Физики заявили, что нашли способ решить парадокс кота Шрёдингера
Истории
Судьба самого знаменитого в мире кота в коробке наконец прояснится!
22
Мысленный эксперимент в котом в коробке, предложенный в 1935 году австрийским физиком Эрвином Шрёдингером, хорошо известен даже тем, кто в начальной школе прогуливал уроки по квантовой физике и до сих пор на глазок не отличает магнон от фонона.
На всякий случай напомним: несчастный воображаемый кот одновременно жив и мертв внутри коробки или существует в суперпозиции «мертвого» и «живого» состояний так же, как субатомные частицы существуют в суперпозиции многих состояний одновременно. Только заглянув внутрь, мы можем узнать судьбу кота.
Оказалось, что физики-теоретики не такие уж и бессердечные люди, как их принято считать. Они не покладая рук размышляли над судьбой воображаемого кота и наконец нашли решение.
В New Journal of Physics появилась статья, описывающая способ заглянуть в воображаемую коробку с мысленным котом, не открывая ее, а также попутно объясняющая один из главных физических парадоксов.
Если почтальон еще не бросил в твой почтовый ящик свежий номер «Нового журнала по физике», то рассказываем.
Авторы статьи Хольгер Ф. Хофманн, доцент физики из Университета Хиросимы в Японии и Картик Патекар из Индийского технологического института в Бомбее подошли к решению проблемы следующим образом. Для начала они разбили задачу на два этапа: «посмотреть на кота» (начальное взаимодействие) и «узнать, жив он или мертв» (результат).
Хоффман и Патекар предположили, что все фотоны, участвующие в начальном взаимодействии (то есть тогда, когда мы смотрим на кота), захватываются без потери какой-либо информации о его состоянии. И только на втором этапе (когда мы понимаем, жив он или мертв) половина информации (то есть версия «кот жив, ура!» или «кот мертв, эх!») отсеивается как не соответствующая действительности.
«Что интересно, получается, что один из вариантов полностью стирает другой!» — заявил Хоффман. Вот как ученые объяснили свою концепцию применительно к коту Шредингера:
«Представим, что кот все еще находится в коробке, но вместо того, чтобы заглядывать внутрь, чтобы определить, жив он или нет, мы устанавливаем камеру вне коробки, причем берем такую камеру, которая может каким-то образом сделать снимок внутри нее (так как эксперимент мысленный, представим, что такая камера существует). Как только изображение сделано, камера получает два вида информации (то, что исследователи называют квантовой меткой) — является ли кот живым или мертвым после взаимодействия. Ни одна из частей этой информации еще не потеряна. И в зависимости от того, как участники эксперимента интерпретируют изображение, они откажутся от одной (не соответствующей действительности) части информации.
«Таким образом, — заявляет Хоффман, — если раньше мы думали, что для того, чтобы узнать, жив кот или нет, нам нужно было нарушить работу системы и необратимо изменить ее, то сейчас понимаем, что это вовсе не обязательное условие».
Читай также
Автор текста:Егор Максимов
Парадокс Шредингера
Многие полимеры, погруженные в растворитель, поглощают его и разбухают. Вынутые из жидкости они сокращаются, хотя бы и находились в ее парах. Так ведет себя, например, естественный полимер каучук в четыреххлористом углероде. А раз так, то можно построить машину, использующую расширения и сокращения каучука в результате попеременного воздействия на него жидкости и пара.
Такая машина работала бы при одинаковой температуре пара и жидкости, а значит… нарушала бы Второй принцип термодинамики. Значит, она была бы вечным двигателем. И, если все предлагавшиеся проекты вечных двигателей опровергали сами себя, будучи построенными, этот действовал. Медленно, не совершая полезной работы, но двигался. Вечно! Многие ученые обсуждали невозможный факт, ставили новые и новые эксперименты, а проклятый каучук продолжал нарушать один из важнейших и незыблемейших законов природы. И лишь спустя две трети века после опубликования парадокса П.
Оказалось, что в условиях, когда температура жидкости и пара совершенно равна, точнее, отличается не более, как на тысячные доли градуса, машина не работает. Вечный двигатель остановился, парадокс исчез, а законы природы остались в силе. Итак, одна тайна раскрыта и похоронена, но из ее могилы вышла другая: почему же перпетуум мобиле мог противостоять усилиям науки в течение 65 лет?
Ответ дала та же тройка английских исследователей. Они обнаружили невероятное, на первый взгляд, явление. В запаянном и изолированном сосуде температуры жидкости и ее паров — не одинаковы и не выравниваются, хотя и колеблются в довольно больших границах под влиянием окружающей среды. Температура пара, как правило, выше, чем жидкости. Ошибавшиеся экспериментаторы, начиная с самого Шредера и до наших современников, слишком доверяли своим не слишком точным приборам и таким же выводам.
Стал ясен механизм парадокса. Состояние полимера, находящегося в газе, зависит от давления пара. И хоть изменение температуры на 0,3 градуса изменяет давление всего на микроны ртутного столба, этого достаточно, чтобы степень набухания или сокращения слабо-вулканизированного каучука изменилась вдвое.
Итак, гирерпетуум мобиле Шредера может работать, но не нарушая законов термодинамики, а как простой тепловой двигатель, использующий мизерную разницу в температуре жидкости и пара, сохраняющуюся благодаря разнице в теплопроводности и теплоемкости при незаметных, но постоянных колебаниях температуры внешней среды.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Страница про автора
Схожі записи:
Парадокс кота Шредингера: кто убил кота?
Существует известная цитата, часто приписываемая Ричарду Фейнману, в которой говорится: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы не понимаете квантовую механику». Это так же верно сегодня, как и почти 50 лет назад, и прекрасно иллюстрируется парадоксом кота Шредингера.
Несмотря на невероятный прогресс в технологиях, которые были достигнуты благодаря нашему кажущемуся «пониманию» предмета, например, лазеры, сотовые телефоны и т. д., мы все еще не приблизились к настоящему пониманию этого.
Мы эволюционировали, чтобы смотреть на мир через призму уверенности, у вещей есть место, а у причин есть следствия. Это была одна из основных заповедей классической ньютоновской физики , но она, похоже, полностью нарушается в квантовом мире.
Развитие квантовой механики буквально подложило гранату под старые представления физики. Оказывается, что материя может находиться в двух местах одновременно, может появляться из ниоткуда, может взаимодействовать и мгновенно появляться/исчезать на больших расстояниях безо всякой причины — жутковато!
Многим великим умам мира было поручено решить эту загадку с помощью различных интерпретаций.
Самым известным из них является Копенгагенская интерпретация.
Именно эту версию мы можем поблагодарить за ныне увековеченный мысленный эксперимент “Парадокс кота Шрёдингера”.
Источник: Ранганат Кришнамани/Wikimedia CommonsЧто такое парадокс кота Шредингера?
В попытке правильно объяснить принцип Шредингер использовал аналогию, чтобы разоблачить нелепость Копенгагенской интерпретации. Эрвин попросил третьих лиц представить себе кошку, немного яда во флаконе, счетчик Гейгера, радиоактивный материал и курок, запечатанный в непрозрачной стальной коробке или контейнере.
Радиоактивный материал был крошечным, но достаточным для того, чтобы счетчик Гигера обнаружил его с вероятностью 50/50. Если бы это произошло, молоток упал бы и разбил контейнер с ядом, убив несчастного кота.
Поскольку система была запечатана и не могла быть осмотрена снаружи, текущее состояние системы кот-радиоактивный материал-контр-молот Гейгера-яд было неизвестно.
Когда и только когда запечатанный контейнер был открыт, наблюдатель мог узнать истинную природу системы.
По сути, это был способ визуализировать коллапс системы в одну из двух возможных конфигураций. До тех пор кошка будет существовать в подвешенном состоянии между жизнью и смертью.
Так что, если вас когда-нибудь спросят, кто убил кота – это были вы (если вы открыли коробку).
Копенгагенская интерпретация была фундаментально ошибочной Согласно Шредингеру
Квантовая механика, вероятно, является самой успешной научной теорией всех времен. Это позволило физикам, химикам и другим ученым открыть новые области исследований и создать новые и передовые технологии благодаря пониманию поведения атомов.
Но, подобно большому интеллектуальному обоюдоострому мечу, он также создал много проблем для нашего понимания мира и вселенной вокруг нас. Многие выводы и результаты, которые он дает, казалось, нарушают фундаментальные законы физики, которые сохранялись веками.
Метафизические интерпретации квантовой механики призваны попытаться объяснить и, что более важно, объяснить эти очевидные нарушения.
Одной из первых попыток разобраться в квантовом мире была Копенгагенская интерпретация. Он был основан датскими физиками Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Максом Борном и другими известными физиками-атомщиками того времени.
Интересно, что Гейзенберг и Бор часто расходились во мнениях относительно того, как интерпретировать математическую формализацию квантовой механики. Бор даже дошел до того, что дистанцировался от «субъективных интерпретаций» Гейзенберга, как он их видел.
Также сам термин “Копенгагенская интерпретация” никогда не использовался группой физиков. Он был придуман в качестве ярлыка коллегами, которые не соглашались с идеей Бора о дополнительности, и классифицировал то, что они считали общими чертами интерпретации Бора-Гейзенберга в 19 веке.20-е годы.
Сегодня «Копенгагенская интерпретация» используется как синоним индетерминизма, боровского принципа соответствия, борновской статистической интерпретации волновой функции и боровской интерпретации некоторых атомных явлений.
Термин вообще начал появляться, когда стали появляться альтернативные подходы. Подход Дэвида Бома со скрытыми переменными и Интерпретация многих миров Высокого Эверетта являются яркими примерами, которые возникли, чтобы бросить вызов монополии, созданной «Копенгагенской интерпретацией».
Похоже также, что термин «Копенгагенская интерпретация» был впервые приписан Вернеру Гейзенбергу из серии его лекций в 1950-х годах, выступавших против новых «выскочек» интерпретаций. В лекциях эта фраза также появилась в сборнике эссе Гейзенберга 1958 , Физика и философия .
Самые популярные
Вид из Рундеторна, Копенгаген. Источник: Дитмар Рабих/Wikimedia CommonsКем был Эрвин Шредингер?
Эрвин Шредингер был лауреатом Нобелевской премии по физике , родившимся в Вене в августе 1887 . Эрвин наиболее известен своими работами в области квантовой физики, особенно квантовой теории.
После службы в армии во время Первой мировой войны он учился в Цюрихском университете в 1921 .
Он оставался там в течение шести лет.
В 1926, в течение шести месяцев в возрасте 39 лет он написал серию статей, заложивших основы квантовой волновой механики. В этих основополагающих работах он описал свое дифференциальное уравнение в частных производных.
Это уравнение является основным уравнением квантовой механики и так же важно для механики атома, как уравнения Ньютона для планетарной астрономии.
Его самой известной работой был мысленный эксперимент 1935 «Парадокс кота Шредингера», в котором он пытался объяснить распространенную ошибочную интерпретацию квантовой суперпозиции.
В то время Копенгагенская интерпретация утверждала, что объект в физической системе может существовать во всех возможных конфигурациях в любой момент времени. Однако, как только система была замечена, это состояние рухнуло, заставив наблюдаемый объект мгновенно «фиксироваться» в одной из нескольких комбинаций.
Шредингер принципиально не согласился с этой интерпретацией и решил внести ясность.
Он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1933 .
Источник: Daderot/Wikimedia CommonsКот Шрёдингера жив или мертв?
“Если вы поместите кошку в коробку и не сможете сказать, что она делает, вы должны обращаться с ней так, как будто она делает все возможное – живая и мертвая – одновременно, “, – сказал Эрик Мартелл, доцент кафедры физики и астрономии Университета Милликина, в интервью National Geographic.
Поскольку это, конечно, совершенно нелепо, большие объекты могут находиться только в одном состоянии, поэтому Квантовая суперпозиция, похоже, не применима к таким крупным объектам, как кошки. В конце концов, живые организмы могут быть либо живыми, либо мертвыми, но не одновременно и тем, и другим — отсюда и парадокс.
“Если вы пытаетесь делать прогнозы и предполагаете, что знаете статус кота, вы [вероятно] ошибетесь. Если, с другой стороны, вы предполагаете, что он находится в комбинации всех возможных состояний что это может быть, вы будете правы».
расширил Эрик.
С помощью этого мысленного эксперимента Эрвин успешно показал, что Копенгагенская интерпретация по своей сути ошибочна.
Но это не решило проблему. Даже сегодня некоторые все еще используют парадокс Шредингера для поддержки предпосылки эксперимента. Это полностью противоречит его первоначальному замыслу.
С тех пор как современная квантовая физика показала, что квантовая суперпозиция действительно существует в субатомных частицах, таких как электроны, она не может быть применена к более крупным объектам.
Забудьте о коте Шредингера, в городе появился новый котенок
Еще в 1996 году ученых из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, смогли создать «Котенка Шредингера». Об этом сообщается в томе Science.
Им удалось привести атом в состояние суперпозиции квантовых состояний. Затем стало возможным разделить эти два состояния так, чтобы атом появлялся в двух различных физических положениях одновременно.
В 2013 году другая команда смогла проделать аналогичный трюк, только на этот раз с фотонами. Они соединили сотни миллионов фотонов явлением запутанности.
Команда использовала полупрозрачное зеркало, чтобы поместить один фотон в смесь двух квантовых состояний. Одно состояние для фотонов, прошедших через зеркало, и другое для тех, которые были отражены — они затем запутались.
Затем с помощью лазеров усилили одно из состояний, чтобы распространить его на сотни миллионов фотонов. Затем он был восстановлен до исходного однофотонного состояния, и все измерения подтвердили, что запутанность сохранялась на протяжении всего эксперимента.
Исследователи говорят, что это первое запутывание между микроскопическим и макроскопическим объектом.
Эти эксперименты являются попыткой найти границу, если она существует, между микро- и макромасштабами объекта и, таким образом, найти пределы квантового царства.
«Есть ли граница между микро и макро, или квантовая механика применима ко всем масштабам?» — спросил Александр Львовский из Университета Калгари в Альберте, Канада, и Российского квантового центра в Москве в статье New Scientist за 2013 год.
Другие предыдущие эксперименты также пытались найти границу, но с другого конца шкалы. В одном использованном два 3-миллиметровых бриллианта переплелись.
У другого был обнаружен барабан размером с песчинку, который подчиняется принципу неопределенности, согласно которому невозможно одновременно определить точное положение и импульс квантовой частицы.
Источник: PixabayЧто было открытием Шредингера?
До работы Шредингера второй закон Ньютона ( F = ma ) использовалось для прогнозирования пути, по которому физическая система будет следовать с течением времени (при заданном наборе начальных условий).
Решив это уравнение, вы получите положение и импульс физической системы в зависимости от внешней силы – F. Однако это всего лишь один моментальный снимок во времени. Мало что изменится еще на несколько сотен лет, пока великий Макс Планк не квантовал свет.
Эйнштейн использовал это, чтобы показать взаимосвязь между энергией и фотоном.
Он также предложил идею о том, что энергия фотона должна быть пропорциональна его частоте.
Луи де Бройль еще больше развил принцип и постулировал, что материя, а не только свет, также страдает от чего-то, что называется корпускулярно-волновым дуализмом. Он смог показать, что, пока они распространяются вместе со своими аналогами-частицами, электроны образуют стоячие волны.
Это означало, что при движении вокруг ядра атома с квантованными орбитами, соответствующими дискретным уровням энергии, возможны только дискретные частоты вращения.
Физик Питер Дейбе позже вдохновил Шредингера, сделав небрежное замечание, что если частицы ведут себя как волны, они должны удовлетворять некоторой форме волнового уравнения. Это было сделано в 1925 во время одной из лекций Эрвина Шрёдингера по волновой теории материи де Бройля.
Насмешливо он заявил, что теория “ребяческая”, потому что “чтобы правильно работать с волнами, нужно иметь волновое уравнение”.
Что такое уравнение Шрёдингера?
В новаторских статьях Шредингера о форме квантовых волн в 1926 он ввел самое фундаментальное уравнение в науке о субатомной физике, также известной как квантовая механика. С тех пор оно было увековечено под названием уравнения Шрёдингера.
Это уравнение по существу является линейным дифференциальным уравнением в частных производных, которое описывает изменение во времени волнового уравнения или функции состояния системы. Это. следовательно, описывает форму волн или волновых функций, определяющих движение малых частиц.
Волновая функция — это фундаментальный компонент квантовой механики, определяющий систему в каждом пространственном положении и в любое время.
Он также пытается указать, как на эти волны влияют и изменяются внешние силы или влияния. Это уравнение также описывает изменения во времени физической системы, в которой квантовые эффекты, такие как корпускулярно-волновой дуализм, являются основным компонентом.
Правильность уравнения была установлена путем применения его к атому водорода.
Дается:-
Где;
i — единичное мнимое число,
ℏ — постоянная Планка,
Ψ — волновая функция (или вектор состояния) и
H — оператор Гамильтона.
Уравнение Шредингера также может быть получено из закона сохранения энергии:-
Почему мы используем уравнение Шредингера?
Уравнение Шредингера является центральным уравнением нерелятивистской квантовой механики. Он также дает количественную оценку динамики фундаментальных частиц так называемой Стандартной модели (при условии, что они имеют субсветовые скорости и не подвержены значительному влиянию гравитации).
Он находит применение в подавляющем большинстве микроскопических ситуаций, которыми в настоящее время занимаются физики.
У него есть и другие широкомасштабные приложения из квантовой теории поля, которая сочетает специальную теорию относительности с квантовой механикой.
Другие важные теории, такие как квантовая гравитация и теория струн, также не изменяют уравнение Шрёдингера.
Разработка и публикация этого уравнения и его решений стали настоящим прорывом в физике. Это был первый в своем роде проект, решения которого приводили к весьма неожиданным и поразительным для того времени последствиям.
Знания, раскрытые в этом уравнении, позволили нам создавать электрические приборы и компьютеры.
Поскольку микроскопическая теория материи является краеугольным камнем современной квантовой физики, уравнение Шрёдингера в той или иной форме появляется сегодня в большинстве современных физических задач.
Что такое волновая функция Шрёдингера?
Знаменитый парадокс кота Шредингера используется для иллюстрации одного положения квантовой механики о природе волновых частиц.
«В конце 1800-х и начале 1900-х мы обнаружили, что очень, очень крошечные вещи не подчиняются законам Ньютона», — говорит Мартелл. «Поэтому правила, которые мы использовали для управления движением мяча, человека или автомобиля, нельзя использовать для объяснения того, как работает электрон или атом».
Все это сводится к принципу, называемому волновой функцией. Это лежит в основе квантовой теории и используется для описания субатомных частиц (электронов, протонов и т. д.).
Волновая функция используется для описания всех возможных состояний этих частиц, включая такие вещи, как энергия, импульс и положение. Следовательно, это комбинация всех возможных волновых функций частиц, которые существуют.
“Волновая функция частицы говорит о том, что существует некоторая вероятность того, что она может находиться в любом допустимом положении. Но вы не можете обязательно сказать, что знаете, что она находится в определенном положении, не наблюдая ее. Если вы поместите электрон вокруг ядра, он может иметь любое из разрешенных состояний или положений, если только мы не посмотрим на него и не узнаем, где он находится». объясняет Мартелл.
Это именно то, что Эрвин пытался проиллюстрировать своим парадоксом. Хотя верно то, что в любой ненаблюдаемой физической системе вы не можете гарантировать, что что-то делает, вы можете сказать, что это находится между определенными переменными, даже если некоторые из них крайне маловероятны.
Благодаря Коту Шредингера телепортация может быть близка
Университет Пердью и Университет Цинхуа в настоящее время работают над тем, чтобы сделать телепортацию реальностью. Длинные вещи из научной фантастики, если они будут успешными ежедневными поездками на работу, могут уйти в прошлое.
Исследователи в этих учреждениях проводят эксперименты с реальной попыткой телепортировать микроорганизмы на основе принципов, изложенных в знаменитом мысленном эксперименте Шредингера.
Они работают над методом размещения испытуемых организмов на мембране электромеханического генератора. Это затем охладит как аппарат, так и микроорганизмы до криогенного состояния.
При этом он будет переведен в состояние суперпозиции, что откроет теоретическую возможность квантовой телепортации. Оказавшись там, сверхпроводящая цепь должна позволять внутреннему вращению объекта передаваться другому организму-мишени.
[см. также]
Устройство также будет включать магнитно-резонансный силовой микроскоп (MFRM) для обнаружения внутреннего вращения организма и активного его изменения. В случае успеха и возможности поместить микоплазму в состояние суперпозиции и изменить ее состояние, основа для будущей телепортации будет заложена.
В другом предыдущем эксперименте уже было установлено, что мембрану генератора можно привести в состояние суперпозиции. В 2015 эксперименте, проведенном в Университете науки и технологий Китая, удалось продемонстрировать фотоны, обладающие несколькими степенями квантовой свободы.
Хотя в ходе этого исследования не удалось телепортировать организм, телепортация «памяти» из одного места в другое — это большой шаг вперед для потенциальной более масштабной телепортации, такой как у людей.
Квантовый мир до сих пор озадачивает физиков
На сегодняшний день существует несколько интерпретаций, выдвинутых некоторыми из величайших умов планеты.
Каждый из них пытается объединить квантовый и макромир вокруг нас.
33 физика и философа попросили назвать своих фаворитов среди них. В 2011, на конференции в Австрии на тему «Квантовая физика и природа реальности» за это проголосовали. Вот результаты (любезно предоставленные NewScientist).
Обратите внимание, что они в обратном порядке и общий процент превышает 100% (105% – они могли голосовать несколько раз) – как уместно.
Последнее место: Интерпретация де Бройля-Бома
Голосов: 0
Процент: 0% . Когда-то это нравилось даже Эйнштейну, но со временем его поддержка ослабла.
Совместное 5-е место: Квантовый байесианство
Голосов: 2
Процент: 6%
Квантовое байесовство утверждает, что квантовая неопределенность существует только в нашем сознании. Хорошая аналогия: 50-процентная вероятность дождя мгновенно превращается в 100-процентную вероятность дождя или нет, когда вы открываете шторы.
Другими словами, мы несовершенны, а не квантовый мир.
Совместное 5-е место: Реляционная квантовая механика
Голосов: 2
Процент: 6%
Реляционная квантовая механика, детище Карло Ровелли, основана на теории относительности Эйнштейна. Вариант идеи квантовой странности, постулирующий, что вы никогда не сможете владеть всеми фактами.
Таким образом, ни один наблюдатель не может знать обо всем, что происходит, и, по сути, является частью любого измерения.
4-е место: Объективный коллапс
Голосов: 3
Процент: 9%
Объективный коллапс постулирует, что квантовая природа объекта постоянно меняется спонтанно. Чем больше материала, тем быстрее это происходит — немного похоже на радиоактивный распад.
Это могло бы даже объяснить темную энергию, время и то, почему у нас вообще есть масса, если это правда.
youtube.com/embed/U2-ERZ-nOvQ” allowfullscreen=”allowfullscreen”> 3-е место: Многие миры
Голосов: 6
Процент: 18 %
На третьем месте находится интерпретация многих миров. Идея состоит в том, что когда что-то наблюдают, оно расщепляет реальность на столько возможных параллельных миров, сколько есть вариантов.
Первоначально была предложена в 1950-х годах и в последнее время немного возродилась с теорией мультивселенной.
2-е место: Интерпретация информации
Голосов: 8
Процент: 24%
Идея интерпретации информации заключается в том, что основной «валютой» реальности является информация, а не материал. При наблюдении за квантовым объектом извлекается некоторая информация, заставляющая его фиксироваться в определенном состоянии.
Победитель: Копенгагенская интерпретация
Голосов: 14
Процент: 42%
Да, мы знаем, но это по-прежнему одна из самых популярных интерпретаций квантовой странности.
Этот вариант, в просторечии называемый «заткнись и вычисляй», фактически предполагает, что квантовый мир фактически непознаваем.
По сути, когда вы наблюдаете квантовое состояние, вы заставляете его «схлопываться» в то или иное состояние. Для критиков, таких как Шредингер, это вообще не объяснение.
Дополнительные интересные ресурсы о коте Шредингера
Что такое жизнь? С разумом и веществом и автобиографическими набросками – Erwin Schrödinger
В поисках кошки Шредингера – Джон Гриббин
Schrödinger’s Cat Trilogy – Dana Reynolds
For You
36036015. свет на инженерных бактериях, которые за считанные минуты сигнализируют о наличии загрязняющих веществ в воде.
Сад Агард | 29.11.2022
НаукаПрорывы в геномике показывают, что «мусорная» ДНК невероятно важна
Grant Currin| 04.08.2022
наукаНанопровода в океанах могут проводить электричество и бороться с изменением климата
Пол Ратнер| 03.
03.2023
Еще новости
Наука
Собаки наклоняют голову, когда они «сбиты с толку», исследование показывает
Лукия Пападопулос| 19.03.2023
наука
Китай в этом году запустит рентгеновский астрономический спутник, похожий на глаз лобстера
Лукия Пападопулос| 19.03.2023
наука
Великобритания инвестирует более 3 миллионов долларов в ядерный реактор Rolls Royce Moon
Лукия Пападопулос| 18.03.2023
Что такое кот Шредингера? (Определение, как это работает)
Кот Шредингера — это мысленный эксперимент, разработанный австралийским физиком Эрвином Шредингером, который он разработал, чтобы проиллюстрировать парадокс квантовой суперпозиции, в которой гипотетический кот может считаться и живым, и мертвым одновременно, потому что его судьбы связаны к случайному событию, которое может (или не может) произойти.
Иллюстрация кота Шредингера.
| Изображение: Сара А. МетваллиЧто такое кот Шредингера простыми словами?
Кот Шредингера в качестве мысленного эксперимента утверждает, что если вы запечатаете кошку в коробке с чем-то, что в конечном итоге может ее убить, вы не узнаете, жив кот или мертв, пока не откроете коробку. Итак, пока вы не откроете коробку и не увидите кота, кот одновременно и мертв, и жив.
Как работает кот Шредингера?
Мы часто используем мысленный эксперимент Шредингера, чтобы объяснить концепцию суперпозиции. В эксперименте говорится, что гипотетический кот заперт в ящике с каким-то радиоактивным веществом, управляющим флаконом с ядом. Когда вещество распадается, оно запускает счетчик Гейгера, который вызывает высвобождение яда, тем самым убивая кошку.
Так как ящик заперт, и мы снаружи не знаем, распалось ли радиоактивное вещество и высвободило яд, мы не можем сказать, жив кот или мертв. Итак, пока мы не откроем коробку, чтобы знать наверняка, кот и мертв, и жив.
Математически говоря, существует 50-процентная вероятность того, что кошка мертва, и 50-процентная вероятность того, что кошка жива.
Еще из Технического словаря Built InЧто такое суперпозиция?
Почему кот Шредингера жив и мертв?
С точки зрения квантовой механики, способность кошки находиться в неоднозначном состоянии как живой, так и мертвой, пока ее не наблюдают (т. е. когда кто-то не откроет коробку), называется квантовой неопределенностью или парадоксом наблюдателя . Парадокс гласит, что событие или наблюдатель эксперимента влияет на его результат. В этом случае тот, кто проводит этот гипотетический эксперимент, может повлиять на то, останется ли кошка в неизвестном состоянии или , он может открыть коробку и узнать, мертва кошка или жива, со 100-процентной уверенностью.
Эксперимент также показывает, когда происходит разрешение возможностей. Эксперимент предназначен для того, чтобы заставить людей спросить себя, было ли логично, чтобы наблюдение вызвало ответ. В конце концов, разве кошка не будет ни мертва, ни жива, даже если мы никогда не откроем коробку?
Кот Шрёдингера и роль наблюдателя
В квантовой механике наблюдатель (человек, проводящий эксперимент) играет определенную роль в результатах эксперимента. В этом случае мы не знаем о состоянии кота, пока наблюдатель не откроет коробку. Пока наблюдатель не откроет коробку, кошка находится в состоянии суперпозиции; то есть кошка и жива, и мертва. Только открывая коробку и глядя на то, что внутри (т. е. наблюдая за этим), подтверждается, что состояние кошки является одним из двух состояний. Это называется копенгагенской интерпретацией квантовой механики, которая в основном объясняет, что квантовая система существует во всех своих возможных состояниях одновременно. Только когда мы делаем наблюдения, мы можем подтвердить истинное состояние системы.
Больше квантовых чтений от встроенных экспертовПочему квантовые объекты становятся все более странными?
Почему мы используем кота Шрёдингера?
Мы до сих пор используем этот мысленный эксперимент, чтобы объяснить концепции квантовой физики простым для понимания способом. Некоторые люди также используют кота Шредингера, чтобы более философски рассуждать о том, как мысленный эксперимент можно распространить на другие жизненные ситуации. Например, предположим, вы встречаетесь со своим другом на вечеринке, и вы оба не знаете, что приготовить на ужин; пока вы не придете к соглашению или один из вас не примет решение за группу, возможный вариант еды — «каждый вариант, который может существовать там, где вы и ваш друг». Глядя на вещи с этой точки зрения, многие люди стали думать обо всем в жизни как о «квантовом», потому что пока будущее не наступило, оно технически (согласно Шрёдингеру) существует в состоянии суперпозиции всех возможных сценариев.