив. Атом не распался, молот не упал, яд не высвободился. Ура.
  2. Он мертв. Атом распался, молот упал, и яд вышел. Грустное лицо.

Квантовая неопределенность предполагает, что без наблюдателя жизнь кошки висит на волоске. Радиоактивный атом находится в состоянии суперпозиции распада и нераспада, исход которого определяет судьбу кошки.

Если мы применим Копенгагенскую интерпретацию, кот Шредингера мертв и живы в гипотетической области потенциала. Но ни одно из состояний не существует.

Копенгагенская интерпретация говорит, что кошка мертва, жива, и ни то, ни другое одновременно.

Только когда вы заглянете внутрь коробки, вы нарушите суперпозицию, волновая функция схлопнется, и кошка станет мертвой или живой.

Все мы знаем, что объявлять, что что-то «мертво» – это чушь.Это просто плохая грамматика. Но в этом вся проблема квантовой теории, не так ли? Это нарушает все наши удобные правила.

Шредингер тоже так думал. Он сказал, что кошка не перестает существовать только потому, что мы ее не наблюдаем. Он взял классический объект, поместил его в систему с квантовым управлением и вызвал Нильса Бора.

«Это чушь собачья», – заметил Шредингер. Если бы он не был австрийцем, он бы сказал: «Das ist Kuhscheiße».

Многовидовая интерпретация Эверетта, появившаяся всего за несколько лет до смерти Шредингера, гораздо лучше соответствовала его логике.Оба заявили, что коллапса волновой функции нет. Идея Эверетта означает, что после часа, проведенного в ящике, кошка оживает в бесчисленных вселенных и мертва в бесчисленном множестве других.

Коллапс или отсутствие коллапса, современные эксперименты с квантовой неопределенностью предполагают, что судьба кошки не находится полностью в глазах сознательного наблюдателя. Любое взаимодействие с другими квантовыми частицами – даже с самой кошкой – может определить результат. Открытие коробки просто делает это реальным для вас, но это не значит, что этого еще не произошло.

Последние мысли

Если вы любитель животных, мысль о бесконечном количестве мертвых кошек, вероятно, не покажется вам такой уж большой. Так что не стесняйтесь рассматривать альтернативную жертву в своей фантазии о квантовом убийстве. Кто-то, кто действительно мог бы заслужить быть в коробке, например, нарциссический человек, страдающий манией величия?

Это дух.

Бекки Казале – создательница Science Me. Если вам нравится ее контент, пожалуйста, найдите минутку, чтобы поделиться им с любимыми людьми.Если вам это не нравится, почему бы не наказать врагов, поделившись им с ними?


Кот Шредингера жив и мертв в 2

году.

видео: Утонченный кот Шредингера находится одновременно в двух коробках, будучи мертвым и живым одновременно. Полностью наблюдать за этой кошкой можно, только открыв обе коробки, но не одну из них. Этот материал относится к статье, опубликованной 27 мая 2016 г. в журнале Science , опубликованном AAAS. Статья К. Ванга из Schoelkopf в Йельском университете в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, и его коллег была озаглавлена ​​«Шероховатый кот, живущий в двух коробках». посмотреть еще

Кредит: Ивонн Гао, Йельский университет

С помощью новых экспериментов, связанных со знаменитым парадоксом состояния кошки Шредингера, исследователи показали, что «квантовый кот» может быть как живым, так и мертвым, причем в двух местах одновременно.Результаты, которые включают побуждение большого количества фотонов к совпадающим состояниям (или запутыванию), показывают способность манипулировать сложными квантовыми состояниями с помощью приложений для вычислений и связи на большом расстоянии. Они также представляют собой, возможно, первый раз, когда ученым удалось достичь такой квантовой когерентности в макроскопическом масштабе. Случай с котом Шредингера – это знаменитый мысленный эксперимент, в котором исследуется, каким образом квантовая система, такая как атом или фотон, может существовать как комбинация нескольких состояний, явление, известное как квантовая суперпозиция.Несчастный кот, запертый в ящике, может быть, а может и не быть живым – ученые, анализирующие ящик снаружи, не могут узнать состояние кошки, пока не откроют ящик. Таким образом, кошка остается живой и мертвой, когда за ней не наблюдают. Точно так же в квантовой физике субатомные частицы могут находиться в том или ином состоянии. Однако субатомные частицы могут быть «связаны» в пространстве. Здесь Chen Wang et al. взял две отдельные пространственные полости и применил световые волны таким образом, чтобы в полостях одновременно могла существовать только одна длина волны, придавая двум пространственно разделенным областям схожие качества.Две полости были соединены сверхтоком, током, протекающим без приложения напряжения. Затем команда подвергла фотоны в одной полости лабиринту ворот, которые дали им четкое вращение. Таким образом, исследователи смогли придать фотонам два состояния (например, кот, мертвый или живой), и они наблюдали подобное состояние у фотонов в соседней полости. Пока что Wang et al. “кошачьи размеры” измерены до 80 фотонов, и более крупные размеры могут быть достигнуты за счет применения специально контролируемых импульсов, – говорят авторы.

###



Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *