Мысленный эксперимент, известный как кот Шредингера, является одним из самых известных и неправильно понятых понятий в квантовой механике. Глубоко размышляя над этим, исследователи пришли к впечатляющим открытиям относительно физической реальности.
Согласно статье в журнале Quanta Magazine, австрийский физик Эрвин Шредингер, который помог основать квантовую механику, впервые задумал свою кошачью головоломку в 1935 году как комментарий к проблемам, изначально поставленным светилом Альбертом Эйнштейном.
Развивая новое понимание субатомной сферы, большинство коллег Эйнштейна и Шредингера поняли, что квантовые сущности демонстрируют крайне странное поведение. Датский физик Нильс Бор отстаивал понимание того, что частицы, подобные электронам, не имеют четко определенных свойств, пока их не измерят. До этого частицы существовали в так называемой суперпозиции состояний, например, с 50% вероятностью быть ориентированными «вверх» и с 50% вероятностью быть ориентированными «вниз».
Эйнштейну, в частности, не понравилось это нерешительное объяснение. Он хотел узнать, как именно Вселенная узнает, что кто-то что-то измеряет. Шредингер подчеркнул эту нелепость своим пресловутым концептуальным котом.
Предположим, что кто-то строит странное приспособление, писал Шредингер в статье 1935 года под названием «Текущая ситуация в квантовой механике». Аппарат состоит из коробки с запечатанным флаконом цианида, над которым подвешен молоток, прикрепленный к счетчику Гейгера, нацеленный на небольшой кусок слаборадиоактивного урана. Внутри коробки также находится котенок (и помните, это мысленный эксперимент, который никогда не был проведен).
Ящик запечатывают, и эксперимент оставляют работать на определенное время, возможно, час. За этот час уран, частицы которого подчиняются законам квантовой механики, имеет некоторый шанс испустить излучение, которое затем будет уловлено счетчиком Гейгера, который, в свою очередь, выпустит молоток и разобьет пробирку, убив кошку отравлением цианидом.
Кот Шредингера. fandom.com
По мнению таких людей, как Бор, пока ящик не будет открыт и статус кота не будет «измерен», он будет оставаться в суперпозиции как живого, так и мертвого. Такие люди, как Эйнштейн и Шредингер, отвергали такую возможность, которая не согласуется со всем, что говорит нам наш обычный опыт — коты либо живы, либо мертвы, но не и то и другое одновременно.
«Квантовой физике не хватало важного компонента — истории о том, как она соотносится с вещами в мире», — писал научный журналист Адам Беккер в своей книге «Что реально?» (Basic Books, 2018). «Как феноменальное количество атомов, управляемых квантовой физикой, порождает мир, который мы видим вокруг себя?»
Кот Шредингера затронул самую суть странности интерпретации реальности Бором: отсутствие четкой границы между квантовой и повседневной сферами. Хотя большинство людей думают, что это пример в поддержку частиц, не имеющих четко определенных свойств до тех пор, пока они не будут измерены, изначальное намерение Шредингера было прямо противоположным — показать, что такая идея бессмысленна. Тем не менее, в течение многих десятилетий физики в значительной степени игнорировали эту проблему, переходя к другим дилеммам.
Но начиная с 1970-х годов исследователи смогли показать, что квантовые частицы могут быть созданы в состояниях, которые всегда соответствуют друг другу — так, если одна показывает ориентацию «вверх», другая будет «вниз» — явление, которое Шредингер назвал запутанностью. Такая работа была использована для поддержки новой области квантовых вычислений, которая обещает производить вычислительные машины, которые будут намного быстрее современных технологий.
В 2010 году физикам также удалось создать реальную версию кота Шредингера, хотя и таким образом, который не связан с фелицидом (также известным как убийство котенка). Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили резонатор, по сути, крошечный камертон размером с пиксель на экране компьютера. Они поместили его в суперпозицию, в которой он одновременно и колебался, и не колебался, показывая, что относительно большие объекты могут занимать странные квантовые состояния.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
Суперпозиция — композиция функций (сложная функция). Принцип суперпозиции — принцип в физике и математике, описывающий наложение процессов (например, волн) и, как следствие, возникновение конструктивной и деструктивной интерференции. Принцип суперпозиции — допущение, согласно которому результирующий эффект нескольких независимых воздействий есть сумма эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. Справедлив для систем или полей, которые описываются линейными уравнениями. Обычно под суперпозицией понимают простое наблюдение: если одно действие приводит к одному результату, а второе действие — ко второму, то их совместное действие даст оба результата.
Более поздние эксперименты помещали группы до 2000 атомов в два разных места одновременно, еще больше размывая границу между микроскопическим и макроскопическим. В 2019 году исследователи из Университета Глазго даже сумели сделать фотографию запутанных фотонов с помощью специальной камеры, которая делала снимок всякий раз, когда фотон появлялся со своим запутанным партнером.
Хотя физики и философы еще не пришли к единому мнению о том, как следует понимать квантовый мир, идеи Шредингера открыли множество плодотворных направлений исследований и, вероятно, продолжат делать это в обозримом будущем.
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
Похожие записи
Определения, аксиомы и ключевые концепции квантовой физики
Квантовая механика, или квантовая физика, представляет собой совокупность научных законов,…
Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир. Глава 6. Девять жизней кошки Шрёдингера
ГЛАВА 6. ДЕВЯТЬ ЖИЗНЕЙ КОШКИ ШРЁДИНГЕРА Многим основателям квантовой физики…
