Schrödingerův přechod. Schrödingerova teorie jednoduchými slovy

Jak nám vysvětlil Heisenberg, díky principu neurčitosti má popis objektů v kvantovém mikrosvětě jiný charakter než běžný popis objektů v newtonském makrosvětě. Místo prostorových souřadnic a rychlosti, které jsme zvyklí popisovat mechanický pohyb např. koule na kulečníkovém stole, jsou v kvantové mechanice objekty popisovány tzv. vlnovou funkcí. Hřeben „vlny“ odpovídá maximální pravděpodobnosti nalezení částice v prostoru v okamžiku měření. Pohyb takové vlny popisuje Schrödingerova rovnice, která nám říká, jak se v čase mění stav kvantového systému.

Nyní o kočce. Každý ví, že kočky se rády schovávají v krabicích (). Erwin Schrödinger také věděl. Navíc s ryze severským fanatismem tuto vlastnost využil ve slavném myšlenkovém experimentu. Podstatou toho bylo, že kočka byla zavřená v krabici s pekelným strojem. Stroj je přes relé připojen ke kvantovému systému, například k radioaktivně se rozpadající látce. Pravděpodobnost rozpadu je známá a je 50%. Pekelný stroj se spustí, když se změní kvantový stav systému (nastane rozklad) a kočka úplně zemře. Pokud systém „Cat-box-hellish machine-quanta“ necháte na jednu hodinu pro sebe a zapamatujete si, že stav kvantového systému je popsán z hlediska pravděpodobnosti, pak je jasné, že pravděpodobně nebude možné zjistit zda je kočka v daném okamžiku naživu nebo ne, stejně jako nelze předem přesně předpovědět pád mince na hlavu nebo ocas. Paradox je velmi jednoduchý: vlnová funkce, která popisuje kvantový systém, mísí dva stavy kočky – kočka je živá a mrtvá zároveň, stejně jako se vázaný elektron může nacházet se stejnou pravděpodobností na libovolném místě ve vesmíru stejně vzdáleném od atomové jádro. Pokud krabici neotevřeme, nevíme přesně, jak na tom kočka je. Bez provádění pozorování (čtení měření) atomového jádra můžeme jeho stav popsat pouze superpozicí (směšováním) dvou stavů: rozpadlého a nerozpadlého jádra. Kočka v jaderné závislosti je živá i mrtvá zároveň. Otázka zní: kdy systém přestane existovat jako směs dvou stavů a vybere si jeden konkrétní?

Kodaňská interpretace experimentu nám říká, že systém přestává být směsí stavů a vybere si jeden z nich v okamžiku, kdy dojde k pozorování, které je zároveň měřením (otevře se rámeček). To znamená, že samotný fakt měření mění fyzikální realitu, což vede ke kolapsu vlnové funkce (kočka se buď stane mrtvou, nebo zůstane naživu, ale přestane být směsí obojího)! Přemýšlejte o tom, experiment a měření, která ho doprovázejí, mění realitu kolem nás. Osobně tento fakt trápí můj mozek mnohem více než alkohol. Tento paradox těžko zažívá i známý Steve Hawking, který opakuje, že když uslyší o Schrödingerově kočce, vztáhne ruku k Browningovi. Závažnost reakce vynikajícího teoretického fyzika je dána tím, že podle jeho názoru je role pozorovatele při kolapsu vlnové funkce (zhroucení do jednoho ze dvou pravděpodobnostních) stavů značně přehnaná.

Samozřejmě, když profesor Erwin v roce 1935 vymyslel své mučení koček, byl to důmyslný způsob, jak ukázat nedokonalost kvantové mechaniky. Ve skutečnosti kočka nemůže být živá a mrtvá zároveň. V důsledku jedné z interpretací experimentu vyšlo najevo, že existuje rozpor mezi zákony makrosvěta (např. druhý termodynamický zákon – kočka je buď živá, nebo mrtvá) a mikrosvěta. svět (kočka je živá a mrtvá zároveň).

Výše uvedené se používá v praxi: v kvantových počítačích a kvantové kryptografii. Světelný signál v superpozici dvou stavů je vysílán přes optický kabel. Pokud se útočníci připojí na kabel někde uprostřed a udělají tam signální odposlech, aby odposlouchávali přenášené informace, pak se tím zhroutí vlnová funkce (z pohledu kodaňské interpretace bude provedeno pozorování) a světlo přejde do jednoho ze stavů. Provedením statistických testů světla na přijímacím konci kabelu bude možné zjistit, zda je světlo v superpozici stavů nebo již bylo pozorováno a přeneseno do jiného bodu. To umožňuje vytvářet komunikační prostředky, které vylučují nedetekovatelné zachycení signálu a odposlechy.

Další novější interpretací Schrödingerova myšlenkového experimentu je příběh, který Sheldon Cooper, hrdina Teorie velkého třesku, vyprávěl své méně vzdělané sousedce Penny. Pointou Sheldonova příběhu je, že koncept Schrödingerovy kočky lze aplikovat na lidské vztahy. Abyste pochopili, co se děje mezi mužem a ženou, jaký je mezi nimi vztah: dobrý nebo špatný, stačí otevřít krabici. Do té doby je vztah dobrý i špatný.

Všichni jsme slyšeli o slavné Schrödingerově kočce, ale víme, jaká kočka to ve skutečnosti je? Pojďme na to a zkusme mluvit o slavné Schrödingerově kočce jednoduchými slovy.

Schrödingerova kočka je experiment, který provedl Erwin Schrödinger, jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky. Navíc se nejedná o obyčejný fyzikální experiment, ale duševní.

Nutno přiznat, že Erwin Schrödinger byl muž s velmi bohatou fantazií.

Co tedy máme jako pomyslný základ pro provedení experimentu? V krabici je umístěna kočka. Krabice obsahuje také Geigerův počítač s velmi malým množstvím radioaktivního materiálu. Množství látky je takové, že pravděpodobnost rozpadu a nerozpadu jednoho atomu během hodiny je stejná. Pokud se atom rozpadne, aktivuje se speciální mechanismus, který rozbije baňku s kyselinou kyanovodíkovou a nebohá kočka zemře. Pokud nedojde k rozpadu, pak bude kočka dál tiše sedět v krabici a snít o párcích.

Co je podstatou Schrödingerovy kočky? Proč vůbec přijít s tak neskutečným zážitkem?

Podle výsledků pokusu zjistíme, zda je kočka živá či nikoli, až když krabičku otevřeme. Z pohledu kvantové mechaniky se kočka (jako atom hmoty) nachází současně ve dvou stavech najednou – živé i mrtvé zároveň. To je slavný paradox Schrödingerovy kočky.

To přirozeně nemůže být. Erwin Schrödinger provedl tento myšlenkový experiment, aby ukázal nedokonalost kvantové mechaniky při přechodu od subatomárních k makroskopickým systémům.

Zde je Schrödingerova vlastní formulace:

Můžete také konstruovat případy, ve kterých je docela burleska. Nechte nějakou kočku zavřít do ocelové komory spolu s následujícím ďábelským strojem (který musí existovat bez ohledu na zásah kočky): uvnitř Geigerova počítače je nepatrné množství radioaktivní látky – tak malé, že se za hodinu může rozpadnout jen jeden atom , ale se stejnou pravděpodobností se nemusí rozpadnout; pokud k tomu dojde, čtecí trubice se vybije a aktivuje se relé, čímž se uvolní kladivo, které rozbije baňku s kyselinou kyanovodíkovou.

Pokud celý tento systém necháme hodinu pro sebe, pak můžeme říci, že kočka bude po této době naživu, pokud se atom nerozpadne. Hned první rozpad atomu by kočku otrávil. Psi-funkce systému jako celku to vyjádří smícháním nebo namazáním živé a mrtvé kočky (promiňte ten výraz) rovným dílem. Typické pro takové případy je, že nejistota původně omezená na atomový svět se transformuje na makroskopickou nejistotu, kterou lze eliminovat přímým pozorováním. To nám brání naivně přijmout „model rozostření“ jako odraz reality. To samo o sobě neznamená nic nejasného nebo rozporuplného. Je rozdíl mezi rozmazanou nebo neostrou fotkou a fotkou mraků nebo mlhy.

Jednoznačným pozitivem tohoto experimentu je skutečnost, že v jeho průběhu nebylo zraněno ani jedno zvíře.

Nakonec vám pro konsolidaci materiálu doporučujeme zhlédnout video ze staré dobré série „The Big Bang Theory“.

A pokud máte náhle otázky nebo se vás učitel zeptal na problém s kvantovou mechanikou, kontaktujte nás. Společně vyřešíme všechny problémy mnohem rychleji!

„Každý, kdo není šokován kvantovou teorií, tomu nerozumí,“ řekl Niels Bohr, zakladatel kvantové teorie.
Základem klasické fyziky je jednoznačné programování světa, jinak laplaceovský determinismus, s nástupem kvantové mechaniky jej vystřídala invaze do světa nejistot a pravděpodobnostních událostí. A zde se teoretickým fyzikům hodily myšlenkové experimenty. To byly prubířské kameny, na kterých byly testovány nejnovější nápady.

„Schrodingerova kočka“ je myšlenkový experiment, navržený Erwinem Schrödingerem, s nímž chtěl ukázat neúplnost kvantové mechaniky při přechodu od subatomárních systémů k makroskopickým systémům.

Kočka je umístěna v uzavřené krabici. Krabice obsahuje mechanismus obsahující radioaktivní jádro a nádobu s jedovatým plynem. Pravděpodobnost, že se jádro rozpadne za 1 hodinu, je 1/2. Pokud se jádro rozpadne, aktivuje mechanismus, otevře nádobu s plynem a kočka zemře. Podle kvantové mechaniky, pokud se jádro nepozoruje, je jeho stav popsán superpozicí (smícháním) dvou stavů - rozpadlé jádro a nerozložené jádro, takže kočka sedící v krabici je živá i mrtvá ve stejnou dobu. Pokud je krabice otevřena, může experimentátor vidět pouze jeden konkrétní stav – „jádro se rozpadlo, kočka je mrtvá“ nebo „jádro se nerozpadlo, kočka žije“.

Kdy systém přestane existovat? Jak lze smíchat dva stavy a vybrat jeden konkrétní?

Účel experimentu- ukázat, že kvantová mechanika je neúplná, aniž by některá pravidla naznačovala, za jakých podmínek se vlnová funkce zhroutí (okamžitá změna kvantového stavu objektu, ke které dojde při měření), a kočka buď zemře, nebo zůstane naživu, ale přestane být směs obou.

Protože je jasné, že kočka musí být buď živá, nebo mrtvá (mezi životem a smrtí neexistuje žádný stav), znamená to, že to platí i pro atomové jádro. Nezbytně bude buď zchátralé, nebo nezkažené.

Schrödingerův článek „Současná situace v kvantové mechanice“, představující myšlenkový experiment s kočkou, vyšel v německém časopise Natural Sciences v roce 1935 a diskutoval o paradoxu EPR.

Články Einsteina-Podolského-Rosena a Schrödingera nastínily zvláštní povahu „kvantového provázání“ (pojem vytvořený Schrödingerem), charakteristické pro kvantové stavy, které jsou superpozicí stavů dvou systémů (například dvou subatomárních částic).

Výklady kvantové mechaniky

Během existence kvantové mechaniky vědci předložili její různé interpretace, ale nejvíce podporované ze všech jsou dnes ty „kodaňské“ a „mnohosvětové“.

"Kodaňský výklad"- tuto interpretaci kvantové mechaniky formulovali Niels Bohr a Werner Heisenberg při společné práci v Kodani (1927). Vědci se pokusili odpovědět na otázky vyplývající z duality vlny a částic vlastní kvantové mechanice, zejména na otázku měření.

V kodaňské interpretaci systém přestává být směsí stavů a vybírá si jeden z nich v okamžiku pozorování. Experiment s kočkou ukazuje, že v této interpretaci není povaha právě tohoto pozorování – měření – dostatečně definována. Někteří věří, že zkušenost naznačuje, že dokud je krabice uzavřena, je systém v obou stavech současně, v superpozici stavů „rozložené jádro, mrtvá kočka“ a „nerozložené jádro, živá kočka“, a když je krabice otevřena , teprve potom se vlnová funkce zhroutí na jednu z možností. Jiní hádají, že k „pozorování“ dochází, když částice z jádra zasáhne detektor; nicméně (a to je klíčový bod myšlenkového experimentu) v kodaňské interpretaci neexistuje žádné jasné pravidlo, které by říkalo, kdy se to stane, a proto je interpretace neúplná, dokud do ní takové pravidlo není zavedeno nebo není řečeno, jak to může být představil. Přesným pravidlem je, že náhodnost se objeví v bodě, kde se poprvé použije klasická aproximace.

Můžeme se tedy spolehnout na následující přístup: v makroskopických systémech kvantové jevy nepozorujeme (kromě jevu supratekutosti a supravodivosti); pokud tedy uvalíme na kvantový stav makroskopickou vlnovou funkci, musíme ze zkušenosti dojít k závěru, že superpozice se rozpadne. A i když není zcela jasné, co obecně znamená něco „makroskopického“, u kočky je jisté, že jde o makroskopický objekt. Kodaňská interpretace tedy nezvažuje, že kočka je před otevřením krabice ve stavu zmatení mezi živými a mrtvými.

V "interpretaci mnoha světů" kvantová mechanika, která proces měření nepovažuje za něco zvláštního, oba stavy kočky existují, ale dekoherní, tzn. dochází k procesu, ve kterém kvantově mechanický systém interaguje se svým prostředím a získává informace dostupné v prostředí, nebo se jinak „zaplete“ s prostředím. A když pozorovatel otevře krabici, zaplete se s kočkou a z toho se vytvoří dva stavy pozorovatele, odpovídající živé a mrtvé kočce a tyto stavy se vzájemně neovlivňují. Stejný mechanismus kvantové dekoherence je důležitý pro „společné“ historie. V této interpretaci může být ve „sdíleném příběhu“ pouze „mrtvá kočka“ nebo „živá kočka“.

Jinými slovy, když je krabice otevřena, vesmír se rozdělí na dva různé vesmíry, jeden, ve kterém se pozorovatel dívá na krabici s mrtvou kočkou, a ve druhém se pozorovatel dívá na živou kočku.

Paradox "Wignerova přítele"

Wigner's Friend's Paradox je komplikovaným experimentem paradoxu Schrödingerovy kočky. Nositel Nobelovy ceny, americký fyzik Eugene Wigner, představil kategorii „přátelé“. Po dokončení experimentu experimentátor otevře krabici a uvidí živou kočku. Stav kočky v okamžiku otevření krabičky přechází do stavu „jádro se nerozpadlo, kočka žije“. V laboratoři tak byla kočka rozpoznána jako živá. Mimo laboratoř je „přítel“. Přítel zatím neví, zda je kočka živá nebo mrtvá. Přítel pozná kočku jako živou, až když mu experimentátor sdělí výsledek experimentu. Ale všichni ostatní „přátelé“ dosud kočku jako živou nepoznali a poznají ji, až když jim bude sdělen výsledek experimentu. Kočku lze tedy poznat jako plně živou pouze tehdy, když všichni lidé ve Vesmíru znají výsledek experimentu. Až do tohoto okamžiku v měřítku Velkého vesmíru zůstává kočka napůl živá a napůl mrtvá zároveň.

Experiment (který lze v zásadě provést, ačkoli dosud nebyly vytvořeny fungující systémy kvantové kryptografie schopné přenášet velké množství informací) také ukazuje, že „pozorování“ v kodaňské interpretaci nemá nic společného s vědomím pozorovatele. , protože v tomto případě změna statistiky na konci kabelu vede ke zcela neživé větvi drátu.

A v kvantovém počítání je stav Schrödingerovy kočky zvláštním propleteným stavem qubitů, ve kterém jsou všechny ve stejné superpozici všech nul nebo jedniček.

("Qubit" je nejmenší prvek pro ukládání informací v kvantovém počítači. Připouští dva vlastní stavy, ale může být i v jejich superpozici. Kdykoli je měřen stav qubitu, náhodně přechází do jednoho ze svých vlastních stavů.)

Ve skutečnosti! Malý bratr "Schrodingerovy kočky"

Je to již 75 let, co se objevila Schrödingerova kočka, ale přesto se některé důsledky kvantové fyziky zdají být v rozporu s našimi každodenními představami o hmotě a jejích vlastnostech. Podle zákonů kvantové mechaniky by mělo být možné vytvořit „kočičí“ stav, ve kterém je živá i mrtvá, tzn. bude ve stavu kvantové superpozice dvou stavů. V praxi však vytvoření kvantové superpozice tak velkého počtu atomů zatím nebylo možné. Potíž je v tom, že čím více atomů je v superpozici, tím je tento stav méně stabilní, protože vnější vlivy jej mají tendenci ničit.

Fyzikům z Vídeňské univerzity (publikace v časopise Příroda komunikace“, 2011) bylo poprvé na světě možné prokázat kvantové chování organické molekuly sestávající ze 430 atomů a ve stavu kvantové superpozice. Molekula získaná experimentátory vypadá spíše jako chobotnice. Velikost molekul je asi 60 angstromů a de Broglieho vlnová délka pro molekulu byla pouze 1 pikometr. Tato „molekulární chobotnice“ dokázala prokázat vlastnosti vlastní Schrödingerově kočce.

Kvantová sebevražda

Kvantová sebevražda je myšlenkový experiment v kvantové mechanice, který nezávisle navrhli G. Moravec a B. Marshall a v roce 1998 jej rozšířil kosmolog Max Tegmark. Tento myšlenkový experiment, modifikace myšlenkového experimentu Schrödingerovy kočky, jasně ukazuje rozdíl mezi dvěma interpretacemi kvantové mechaniky: Kodaňskou interpretací a Everettovou interpretací mnoha světů.

Pokus je vlastně pokusem se Schrödingerovou kočkou z pohledu kočky.

V navrhovaném experimentu je na účastníka namířena zbraň, která vystřelí nebo nevystřelí v závislosti na rozpadu některého radioaktivního atomu. Existuje 50% šance, že zbraň vystřelí a účastník zemře. Pokud je kodaňská interpretace správná, pak zbraň nakonec vystřelí a účastník zemře.
Pokud je Everettova interpretace mnoha světů správná, pak se v důsledku každého provedeného experimentu vesmír rozdělí na dva vesmíry, z nichž jeden účastník zůstane naživu a ve druhém zemře. Ve světech, kde účastník zemře, přestane existovat. Naproti tomu z pohledu nemrtvého účastníka bude experiment pokračovat, aniž by účastník zmizel. Děje se tak proto, že v jakékoli větvi je účastník schopen pozorovat výsledek experimentu pouze ve světě, ve kterém přežívá. A pokud je výklad mnoha světů správný, pak si účastník může všimnout, že během experimentu nikdy nezemře.

Účastník nikdy nebude moci o těchto výsledcích mluvit, protože z pohledu vnějšího pozorovatele bude pravděpodobnost výsledku experimentu stejná jak v mnohasvětech, tak v kodaňské interpretaci.

Kvantová nesmrtelnost

Kvantová nesmrtelnost je myšlenkový experiment, který vychází z experimentu s kvantovou sebevraždou a uvádí, že podle mnohosvětové interpretace kvantové mechaniky jsou bytosti, které mají schopnost sebeuvědomění, nesmrtelné.

Představme si, že účastník experimentu v jeho blízkosti odpálí jadernou bombu. Téměř ve všech paralelních vesmírech zničí účastníka jaderný výbuch. Ale i přes to musí existovat malý počet alternativních vesmírů, ve kterých účastník nějak přežije (tedy vesmírů, ve kterých je možný případný scénář záchrany). Myšlenka kvantové nesmrtelnosti spočívá v tom, že účastník zůstává naživu, a tím je schopen vnímat okolní realitu alespoň v jednom z vesmírů v sadě, i když je počet takových vesmírů extrémně malý ve srovnání s počtem vesmírů. všechny možné vesmíry. Účastník tak časem zjistí, že může žít věčně. Některé paralely k tomuto závěru lze nalézt v pojetí antropického principu.

Další příklad pramení z myšlenky kvantové sebevraždy. V tomto myšlenkovém experimentu namíří účastník na sebe zbraň, která může nebo nemusí vystřelit v závislosti na výsledku rozpadu nějakého radioaktivního atomu. Existuje 50% šance, že zbraň vystřelí a účastník zemře. Pokud je kodaňská interpretace správná, pak zbraň nakonec vystřelí a účastník zemře.

Pokud je Everettova interpretace mnoha světů správná, pak se v důsledku každého provedeného experimentu vesmír rozdělí na dva vesmíry, z nichž jeden účastník zůstane naživu a ve druhém zemře. Ve světech, kde účastník zemře, přestane existovat. Naopak z pohledu nemrtvého účastníka bude experiment pokračovat, aniž by účastník zmizel, protože po každém rozdělení vesmírů se bude moci poznat pouze v těch vesmírech, kde přežil. Pokud je tedy Everettova interpretace mnoha světů správná, pak si účastník může všimnout, že v experimentu nikdy nezemře, čímž „prokáže“ svou nesmrtelnost, alespoň ze svého pohledu.

Zastánci kvantové nesmrtelnosti poukazují na to, že tato teorie neodporuje žádným známým fyzikálním zákonům (tato pozice není ve vědeckém světě zdaleka jednomyslně přijímána). Ve svých úvahách se opírají o následující dva kontroverzní předpoklady:
- Everettova interpretace mnoha světů je správná, nikoli kodaňská, protože ta popírá existenci paralelních vesmírů;
- všechny možné scénáře, ve kterých může účastník během experimentu zemřít, obsahují alespoň malou podmnožinu scénářů, ve kterých účastník zůstane naživu.

Možným argumentem proti teorii kvantové nesmrtelnosti je, že druhý předpoklad nutně nevyplývá z Everettovy interpretace mnoha světů a může být v rozporu s fyzikálními zákony, o nichž se předpokládá, že platí pro všechny možné reality. Interpretace kvantové fyziky z mnoha světů nutně neznamená, že „všechno je možné“. Naznačuje pouze, že v určitém okamžiku lze vesmír rozdělit na řadu dalších, z nichž každý bude odpovídat jednomu z mnoha možných výsledků. Například se předpokládá, že druhý zákon termodynamiky platí pro všechny pravděpodobné vesmíry. To znamená, že teoreticky existence tohoto zákona brání vzniku paralelních vesmírů tam, kde by byl porušen. Důsledkem toho může být z pohledu experimentátora dosažení stavu reality, kdy se jeho další přežití stává nemožným, neboť by to vyžadovalo porušení fyzikálního zákona, který podle dříve uvedeného předpokladu , platí pro všechny možné reality.

Například u výše popsaného výbuchu jaderné bomby je poměrně obtížné popsat věrohodný scénář, který neporušuje základní biologické principy, ve kterých účastník přežije. Živé buňky prostě nemohou existovat při teplotách dosažených v centru jaderného výbuchu. Aby teorie kvantové nesmrtelnosti zůstala platná, je nutné, aby buď došlo k vynechání zapalování (a tím se zabránilo jadernému výbuchu), nebo došlo k nějaké události, která je založena na dosud neobjevených nebo neprokázaných fyzikálních zákonech. Dalším argumentem proti diskutované teorii může být přítomnost přirozené biologické smrti u všech tvorů, které se nelze vyhnout v žádném z paralelních Vesmírů (alespoň v této fázi vývoje vědy)

Na druhou stranu, druhý termodynamický zákon je statistický zákon a výskyt fluktuací (například výskyt oblasti s podmínkami vhodnými pro život pozorovatele ve vesmíru, který obecně dosáhl určitého bodu) není v rozporu. stav tepelné smrti nebo v zásadě možný pohyb všech částic v důsledku jaderného výbuchu tak, že každá z nich proletí kolem pozorovatele), ačkoli k takovému kolísání dojde jen u extrémně malé části všech; možné výsledky. Argument o nevyhnutelnosti biologické smrti lze vyvrátit i na základě pravděpodobnostních úvah. Pro každý živý organismus v daném časovém okamžiku existuje nenulová pravděpodobnost, že během příští vteřiny zůstane naživu. Pravděpodobnost, že zůstane naživu další miliardu let, je tedy také nenulová (protože je součinem velkého množství nenulových faktorů), i když velmi malá.

Na myšlence kvantové nesmrtelnosti je problematické to, že podle ní bude bytost uvědomující si sebe sama „nucena“ zažít extrémně nepravděpodobné události, které nastanou v situacích, kdy by se zdálo, že její účastník zemře. I když v mnoha paralelních vesmírech účastník zemře, těch pár vesmírů, které je účastník schopen subjektivně vnímat, se vyvine v extrémně nepravděpodobném scénáři. To zase může nějakým způsobem způsobit porušení principu kauzality, jehož podstata v kvantové fyzice zatím není dostatečně jasná.

Ačkoli myšlenka kvantové nesmrtelnosti pochází z velké části z experimentu „kvantové sebevraždy“, Tegmark tvrdí, že za jakýchkoli normálních podmínek prochází každá myslící bytost před smrtí fází (od několika sekund po několik let) klesající úrovně sebevědomí. vědomí, které nemá nic společného s kvantovou mechanikou a účastník nemá možnost další existence přesunem z jednoho světa do druhého, což mu dává možnost přežít.

Zde sebevědomý inteligentní pozorovatel nadále setrvává v takříkajíc „zdravém těle“ pouze v relativně malém počtu možných stavů, ve kterých si zachovává sebevědomí. Možnost, že pozorovatel, i když si zachová vědomí, zůstane zmrzačený, je mnohem větší, než když zůstane nezraněn. Jakýkoli systém (včetně živého organismu) má mnohem více příležitostí k nesprávnému fungování, než k udržení se v ideální formě. Boltzmannova ergodická hypotéza vyžaduje, aby nesmrtelný pozorovatel dříve či později prošel všemi stavy slučitelnými se zachováním vědomí, včetně těch, ve kterých bude pociťovat nesnesitelné utrpení – a takových stavů bude podstatně více než stavů optimálního fungování organismu. Jak naznačuje filozof David Lewis, měli bychom doufat, že interpretace mnoha světů je špatná.

24. června 2015

Ke své hanbě se chci přiznat, že jsem tento výraz slyšel, ale nevěděl jsem, co znamená a dokonce ani na jaké téma byl použit. Řeknu vám, co jsem se o této kočce dočetl na internetu...

« Schrödingerova kočka“- tak se jmenuje slavný myšlenkový experiment slavného rakouského teoretického fyzika Erwina Schrödingera, který je také nositelem Nobelovy ceny. Pomocí tohoto fiktivního experimentu chtěl vědec ukázat neúplnost kvantové mechaniky při přechodu od subatomárních systémů k makroskopickým systémům.

Původní článek Erwina Schrödingera byl publikován v roce 1935. Tady je citát:

Můžete také konstruovat případy, ve kterých je docela burleska. Nechte nějakou kočku zavřít do ocelové komory spolu s následujícím ďábelským strojem (který by měl být bez ohledu na zásah kočky): uvnitř Geigerova počítače je nepatrné množství radioaktivní látky, tak malé, že se za hodinu může rozpadnout jen jeden atom , ale se stejnou pravděpodobností se nemusí rozpadnout; pokud k tomu dojde, čtecí trubice se vybije a aktivuje se relé, čímž se uvolní kladivo, které rozbije baňku s kyselinou kyanovodíkovou.

Jinými slovy:

Je tam krabice a kočka. Krabice obsahuje mechanismus obsahující radioaktivní atomové jádro a nádobu s jedovatým plynem. Experimentální parametry byly zvoleny tak, aby pravděpodobnost jaderného rozpadu za 1 hodinu byla 50 %. Pokud se jádro rozpadne, otevře se nádoba s plynem a kočka zemře. Pokud se jádro nerozpadne, kočka zůstává živá a zdravá.
Kočku zavřeme do krabice, hodinu počkáme a položíme otázku: je kočka živá nebo mrtvá?
Zdá se, že kvantová mechanika nám říká, že atomové jádro (a tedy i kočka) je ve všech možných stavech současně (viz kvantová superpozice). Než otevřeme krabici, je systém cat-core ve stavu „jádro se rozpadlo, kočka je mrtvá“ s pravděpodobností 50 % a ve stavu „jádro se nerozpadlo, kočka žije“ s pravděpodobnost 50 %. Ukáže se, že kočka sedící v boxu je živá i mrtvá zároveň.
Podle moderní kodaňské interpretace je kočka živá/mrtvá bez jakýchkoli přechodných stavů. A volba stavu rozpadu jádra nastává nikoli v okamžiku otevření krabičky, ale dokonce i tehdy, když jádro vstoupí do detektoru. Protože snížení vlnové funkce systému „kočka-detektor-nucleus“ není spojeno s lidským pozorovatelem krabice, ale je spojeno s detektorem-pozorovatelem jádra.

Podle kvantové mechaniky, pokud není jádro atomu pozorováno, je jeho stav popsán směsí dvou stavů - rozpadlé jádro a nerozložené jádro, tedy kočka sedící v krabici a personifikující jádro atomu je živý i mrtvý zároveň. Pokud je krabice otevřena, může experimentátor vidět pouze jeden konkrétní stav – „jádro se rozpadlo, kočka je mrtvá“ nebo „jádro se nerozpadlo, kočka žije“.

Podstata v lidské řeči: Schrödingerův experiment ukázal, že z pohledu kvantové mechaniky je kočka živá i mrtvá, což být nemůže. Proto má kvantová mechanika značné nedostatky.

Otázka zní: kdy systém přestane existovat jako směs dvou stavů a vybere si jeden konkrétní? Účelem experimentu je ukázat, že kvantová mechanika je neúplná bez některých pravidel, která naznačují, za jakých podmínek se vlnová funkce zhroutí a kočka buď zemře, nebo zůstane naživu, ale již není směsí obojího. Protože je jasné, že kočka musí být buď živá, nebo mrtvá (mezi životem a smrtí neexistuje žádný stavový mezistupeň), bude to podobné pro atomové jádro. Musí být buď rozpadlé, nebo nerozpadlé (Wikipedie).

Níže je videoklip této výměny teorie velkého třesku mezi Sheldonem a Penií.

Schrödingerova ilustrace je nejlepším příkladem k popisu hlavního paradoxu kvantové fyziky: podle jejích zákonů existují částice jako elektrony, fotony a dokonce atomy ve dvou stavech současně („živé“ a „mrtvé“, pokud si pamatujete dlouho trpící kočka). Tyto stavy se nazývají superpozice.

Americký fyzik Art Hobson z University of Arkansas (Arkansas State University) navrhl své řešení tohoto paradoxu.

„Měření v kvantové fyzice je založeno na provozu určitých makroskopických zařízení, jako je Geigerův počítač, pomocí kterého se určuje kvantový stav mikroskopických systémů – atomů, fotonů a elektronů. Kvantová teorie implikuje, že pokud připojíte mikroskopický systém (částici) k nějakému makroskopickému zařízení, které rozlišuje dva různé stavy systému, pak zařízení (například Geigerův počítač) přejde do stavu kvantového zapletení a také se ocitne ve dvou superpozice zároveň. Přímo pozorovat tento jev je však nemožné, a proto je nepřijatelný,“ říká fyzik.

Hobson říká, že ve Schrödingerově paradoxu hraje kočka roli makroskopického zařízení, Geigerova počítače, připojeného k radioaktivnímu jádru, aby se určil stav rozpadu nebo „nerozpadu“ tohoto jádra. V tomto případě bude živá kočka indikátorem „nerozkladu“ a mrtvá kočka bude indikátorem rozkladu. Ale podle kvantové teorie musí kočka, stejně jako jádro, existovat ve dvou superpozicích života a smrti.

Fyzik říká, že místo toho by měl být kvantový stav kočky spojen se stavem atomu, což znamená, že jsou mezi sebou v „nelokálním vztahu“. To znamená, že pokud se stav jednoho ze zapletených objektů náhle změní na opačný, pak se změní i stav jeho páru, bez ohledu na to, jak daleko od sebe jsou. Hobson se přitom odvolává na experimentální potvrzení této kvantové teorie.

„Nejzajímavější na teorii kvantového provázání je, že ke změně stavu obou částic dochází okamžitě: žádné světlo ani elektromagnetický signál by neměl čas přenést informace z jednoho systému do druhého. Takže můžete říci, že je to jeden objekt rozdělený na dvě části prostorem, bez ohledu na to, jak velká je vzdálenost mezi nimi,“ vysvětluje Hobson.

Schrödingerova kočka už není živá a mrtvá zároveň. Je mrtvý, pokud k rozpadu dojde, a živý, pokud k rozpadu nikdy nedojde.

Dodejme, že podobná řešení tohoto paradoxu navrhovaly během uplynulých třiceti let ještě tři skupiny vědců, ale nebyly brány vážně a zůstaly v širokých vědeckých kruzích nepovšimnuty. Hobson poznamenává, že řešení paradoxů kvantové mechaniky, alespoň teoreticky, je pro její hluboké pochopení naprosto nezbytné.

Schrödinger

Ale teprve nedávno TEORETICI VYSVĚTLILI, JAK GRAVITACE ZABÍJÍ SCHRODINGEROVOU KOČKU, ale tohle je složitější...

Fyzici zpravidla vysvětlují jev, že superpozice je možná ve světě částic, ale nemožná u koček nebo jiných makroobjektů, interference z prostředí. Když kvantový objekt projde polem nebo interaguje s náhodnými částicemi, okamžitě zaujme právě jeden stav – jako by byl změřen. Přesně takto je zničena superpozice, jak se vědci domnívali.

Ale i kdyby bylo nějak možné izolovat makroobjekt ve stavu superpozice od interakcí s jinými částicemi a poli, stejně by dříve nebo později získal jediný stav. Alespoň to platí pro procesy probíhající na povrchu Země.

"Někde v mezihvězdném prostoru by možná kočka měla šanci zachovat kvantovou koherenci, ale na Zemi nebo v blízkosti jakékoli planety je to krajně nepravděpodobné." A důvodem je gravitace,“ vysvětluje hlavní autor nové studie Igor Pikovski z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovský a jeho kolegové z Vídeňské univerzity tvrdí, že gravitace má destruktivní vliv na kvantové superpozice makroobjektů, a proto podobné jevy v makrokosmu nepozorujeme. Mimochodem, základní koncept nové hypotézy je stručně nastíněn v celovečerním filmu „Interstellar“.

Einsteinova teorie obecné relativity říká, že extrémně masivní objekt bude ohýbat časoprostor kolem sebe. Pokud vezmeme v úvahu situaci na menší úrovni, můžeme říci, že molekule umístěné blízko povrchu Země bude čas plynout poněkud pomaleji než molekule umístěné na oběžné dráze naší planety.

Vlivem gravitace na časoprostor dojde u molekuly ovlivněné tímto vlivem k odchylce své polohy. A to by zase mělo ovlivnit jeho vnitřní energii – vibrace částic v molekule, které se v čase mění. Pokud by byla molekula uvedena do stavu kvantové superpozice dvou míst, pak by vztah mezi polohou a vnitřní energií brzy přinutil molekulu „vybrat si“ pouze jednu ze dvou poloh v prostoru.

"Ve většině případů je fenomén dekoherence spojen s vnějšími vlivy, ale v tomto případě vnitřní vibrace částic interaguje s pohybem samotné molekuly," vysvětluje Pikovsky.

Tento efekt zatím nebyl pozorován, protože jiné zdroje dekoherence, jako jsou magnetická pole, tepelné záření a vibrace, jsou obvykle mnohem silnější, což způsobuje destrukci kvantových systémů dlouho před gravitací. Experimentátoři se ale snaží hypotézu otestovat.

Podobné nastavení by také mohlo být použito k testování schopnosti gravitace zničit kvantové systémy. K tomu bude nutné porovnat vertikální a horizontální interferometry: v prvním by měla superpozice brzy zmizet kvůli dilataci času v různých „výškách“ dráhy, zatímco ve druhém může kvantová superpozice zůstat.

zdrojů

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

Tady je trochu více pseudovědecké: například a zde. Pokud ještě nevíte, přečtěte si o čem a co to je. A zjistíme co Původní článek je na webu InfoGlaz.rf Odkaz na článek, ze kterého byla vytvořena tato kopie -

Ne každý čte knihy o velkých vynálezech lidstva. Ale rozhodně každý, kdo sledoval televizní seriál „Teorie velkého třesku“, slyšel o fenoménu jako „Schrödingerova kočka“. Vzhledem k tomu, že souvisí s kvantovou mechanikou, je pro člověka bez technického vzdělání dost těžké pochopit její význam. Zkusme jednoduchými slovy přijít na to, co pojem „Schrödingerova kočka“ znamená.

Obsah:

Stručné historické pozadí

Erwin Schrödinger- slavný fyzik, jeden z tvůrců teorie kvantové mechaniky. Výrazným rysem jeho vědecké činnosti byla tzv. druhotnost. Málokdy udělal první krok při zkoumání něčeho.

Schrödinger v podstatě psal recenze na vynález nebo vědecký úspěch někoho jiného, kritizoval autora nebo začal s dalším rozvojem výzkumu a objevů jiných lidí. Přestože byl svou povahou individualista, nemohl si pomoci a spoléhat na nápady a myšlenky jiných lidí, které si vzal za základ při svém výzkumu. Navzdory tomu nesmírně přispěl k rozvoji kvantové mechaniky, z velké části díky jeho záhadě „Schrödingerova kočka“.

Schrödingerovy úspěchy ve vědě zahrnují:

vytvoření konceptu vlnové mechaniky (za to obdržel v roce 1933 Nobelovu cenu);
uvedl do vědeckého oběhu pojem „objektivita popisu“ - zdůvodnil možnost vědeckých teorií bez přímé účasti subjektu výzkumu (vnějšího pozorovatele) popsat okolní realitu;
vyvinul teorii relativity;
studoval termodynamické procesy a nelineární Bornovu elektrodynamiku;
se pokusil vytvořit jednotnou teorii pole.

Schrödingerův koncept kočky

"Schrödingerova kočka"- slavná hádanka Schrödingerovy teorie, myšlenkový experiment rakouského teoretického fyzika, s jehož pomocí bylo možné prokázat neúplnost kvantové mechaniky při přechodu od mikrosystémů k makrosystémům. Celá tato teorie je založena na kritice vědců ohledně úspěchů kvantové mechaniky.

Než přistoupíme k popisu experimentu, je nutné definovat základní pojmy, které se v něm používají. Hlavní postulát slavného fenoménu říká, že dokud systém nikdo nepozoruje, je in superpoziční pozice– současně ve dvou nebo více stavech, které vylučují vzájemnou existenci. Sám Schrödinger dal následující definici superpozice - jedná se o kvantovou schopnost (úlohou kvanta může být elektron, foton nebo atomové jádro) být v několika stavech nebo několika bodech v prostoru současně, přičemž žádná jeden sleduje systém. Kvantum je mikroskopický objekt mikroprostředí.

Popis experimentu

Původní článek, ve kterém Schrödinger vysvětluje svůj experiment, byl publikován v roce 1935. K popisu experimentu byla použita metoda srovnání a dokonce personifikace.

Je velmi obtížné přesně pochopit, co Schrödinger myslel studiem tohoto článku. Pokusím se jednoduchými slovy popsat podstatu experimentu.

Kočku vložíme do krabice s mechanismem, který obsahuje radioaktivní atomové jádro a nádobu naplněnou jedovatým plynem. Experiment je prováděn s přesně zvolenými parametry pro pravděpodobnost rozpadu atomového jádra - 50 % za 1 hodinu. Při rozpadu jádra dochází k úniku plynu z nádoby, což vede ke smrti kočky. Pokud se tak nestane, kočce se nic nestane, je živá a zdravá.

Uplyne hodina a my chceme dostat odpověď na otázku: zemřela kočka, nebo ještě žije? Podle Schrödingerovy teorie je jádro atomu, stejně jako kočka, v krabici ve více stavech současně (definice superpozice). Do okamžiku otevření krabičky má mikrosystém, ve kterém se atomové jádro a kočka nachází, s 50% pravděpodobností stav „jádro se rozpadlo, kočka zemřela“ a se stejnou pravděpodobností stav "Jádro se nerozpadlo, kočka je naživu." To potvrzuje hypotézu, že kočka sedící v boxu je zároveň živá i mrtvá, to znamená, že je ve stejném časovém okamžiku v několika stavech najednou. Ukáže se, že kočka sedící v boxu je živá i mrtvá zároveň.

zjednodušeně řečeno, vysvětluje fenomén „Schrödingerovy kočky“. možnost skutečnosti že z pohledu kvantové mechaniky je kočka živá i mrtvá, což je ve skutečnosti nemožné. Na tomto základě můžeme dojít k závěru, že v teorii kvantové mechaniky existují významné nedostatky.

Pokud nepozorujete jádro atomu v mikrosystému, dochází ke smíchání dvou stavů – rozpadlého a nerozpadlého jádra. Při otevření krabice může experimentátor pozorovat pouze jeden konkrétní stav. Vzhledem k tomu, že kočka zosobňuje jádro atomu, bude také pouze v jednom stavu - buď živá, nebo mrtvá.

Řešení paradoxu – kodaňská interpretace

Vědci z Kodaně rozluštili záhadu Schrödingerovy kočky. Moderní kodaňská interpretace je taková, že kočka je živá/mrtvá bez jakýchkoliv mezistavů, protože jádro se rozkládá nebo nerozpadá, když se krabička otevře, ale ještě dříve – když je jádro odesláno do detektoru. Vysvětlení pro to je následující: redukce vlnové funkce mikrosystému „kočka-detektor-jádro“ nemá žádnou souvislost s osobou pozorující krabici, ale je spojena s detektorem-pozorovatelem jádra.

Tato interpretace fenoménu Schrödingerovy kočky popírá možnost, že by se kočka před otevřením krabice nacházela ve stavu superpozice – ve stavu živé/mrtvé kočky zároveň. Kočka v makrosystému je vždy pouze v jednom stavu.

Důležité! Schrödingerův experiment ukázal, že mikroobjekt a makroobjekt se v systémech chovají v souladu s odlišnými zákony – zákony kvantové fyziky, respektive fyzikálními zákony v jejím klasickém smyslu.

Neexistuje ale žádná věda, která by zkoumala jevy při přechodu z makrosystému na mikrosystém. Erwin Schrödinger přišel s myšlenkou provést takový experiment právě za účelem prokázání slabosti a neúplnosti obecné teorie fyziky. Jeho nejhlubší touhou bylo prokázat prostřednictvím konkrétní zkušenosti, že každá věda plní své vlastní úkoly: klasická fyzika studuje makroobjekty, kvantová fyzika mikroobjekty. Je potřeba rozvíjet vědecké poznatky k popisu procesu přechodu od velkých k malým objektům v systémech.

Pro běžného člověka je velmi těžké okamžitě pochopit podstatu tohoto paradoxu. Koneckonců, ve vědomí každého člověka existuje přesvědčení, že jakýkoli předmět hmotného světa v daném časovém okamžiku může být umístěn pouze v jednom bodě.

Ale Schrödingerovu teorii lze aplikovat pouze na mikroobjekty, zatímco kočka je objektem makrokosmu.

Nejnovější výklad paradoxu Schrödingerovy kočky je v televizním seriálu Teorie velkého třesku, ve kterém hlavní hrdina Sheldon Cooper vysvětlil jeho podstatu méně vzdělané Penny. Cooper tento fenomén přenesl do oblasti mezilidských vztahů. Abyste pochopili, zda je vztah mezi lidmi opačného pohlaví dobrý nebo špatný, stačí otevřít krabici. Do této chvíle je každý vztah dobrý i špatný.