Mnoho ľudí počul tento výraz, ale možno nie každý rozumie aj jeho zjednodušenému významu. Skúsme to prísť bez komplikovaných teórií a vzorcov.
„Schrödingerova mačka“je názov známeho experimentu známeho rakúskeho teoretického fyzika Erwina Schrödingera, ktorý je tiež držiteľom Nobelovej ceny. S touto fiktívnou skúsenosťou chcel vedec ukázať neúplnosť kvantovej mechaniky pri prechode zo subatomárnych systémov na makroskopické systémy.
Pôvodný článok Erwina Schrödingera bol uverejnený v roku 1935. Tu je citácia:
Môžete tiež konštruovať prípady, v ktorých stačí burleska. Nechajte nejakú mačku uzamknúť v oceľovej komore spolu s nasledujúcim diabolským strojom (ktorý by mal byť nezávislý od zásahu mačky): vo vnútri Geigerovho počítadla je malé množstvo rádioaktívnej látky, tak malé, že iba jeden atóm môže za hodinu rozpadnúť, ale s rovnakým pravdepodobnosť sa nemusí rozpadnúť; ak k tomu dôjde, odčítava sa trubica na čítanie a spustí sa relé, čím sa uvoľní kladivo, ktoré láme kužeľ kyselinou kyanovodíkovou.
Ak necháte celý tento systém na jednu hodinu pre seba, potom môžeme povedať, že mačka bude po tomto čase nažive, pokiaľ nedôjde k rozpadu atómu. Úplne prvý rozpad atómu by mačku otrávil. Psi-funkcia systému ako celku to bude vyjadrovať zmiešaním alebo rozmazaním živej a mŕtvej mačky (ospravedlňujeme sa za výraz) v rovnakých častiach. V takýchto prípadoch je typické, že neistota spočiatku obmedzená na atómový svet sa transformuje na makroskopickú neistotu, ktorú je možné odstrániť priamym pozorovaním. To nám bráni v tom, aby sme naivne akceptovali „model rozmazania“ako odrážajúci realitu. To samo o sebe neznamená nič nejasné alebo protirečivé. Rozlišuje sa medzi rozmazanou alebo zaostrenou fotografiou a fotografiou mrakov alebo hmly.
Inými slovami:
- K dispozícii je krabica a mačka. Škatuľa obsahuje mechanizmus obsahujúci rádioaktívne atómové jadro a nádobu s jedovatým plynom. Parametre experimentu boli vybrané tak, aby pravdepodobnosť jadrového rozkladu za 1 hodinu bola 50%. Ak sa jadro rozpadne, otvorí sa nádoba s plynom a mačka zomrie. Ak sa jadro nerozpadne, mačka zostáva nažive a dobre.
- Zatvoríme mačku v krabici, počkáme hodinu a spýtame sa sami seba: je mačka živá alebo mŕtva?
- Kvantová mechanika, ako to bolo, nám hovorí, že atómové jadro (a tým aj mačka) je vo všetkých možných stavoch súčasne (pozri kvantovú superpozíciu). Pred otvorením škatule je systém „jadra mačky“v stave „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“s pravdepodobnosťou 50% a v stave „jadro sa nerozpadlo, mačka je nažive“s pravdepodobnosťou 50%. Ukazuje sa, že mačka sediaca v krabici je zároveň nažive a mŕtvych.
- Podľa moderného kodanského výkladu je mačka nažive / mŕtvy bez prechodných štátov. K výberu stavu jadrového rozkladu nedochádza v okamihu otvorenia skrinky, ale aj pri vstupe jadra do detektora. Pretože zníženie vlnovej funkcie systému „cat-detector-nucleus“nie je spojené s ľudským pozorovateľom schránky, ale je spojené s detektorom-pozorovateľom jadra.
Propagačné video:
Podľa kvantovej mechaniky, ak nie je pozorované jadro atómu, potom je jeho stav opísaný zmiešaním dvoch stavov - dezintegrovaného jadra a nevyriešeného jadra, preto mačka sediaca v krabici a zosobňujúca jadro atómu je súčasne živá aj mŕtva. Ak je škatuľka otvorená, experimentátor vidí iba jeden konkrétny stav - „jadro sa rozpadlo, mačka je mŕtva“alebo „jadro sa nerozpadlo, mačka je nažive.
Podstata ľudského jazyka: Schrödingerov experiment ukázal, že z hľadiska kvantovej mechaniky je mačka nažive aj mŕtvy, čo nemôže byť. Kvantová mechanika má teda významné nedostatky.
Otázka znie: kedy systém prestane existovať ako zmes dvoch štátov a vyberie jeden konkrétny? Cieľom experimentu je ukázať, že kvantová mechanika je neúplná bez niektorých pravidiel, ktoré naznačujú, za akých podmienok nastáva kolaps funkcie vlny, a mačka buď zomrie alebo zostane nažive, ale prestane byť zmesou oboch. Pretože je zrejmé, že mačka musí byť nevyhnutne nažive alebo mŕtva (medzi životom a smrťou nie je žiadny stav), bude to rovnaké pre atómové jadro. Musí byť buď dezintegrovaný alebo nedeintegrovaný (Wikipedia).
Ďalšou najnovšou interpretáciou Schrödingerovho experimentu je príbeh Sheldona Coopera, hrdinu seriálu Teória veľkého tresku, ktorý recitoval pre Pennyho menej vzdelaného suseda. Podstatou Sheldonovho príbehu je, že koncept Schrödingerovej mačky sa dá uplatniť vo vzťahoch medzi ľuďmi. Aby ste pochopili, čo sa deje medzi mužom a ženou, aký vzťah medzi nimi je: dobrý alebo zlý, stačí otvoriť krabicu. Predtým sú vzťahy dobré aj zlé.
Nižšie je video z tohto dialógu o teórii veľkého tresku medzi Sheldonom a Singingom.
Schrödingerova ilustrácia je najlepším príkladom na opísanie hlavného paradoxu kvantovej fyziky: podľa jej zákonov častice, ako sú elektróny, fotóny a dokonca atómy, existujú v dvoch štátoch súčasne („živé“a „mŕtve“, ak si pamätáte mačku trpiacu dlho). Tieto stavy sa nazývajú superpozície.
Americký fyzik Art Hobson z University of Arkansas (Arkansas State University) ponúkol svoje vlastné riešenie tohto paradoxu.
„Merania v kvantovej fyzike sú založené na prevádzke určitých makroskopických zariadení, ako je Geigerov počítač, ktoré určujú kvantový stav mikroskopických systémov - atómov, fotónov a elektrónov. Kvantová teória znamená, že ak pripojíte mikroskopický systém (časticu) k určitému makroskopickému zariadeniu, ktoré rozlišuje dva rôzne stavy systému, potom zariadenie (napríklad Geigerov počítač) prejde do stavu kvantového zapletenia a súčasne bude aj v dvoch superpozíciách. Nie je však možné tento jav pozorovať priamo, čo ho robí neprijateľným, “hovorí fyzik.
Hobson hovorí, že v Schrödingerovom paradoxe hrá mačka úlohu makroskopického nástroja, Geigerovho počítadla pripojeného k rádioaktívnemu jadru, aby určila stav rozkladu alebo „nerozpad“tohto jadra. V tomto prípade bude živá mačka ukazovateľom „nerozpadu“a uhynutá mačka je indikátorom rozpadu. Ale podľa kvantovej teórie mačka musí byť rovnako ako jadro v dvoch superpozíciách života a smrti.
Namiesto toho sa podľa fyzika musí kvantový stav mačky zamotať do stavu atómu, čo znamená, že sú medzi sebou „nelokálne“. To znamená, že ak sa stav jedného zo zamotaných objektov náhle zmení na opačný, potom sa stav jeho páru zmení presne rovnakým spôsobom, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Hobson tým odkazuje na experimentálne potvrdenie tejto kvantovej teórie.
„Najzaujímavejšou vecou v teórii kvantového zapletenia je to, že k zmene stavu oboch častíc dochádza okamžite: žiadne svetlo alebo elektromagnetický signál by nemal čas na prenos informácií z jedného systému do druhého. Môžeme teda povedať, že toto je jeden objekt, rozdelený na dve časti vesmírom, bez ohľadu na to, aká veľká je vzdialenosť medzi nimi, “vysvetľuje Hobson.
Schrödingerova mačka už nie je nažive a mŕtvych. Je mŕtvy, ak dôjde k úpadku, a nažive, ak k úpadku nikdy nedôjde.
Dodávame, že podobné možnosti riešenia tohto paradoxu navrhli ďalšie tri skupiny vedcov za posledných tridsať rokov, ale neboli brané vážne a zostali nepovšimnutí v širokých vedeckých kruhoch. Hobson poznamenáva, že riešenie paradoxov kvantovej mechaniky, dokonca aj teoretických, je absolútne nevyhnutné pre jej hlboké porozumenie.
Viac o práci fyzika sa dočítate v jeho článku, ktorý bol publikovaný v časopise Physical Review A.
Schrödinger.
Ale v nedávnej dobe TEORETIKA VYSVETLILA, KEDY GRAVITY KILLS SCHRODINGEROVA KATEGÓRIA, ale je to už zložitejšie …
Fyzici spravidla vysvetľujú fenomén, že superpozícia je možná vo svete častíc, ale nie je to možné pri mačkách alebo iných makroobjektoch, zasahovaní z prostredia. Keď kvantový objekt prechádza cez pole alebo interaguje s náhodnými časticami, okamžite predpokladá iba jeden stav - akoby bol zmeraný. Takto vedci verili, že je zničená superpozícia.
Ale aj keď nejakým spôsobom bolo možné izolovať makro-objekt v stave superpozície od interakcií s inými časticami a poľami, potom skôr alebo neskôr by stále predpokladal jediný stav. Prinajmenšom to platí pre procesy vyskytujúce sa na povrchu Zeme.
„Niekde v medzihviezdnom priestore by mačka mohla mať šancu zachovať kvantovú koherenciu, ale na Zemi alebo v blízkosti ktorejkoľvek planéty je to veľmi nepravdepodobné. Dôvodom je gravitácia, “vysvetľuje hlavný autor novej štúdie Igor Pikovski z Harvard-Smithsonianského centra pre astrofyziku.
Pikovsky a jeho kolegovia na viedenskej univerzite tvrdia, že gravitácia má deštruktívny vplyv na kvantové superpozície makroobjektov, a preto v makrokozme nepozorujeme takéto javy. Základný koncept novej hypotézy je mimochodom zhrnutý v celovečernom filme Interstellar.
Einsteinova všeobecná teória relativity uvádza, že extrémne masívny objekt sa bude v jeho blízkosti ohýbať. Ak vezmeme do úvahy situáciu na jemnejšej úrovni, môžeme povedať, že pre molekulu umiestnenú blízko zemského povrchu bude čas o niečo pomalší ako čas na orbite našej planéty.
V dôsledku vplyvu gravitácie na časopriestor bude molekula, ktorá sa dostala pod tento vplyv, zaznamenať vychýlenie vo svojej polohe. A to by zas malo ovplyvniť jeho vnútornú energiu - vibrácie častíc v molekule, ktoré sa časom menia. Ak by sa molekula dostala do stavu kvantovej superpozície dvoch miest, potom vzťah medzi pozíciou a vnútornou energiou by čoskoro prinútil molekulu „zvoliť“iba jednu z dvoch pozícií vo vesmíre.
„Vo väčšine prípadov je jav decoherence spojený s vonkajším vplyvom, ale v tomto prípade interné vibrácie častíc interagujú s pohybom samotnej molekuly,“vysvetľuje Pikovsky.
Tento účinok sa doteraz nepozoroval, pretože iné zdroje dekoreencie, ako sú magnetické polia, tepelné žiarenie a vibrácie, sú zvyčajne oveľa silnejšie a spôsobujú ničenie kvantových systémov dlho pred gravitáciou. Experti sa však pokúšajú otestovať uvedenú hypotézu.
Markus Arndt, experimentálny fyzik na viedenskej univerzite, vykonáva experimenty zamerané na pozorovanie kvantovej superpozície v makroskopických objektoch. Vysiela malé molekuly do interferometra a účinne tak dáva častici „výber“, ktorou cestou sa vydať. Z hľadiska klasickej mechaniky molekula môže ísť iba jednou cestou, ale kvantová molekula môže prejsť dvoma cestami naraz, zasahovať do seba a vytvárať charakteristický zvlnený vzor.
Podobné nastavenie sa dá použiť aj na testovanie schopnosti gravitácie zničiť kvantové systémy. Na tento účel bude potrebné porovnať vertikálne a horizontálne interferometre: v prvom prípade by superpozícia mala čoskoro zmiznúť kvôli časovej dilatácii v rôznych "výškach" dráhy, zatiaľ čo v druhom môže kvantová superpozícia pretrvávať.