Кот Шрёдингера. Как кот Шрёдингера может быть жив и мертв одновременно
 Скачать 20.62 Kb.
|
|
Как кот Шрёдингера может быть жив и мертв одновременно? Эрвин Шредингер (12.08.1887 - 04.01.1961) - австрийский физик-теоретик. Он является одним из создателей квантовой механики и известен благодаря своему уравнению Шредингера. В 1933 году Шредингер за это уравнение получил Нобелевскую премию. Шредингер занимался исследованиями и читал лекции в Университете Фридриха Вильяма в Берлине, Оксфордском Университете, Принстонском Университете, Университете Граз в Австрии. Его известные работы: «Природа и греки, наука и гуманизм», «Интерпретация квантовой механики», «Статистическая термодинамика», «Что такое жизнь?», «Мой взгляд на мир» и т.д Для того, чтобы приступить к описанию эксперимента, сначала погрузимся в мини экскурс в историю. В начале прошлого века учёным удалось заглянуть в микромир. И в итоге, выявилось, что в микромире не работают ньютоновские законы классической физики. Отчего и появилась новая наука – квантовая физика, а её составляющая – квантовая механика. Все микроскопические объекты микромира назвали квантами. Одна из аксиом квантовой механики – «суперпозиция». «Суперпозиция» – это умение кванта находится на двух или более траекториях и точках одновременно. Нам в этом трудно разобраться, т.к. в нашем мире объект может принимать только одно состояние. Это, например, объект может располагаться только в одном месте в пространстве и быть, или живым, или мёртвым. Сейчас мы вам расскажем отличия микро и макро объектов. Возьмём две коробки, в одну из них положим шар. Шар – это объект нашего макро мира. Соответственно можно сказать, этот шар лежит только в одной из коробок, а во второй – пусто. А вот, если вместо шара возьмём электрон, то будет верно, что он находится одновременно в двух коробках. Так работают законы микромира. Электрон не вращается вокруг ядра атома, он находится во всех точках сферы вокруг ядра одновременно. В физике и химии, этот феномен называется «электронное облако». На сегодняшний день нет науки, которая смогла бы описать переход от макромира в микромир. Эрвин Шрёдингер, чтобы показать всю неполноту общей теории физики, описал свой эксперимент. Он хотел, чтобы именно парадокс Шредингера показал нам, что существуют науки для описания больших объектов - классическая физика, и для описания микрообъектов- это квантовая физика. А вот наука для описания перехода от квантовых систем к макросистемам нет. В 1935 году Эрвин Шрёдингер описал мысленный эксперимент с котом. Будто какой-то кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится небольшое количество радиоактивного вещества, что даже в течение часа может распасться только один атом или не распасться вовсе. В случае этого возникновения, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, которая спустит молот и разобьёт колбочку с синильной кислотой. Если же позволить всю эту систему самой себе на час, то можно предполагать, что кот будет жив по истечении этого времени, т.к. распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция (комплекснозначная функция, используемая в квантовой механике для описания чистого состояния системы) системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота 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 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. Парадокс эксперимента в том, что согласно квантовой физике: до открытия коробки кот, и жив, и мёртв одновременно, но согласно законам физики нашего мира – это не может быть возможным. Кот может быть только в одном конкретном состоянии – быть либо живым, либо мёртвым. Нет такого состояния, где кот и жив и мёртв в одно, и тоже время. Следует обратить внимание на то, что в квантовой механике существует парадокс наблюдателя. Объект – ядро, которое является частью микромира, одновременно находится в нескольких состояниях, но это происходит лишь в тот момент, пока мы не наблюдает за системой В пример можно привести эксперимент с наблюдателем и двумя щелями. Суть эксперимента была в том, что пучок электронов направляли на непрозрачную пластину с двумя вертикально расположенными щелями. За пластиной находился экран, на котором электроны рисовали чередующиеся между собой темные и светлые полосы. Но когда экспериментаторы установили со стороны экрана наблюдателя, электроны нарисовали на экране 2 вертикальные полосы. Поведение электронов изменилось, они вели себя не как волны, а как частицы. После данного эксперимента напросился вывод о том, что в момент замера квантовые частицы сами выбирают как себя вести. Вследствие этого появилось копенгагенская интерпретация феномена «Кота Шредингера», которая звучит следующим образом: В момент времени, когда за системой «кот-ядро» никто не наблюдает, ядро одновременно считается и распавшимся и нераспавшимся. Но утверждение о том, что кот может быть так же и жив и мертв одновременно, является ошибочным. Это происходит, потому что в макросистемах нельзя наблюдать квантовые явления. Именно поэтому стоит уточнять, что речь идет не о системе «кот-ядро», а о системе «ядро-детектор (счётчик Гейгера)». В момент наблюдения или измерения ядро выбирает распадаться или не распадаться. Но этот выбор происходит в микромире. Попадание ядра в детектор, является ключевым моментом, потому что именно тогда ядро выбирает, какое состояние ему принять. Следовательно, можно говорить о том, что система в эксперименте описано неполно. Именно поэтому копенгагенская интерпретация парадокса Кота Шредингера утверждает о том, что до момента открытия ящика кот не мог находиться в супер позиции. В макромире кот находиться только в одном состоянии. Вышеупомянутое нашло свое применение на практике в квантовой криптографии и в квантовых вычислениях. Световой сигнал, пересылающийся по волоконно-оптическому кабелю, находится в супер позиции двух состояний. Если кто-то захочет перехватить сигнал, то ему придется сделать отвод сигнала, подключившись к кабелю где-то посередине. Но это будет значить, что над сигналом произвели наблюдение и, следовательно, свет перейдет в одно из состояний. На приемном конце кабеля можно провести статистические пробы света, которые дадут информацию о том, в каком состоянии находится свет. Исходя из результатов проб, можно будет сделать вывод о том, что наблюдение за сигналом уже было произведено или сигнал до сих пор находится в супер позиции. Это дает возможность для создания средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание. Данный эксперимент может быть выполнен, но еще не создана такая система квантовой криптографии, которая была бы способна передавать большие объемы информации. В квантовых вычислениях состоянием Шредингеровского кота называют состояние кубитов, при котором они все находятся в одинаковой суперпозиции всех нулей или единиц. Подводя итоги для всего вышеописанного, можно сделать следующие выводы: 1) Мы поняли, что поведение очень маленьких объектов, подчиняется законам квантовой физике, а поведение больших объектов подчиняется законом классической физики. 2) Описание эксперимента Шредингером было недостаточным. Нельзя ставить знак равно между макроскопической системой и микроскопической, потому то квантовые законы не действуют в макросистемах. В настоящем эксперименте взаимодействуют «кот – детектор-ядро». Кот является объектом макромира, а система «детектор-ядро» – из микромира. Ядро может находиться в состоянии суперпозиции только в микросистеме, при условии, что это явление происходит до момента измерения или взаимодействия ядра с детектором. В макромире кот находится только в одном состоянии. Поэтому, утверждение о том, что кот и жив и мертв одновременно и его состояние определяется на момент открытия ящика, является ошибочным. В действительности судьба кота определяется в момент взаимодействия ядра с детектором. 3) Окончательным выводом будет то, что состояние системы «детектор-ядро-кот» связано с детектором-наблюдателем за ядром, а не с человеком-наблюдателем за ящиком. |