श्रोडिंगर की बिल्ली (सरलीकृत): यह क्या है और यह क्यों महत्वपूर्ण है?

1935 में - क्वांटम भौतिकी में उनके योगदान के लिए नोबेल पुरस्कार जीतने के दो साल बाद - ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने प्रसिद्ध विचार प्रयोग का प्रस्ताव रखा जिसे श्रोडिंगर की बिल्ली विरोधाभास के रूप में जाना जाता है।

विरोधाभास लोकप्रिय संस्कृति में क्वांटम यांत्रिकी के बारे में सबसे प्रसिद्ध चीजों में से एक है, लेकिन यह केवल एक असली और अजीब बात नहीं है क्वांटम दुनिया कैसे व्यवहार करती है, इसका वर्णन करने का तरीका वास्तव में क्वांटम की प्रमुख व्याख्या की एक महत्वपूर्ण आलोचना पर प्रहार करता है यांत्रिकी

यह स्थायी है क्योंकि यह एक साथ जीवित और मृत बिल्ली के बेतुके विचार का प्रस्ताव करता है, लेकिन इसमें कुछ है दार्शनिक वजन क्योंकि, एक अर्थ में, यह वास्तव में ऐसा कुछ है जो क्वांटम यांत्रिकी सुझाव दे सकता है संभव के।

श्रोडिंगर ठीक इसी कारण से विचार प्रयोग के साथ आए। कई अन्य भौतिकविदों की तरह, वह क्वांटम यांत्रिकी की कोपेनहेगन व्याख्या से पूरी तरह संतुष्ट नहीं थे, और वह जो कुछ उन्होंने देखा उसे व्यक्त करने का एक तरीका ढूंढ रहे थे। केंद्रीय दोष इसमें वास्तविकता का वर्णन करने के एक तरीके के रूप में।

क्वांटम यांत्रिकी की कोपेनहेगन व्याख्या अभी भी यह समझने का सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत प्रयास है कि भौतिक अर्थ में क्वांटम भौतिकी का वास्तव में क्या अर्थ है।

यह अनिवार्य रूप से कहता है कि तरंग कार्य (जो एक कण की स्थिति का वर्णन करता है) और श्रोडिंगर समीकरण (जिसका उपयोग आप तरंग फ़ंक्शन को निर्धारित करने के लिए करते हैं) आपको वह सब कुछ बताता है जो आप क्वांटम के बारे में जान सकते हैं राज्य यह पहली बार में उचित लग सकता है, लेकिन इसका अर्थ वास्तविकता की प्रकृति के बारे में बहुत सी चीजें हैं जो कई लोगों के साथ अच्छी तरह से नहीं बैठती हैं।

उदाहरण के लिए, एक कण का तरंग कार्य पूरे अंतरिक्ष में फैलता है, और इसलिए कोपेनहेगन व्याख्या में कहा गया है कि एक कण का कोई निश्चित स्थान नहीं होता है जब तक कि माप नहीं किया जाता है।

जब आप माप करते हैं, तो आप वेवफंक्शन के पतन का कारण बनते हैं, और कण तुरंत कई संभावित अवस्थाओं में से एक में गिर जाता है, और यह केवल एक संभावना के संदर्भ में भविष्यवाणी की जा सकती है।

व्याख्या कहती है कि क्वांटम कणों में वास्तव में स्थिति, गति या स्पिन जैसे वेधशालाओं के मूल्य नहीं होते हैं जब तक अवलोकन नहीं किया जाता है. वे संभावित राज्यों की एक श्रृंखला में मौजूद हैं, जिसे "सुपरपोजिशन" कहा जाता है और अनिवार्य रूप से हो सकता है उन सभी के बारे में एक साथ सोचा, हालांकि यह स्वीकार करने के लिए भारित है कि कुछ राज्यों की तुलना में अधिक होने की संभावना है अन्य।

कुछ इस व्याख्या को दूसरों की तुलना में अधिक सख्ती से लेते हैं - उदाहरण के लिए, तरंग फ़ंक्शन को केवल सैद्धांतिक रूप में देखा जा सकता है निर्माण जो वैज्ञानिकों को प्रयोगों के परिणामों की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है - लेकिन मोटे तौर पर यह व्याख्या क्वांटम को कैसे देखती है सिद्धांत।

विचार प्रयोग में, श्रोडिंगर ने एक बिल्ली को एक बॉक्स में रखने का प्रस्ताव रखा, इसलिए यह जहर की शीशी के साथ पर्यवेक्षकों से छिपा हुआ था (आप इसे ध्वनि-प्रूफ बॉक्स भी मान सकते हैं)। जहर की शीशी को तोड़ने और बिल्ली को मारने के लिए धांधली की जाती है यदि एक निश्चित क्वांटम घटना होती है, जिसे श्रोडिंगर ने एक रेडियोधर्मी परमाणु का क्षय माना, जिसे गीजर काउंटर के साथ पता लगाया जा सकता है।

के तौर पर क्वांटम प्रक्रिया, रेडियोधर्मी क्षय के समय की भविष्यवाणी किसी विशिष्ट मामले में नहीं की जा सकती है, केवल कई मापों के औसत के रूप में। तो वास्तव में क्षय और जहर तोड़ने की शीशी का पता लगाने का कोई तरीका नहीं होने के कारण, यह जानने का कोई तरीका नहीं है कि यह प्रयोग में हुआ है या नहीं।

जिस प्रकार क्वांटम सिद्धांत में मापन से पहले कणों को किसी विशेष स्थान पर नहीं माना जाता है, बल्कि a संभावित अवस्थाओं की क्वांटम सुपरपोजिशन, रेडियोधर्मी परमाणु को "क्षय" और "नहीं" के सुपरपोजिशन में माना जा सकता है सड़ गया।"

प्रत्येक की प्रायिकता का अनुमान उस स्तर तक लगाया जा सकता है जो कई मापों पर सटीक होगा लेकिन किसी विशिष्ट मामले के लिए नहीं। तो अगर रेडियोधर्मी परमाणु एक सुपरपोजिशन में है, और बिल्ली का जीवन पूरी तरह से इस राज्य पर निर्भर करता है, तो क्या इसका मतलब यह है कि बिल्ली की स्थिति भी राज्यों के सुपरपोजिशन में है? दूसरे शब्दों में, क्या बिल्ली जीवित और मृत की क्वांटम सुपरपोजिशन में है?

क्या अवस्थाओं का अध्यारोपण केवल क्वांटम स्तर पर होता है, या विचार प्रयोग से पता चलता है कि इसे तार्किक रूप से मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं पर भी लागू होना चाहिए? यदि यह मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं पर लागू नहीं हो सकता है, तो क्यों नहीं? और सबसे बढ़कर: क्या यह सब थोड़ा हास्यास्पद नहीं है?

सोचा प्रयोग क्वांटम यांत्रिकी के दार्शनिक दिल को मिलता है। एक आसान-से-समझने वाले परिदृश्य में, कोपेनहेगन व्याख्या के साथ संभावित मुद्दों को नंगे रखा जाता है और स्पष्टीकरण के समर्थकों को कुछ समझाने के लिए छोड़ दिया जाता है। लोकप्रिय संस्कृति में इसे सहन करने के कारणों में से एक निस्संदेह यह है कि यह स्पष्ट रूप से अंतर दिखाता है क्वांटम यांत्रिकी क्वांटम कणों की स्थिति का वर्णन कैसे करता है, और जिस तरह से आप मैक्रोस्कोपिक का वर्णन करते हैं वस्तुओं।

हालाँकि, यह क्वांटम यांत्रिकी में "माप" से आपके मतलब की धारणा से भी निपटता है। यह एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, क्योंकि तरंग समारोह के पतन की प्रक्रिया मूल रूप से इस बात पर निर्भर करती है कि क्या कुछ देखा गया है।

क्या लोगों को चाहिए शारीरिक रूप से निरीक्षण क्वांटम घटना का परिणाम (उदाहरण के लिए, गीजर काउंटर पढ़ना), या क्या इसे केवल मैक्रोस्कोपिक के साथ बातचीत करने की आवश्यकता है? दूसरे शब्दों में, इस परिदृश्य में बिल्ली एक "मापने वाला उपकरण" है - क्या यह विरोधाभास का समाधान है?

व्यापक रूप से स्वीकृत इन प्रश्नों का वास्तव में कोई उत्तर नहीं है। विरोधाभास पूरी तरह से पकड़ लेता है कि यह क्वांटम यांत्रिकी के बारे में क्या है जो मनुष्यों के लिए पेट के लिए कठिन है जो अनुभव करने के आदी हैं मैक्रोस्कोपिक दुनिया, और वास्तव में, जिसका दिमाग अंततः उस दुनिया को समझने के लिए विकसित हुआ जिसमें आप रहते हैं और उप-परमाणु की दुनिया नहीं कण।

ईपीआर विरोधाभास क्वांटम यांत्रिकी के साथ मुद्दों को दिखाने के लिए एक और विचार प्रयोग है, और इसका नाम अल्बर्ट आइंस्टीन, बोरिस पोडॉल्स्की और नाथन रोसेन के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने विरोधाभास तैयार किया था। यह संबंधित है बहुत नाजुक स्थिति, जिसे आइंस्टीन ने "दूरी पर डरावनी कार्रवाई" के रूप में जाना जाता है।

क्वांटम यांत्रिकी में, दो कणों को "उलझा हुआ" किया जा सकता है, ताकि किसी भी जोड़ी को बिना संदर्भ के वर्णित नहीं किया जा सके अन्य - उनके क्वांटम राज्यों को एक साझा तरंग फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे एक कण के लिए एक में और एक के लिए अलग नहीं किया जा सकता है दूसरा।

उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट उलझी हुई अवस्था में दो कणों का "स्पिन" मापा जा सकता है, और यदि एक को मापा जाता है स्पिन "अप" के रूप में, दूसरे में स्पिन "डाउन" और इसके विपरीत होना चाहिए, हालांकि यह पहले से निर्धारित नहीं है।

वैसे भी इसे स्वीकार करना थोड़ा मुश्किल है, लेकिन क्या होगा अगर, ईपीआर विरोधाभास का प्रस्ताव है, दो कण एक बड़ी दूरी से अलग हो गए थे। पहला माप किया जाता है और "स्पिन डाउन" प्रकट करता है, लेकिन फिर बहुत जल्द बाद में (इतनी तेज़ कि एक प्रकाश भी) सिग्नल समय पर एक स्थान से दूसरे स्थान तक नहीं जा सकता था) दूसरे स्थान पर एक माप किया जाता है कण।

दूसरा कण पहले माप के परिणाम को "जानता" कैसे है यदि सिग्नल के लिए दोनों के बीच यात्रा करना असंभव है?

आइंस्टीन का मानना ​​​​था कि यह सबूत था कि क्वांटम यांत्रिकी "अपूर्ण" थी और नाटक में "छिपे हुए चर" थे जो इस तरह के अजीब परिणामों की व्याख्या करेंगे। हालांकि, 1964 में, जॉन बेल ने आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित छिपे हुए चर की उपस्थिति के परीक्षण के लिए एक तरीका खोजा और एक असमानता पाई गई, जिसे तोड़ने पर, यह साबित होगा कि परिणाम एक छिपे हुए चर के साथ प्राप्त नहीं किया जा सकता है सिद्धांत।

इसके आधार पर किए गए प्रयोगों में पाया गया है कि बेल की असमानता टूट गई है, और इसलिए विरोधाभास क्वांटम यांत्रिकी का एक और पहलू है। लगता है अजीब है लेकिन क्वांटम यांत्रिकी जिस तरह से काम करता है।