През 1935 г. - две години след спечелването на Нобелова награда за приноса му в квантовата физика - Австрия Физикът Ервин Шрьодингер предложи известния мисловен експеримент, известен като парадокс на котката на Шрьодингер.
Какво представлява кодовият парадокс на Шрьодингер?
Парадоксът е едно от най-известните неща за квантовата механика в популярната култура, но не е просто сюрреалистично и забавно начин да се опише как се държи квантовият свят, той всъщност поразява ключова критика на доминиращата интерпретация на кванта механика.
Издържа, защото предлага абсурдната идея за едновременно жива и мъртва котка, но има и такива философска тежест, защото в известен смисъл това наистина е нещо, което квантовата механика може да предположи, че е възможен.
Шрьодингер измисля мисловния експеримент точно по тази причина. Подобно на много други физици, той не беше напълно удовлетворен от интерпретацията на квантовата механика в Копенхаген и търсеше начин да предаде това, което виждаше като централен недостатък в него като начин за описание на реалността.
Тълкуването на квантовата механика в Копенхаген
Копенхагенската интерпретация на квантовата механика все още е най-широко възприетият опит да се разбере какво всъщност означава квантовата физика във физически смисъл.
По същество се казва, че вълновата функция (която описва състоянието на частицата) и Шрьодингер уравнението (което използвате за определяне на вълновата функция) ви казва всичко, което можете да знаете за кванта държава. Отначало това може да звучи разумно, но това предполага много неща за същността на реалността, които не са добре на много хора.
Например, вълновата функция на частицата се разпространява в пространството и така интерпретацията от Копенхаген гласи, че частицата няма окончателно местоположение, докато не се направи измерване.
Когато правите измерване, предизвиквате колапс на вълновата функция и частицата попада незабавно в едно от няколко възможни състояния и това може да се предвиди само по отношение на вероятността.
Тълкуването казва, че квантовите частици всъщност нямат стойности на наблюдаеми като позиция, импулс или спин докато се направи наблюдение. Те съществуват в редица потенциални състояния, в това, което се нарича „суперпозиция“ и по същество могат да бъдат мислена за всички тях наведнъж, макар и претеглена да признае, че някои държави са по-вероятни от други.
Някои приемат тази интерпретация по-стриктно от други - например вълновата функция може просто да се разглежда като теоретична конструкция, която позволява на учените да предсказват резултатите от експериментите - но това е по принцип начинът, по който интерпретацията разглежда кванта теория.
Котката на Шрьодингер
В мисловния експеримент Шрьодингер предлага да се постави котка в кутия, така че тя да е била скрита от наблюдателите (можете да си представите, че това също е звукоизолирана кутия) заедно с флакон с отрова. Флаконът с отрова е подправен, за да се счупи и убие котката, ако се случи определено квантово събитие, което Шрьодингер приема за разпадане на радиоактивен атом, който се открива с брояч на Гайгер.
Като квантов процес, времето на радиоактивно разпадане не може да се предвиди в конкретен случай, само като средна стойност за много измервания. Така че, нямайки начин действително да открием разлагането и флакона с отчупване на отровата, буквално няма начин да разберем дали това се е случило в експеримента.
По същия начин, както частиците не се считат за определено място преди измерването в квантовата теория, но a квантова суперпозиция на възможни състояния, радиоактивният атом може да се счита за суперпозиция на „разложен“ и „не разложен. "
Вероятността за всеки от тях може да се предвиди до ниво, което ще бъде точно при много измервания, но не и за конкретен случай. И така, ако радиоактивният атом е в суперпозиция и животът на котката зависи изцяло от това състояние, означава ли това, че състоянието на котката също е в суперпозиция на състояния? С други думи, котката е в квантова суперпозиция на живи и мъртви?
Суперпозицията на състояния се случва ли само на квантово ниво, или мисловният експеримент показва, че логично трябва да се прилага и за макроскопични обекти? Ако не може да се отнася за макроскопични обекти, защо не? И най-вече: Не е ли всичко това малко смешно?
Защо е важно?
Мисловният експеримент стига до философското сърце на квантовата механика. В един лесен за разбиране сценарий потенциалните проблеми с тълкуването от Копенхаген се разкриват, а на поддръжниците на обяснението остава да дадат някои обяснения. Една от причините, поради които тя се среща в популярната култура, несъмнено е, че тя ярко показва разликата между това как квантовата механика описва състоянието на квантовите частици и начина, по който описвате макроскопично обекти.
Той обаче се занимава и с понятието какво имате предвид под „измерване“ в квантовата механика. Това е важна концепция, тъй като процесът на колапс на вълновата функция зависи основно от това дали нещо е било наблюдавано.
Трябва ли на хората физически наблюдавайте резултатът от квантово събитие (например четене на брояча на Гейгер) или просто трябва да взаимодейства с нещо макроскопично? С други думи, котката „измервателно устройство“ ли е в този сценарий - така ли се разрешава парадоксът?
Наистина няма отговор на тези въпроси, който да е широко приет. Парадоксът отлично улавя това, което е свързано с квантовата механика, която е трудна за стомаха за хората, свикнали да изпитват макроскопичен свят и наистина, чиито мозъци в крайна сметка са се развили, за да разберат света, в който живеете, а не света на субатомните частици.
Парадоксът на EPR
Парадоксът EPR е друг мисловен експеримент, предназначен да покаже проблеми с квантовата механика, и е кръстен на Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Росен, които са измислили парадокса. Това се отнася до квантово заплитане, което Айнщайн известен като „призрачно действие от разстояние“.
В квантовата механика две частици могат да бъдат „заплетени“, така че никоя от двойката не може да бъде описана без препратка към друго - техните квантови състояния се описват от споделена вълнова функция, която не може да бъде разделена на едно за една частица и едно за друг.
Например, на две частици в конкретно заплетено състояние може да бъде измерено „въртенето“ и ако едната е измерена като завъртане „нагоре“, другият трябва да се завърти „надолу“ и обратно, въпреки че това не е определено предварително.
Това така или иначе е малко трудно да се приеме, но какво ще стане, ако парадоксът на EPR предполага, че двете частици са разделени на огромно разстояние. Първото измерване се прави и разкрива „завъртане надолу“, но след това много скоро след това (толкова бързо, че дори светлина сигналът не е могъл да пътува от едно място до другото във времето) се прави измерване на второто частица.
Как втората частица „знае“ резултата от първото измерване, ако е невъзможно сигнал да е преминал между двете?
Айнщайн вярва, че това е доказателство, че квантовата механика е „непълна“ и че в играта има „скрити променливи“, които биха обяснили привидно нелогични резултати като тези. През 1964 г. обаче Джон Бел намери начин да тества за наличието на скритите променливи, предложени от Айнщайн и намери неравенство, което, ако бъде нарушено, ще докаже, че резултатът не може да бъде получен със скрита променлива теория.
Експерименти, проведени въз основа на това, установиха, че неравенството на Бел е нарушено и затова парадоксът е просто друг аспект на квантовата механика, който Изглежда странно, но просто е начинът, по който работи квантовата механика.