შროდინგერის კატა (გამარტივებული): რა არის ეს და რატომ არის მნიშვნელოვანი?

1935 წელს - ნობელის პრემიის მოპოვებიდან ორი წლის შემდეგ კვანტურ ფიზიკაში შეტანილი წვლილისთვის - ავსტრიული ფიზიკოსმა ერვინ შრედინგერმა შემოგვთავაზა ცნობილი სააზროვნო ექსპერიმენტი, რომელიც ცნობილია როგორც შრედინგერის კატის პარადოქსი.

პარადოქსი არის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი რამ კვანტური მექანიკის შესახებ პოპულარულ კულტურაში, მაგრამ ეს არ არის მხოლოდ სურეალისტური და სასაცილო კვანტური სამყაროს აღსაწერად, თუ როგორ იქცევა იგი, ის სინამდვილეში აყენებს კვანტის დომინანტური ინტერპრეტაციის მთავარ კრიტიკას მექანიკა.

ის იტანჯება, რადგან იგი გთავაზობთ აბსურდულ იდეას ერთდროულად ცოცხალი და მკვდარი კატის შესახებ, მაგრამ მას აქვს გარკვეული ფილოსოფიური წონა, რადგან, გარკვეული თვალსაზრისით, ეს ნამდვილად არის ის, რასაც კვანტური მექანიკა გვთავაზობს შესაძლებელია

შრედინგერმა აზროვნების ექსპერიმენტი სწორედ ამ მიზეზით მოიფიქრა. სხვა მრავალი ფიზიკოსის მსგავსად, იგი სრულად არ იყო კმაყოფილი კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციით კვანტური მექანიკის შესახებ და ის ეძებდა გზას, გადმოეცა ცენტრალური ნაკლი მასში, როგორც რეალობის აღწერის გზა.

კვანტური მექანიკის კოპენჰაგენის ინტერპრეტაცია მაინც ყველაზე ფართოდ აღიარებული მცდელობაა იმის გაგებისა, თუ რას ნიშნავს კვანტური ფიზიკა ფიზიკური გაგებით.

ეს არსებითად ამბობს, რომ ტალღის ფუნქცია (რომელიც აღწერს ნაწილაკის მდგომარეობას) და შრედინგერი განტოლება (რომელსაც იყენებთ ტალღის ფუნქციის დასადგენად) გეტყვით ყველაფერს, რისი ცოდნაც შეგიძლიათ კვანტის შესახებ სახელმწიფო თავდაპირველად ეს შეიძლება გონივრულად ჟღერდეს, მაგრამ ეს გულისხმობს უამრავ რამეს რეალობის ბუნების შესახებ, რომელიც ბევრ ადამიანს არ უხდება.

მაგალითად, ნაწილაკების ტალღის ფუნქცია ვრცელდება სივრცეში და ამიტომ კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციაში ნათქვამია, რომ ნაწილაკს არ აქვს განსაზღვრული ადგილმდებარეობა გაზომვის დასრულებამდე.

გაზომვის დროს, თქვენ იწვევს ტალღის ფუნქციის დაშლას, ხოლო ნაწილაკი მყისიერად ვარდება რამდენიმე შესაძლო მდგომარეობაში, და ამის პროგნოზირება შესაძლებელია მხოლოდ ალბათობის გათვალისწინებით.

ინტერპრეტაციაში ნათქვამია, რომ კვანტურ ნაწილაკებს რეალურად არ აქვთ დაკვირვებადი მნიშვნელობები, როგორიცაა პოზიცია, იმპულსი ან დატრიალება სანამ დაკვირვება არ მოხდება. ისინი არსებობენ მთელ რიგ პოტენციურ მდგომარეობებში, რასაც "სუპერპოზიციას" უწოდებენ და არსებითად შეიძლება არსებობდეს ერთდროულად ყველა მათგანი მოიფიქრა, თუმცა შეწონილი იყო იმის აღიარება, რომ ზოგიერთ სახელმწიფოში უფრო მეტია ვიდრე სხვები

ზოგი ამ ინტერპრეტაციას უფრო მკაცრად იყენებს, ვიდრე სხვები - მაგალითად, ტალღის ფუნქცია შეიძლება უბრალოდ თეორიულად ჩაითვალოს კონსტრუქცია, რომელიც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს გამოავლინონ ექსპერიმენტების შედეგები - მაგრამ ინტერპრეტაცია ზოგადად ასე განიხილავს კვანტს თეორია.

აზროვნების ექსპერიმენტში, შრედინგერმა შემოგვთავაზა კატის ყუთში განთავსება, ამიტომ იგი დამკვირვებლებს დაემალათ (თქვენ წარმოიდგინეთ, ეს უნდა იყოს ხმისგან დამცავი ყუთიც) შხამთან ერთად. შხამის ფლაკონი გაყალბებულია კატის გასატეხად და მოსაკლავად, თუკი მოხდა გარკვეული კვანტური მოვლენა, რომელიც შრედინგერმა მიიჩნია რადიოაქტიური ატომის გახრწნად, რომელიც იშლება გეიგერის მრიცხველის საშუალებით.

Როგორც კვანტური პროცესი, რადიოაქტიური დაშლის დროის პროგნოზირება არ შეიძლება კონკრეტულ შემთხვევაში, მხოლოდ როგორც საშუალო მრავალი გაზომვის დროს. ისე, რომ არ არსებობს დაშლის და შხამის გატეხვის ფლაკონის რეალურად დადგენა, ფაქტიურად არ არსებობს იმის ცოდნა, მოხდა ეს ექსპერიმენტში.

ისევე, როგორც ნაწილაკები კვანტური თეორიის გაზომვამდე არ ითვლება კონკრეტულ ადგილას, მაგრამ ა შესაძლო მდგომარეობების კვანტური ზედგომით, რადიაქტიური ატომი შეიძლება ჩაითვალოს "გაფუჭებული" და "არა გახრწნილი ”.

თითოეულის ალბათობა შეიძლება წინასწარმეტყველებდეს იმ დონემდე, რომელიც ზუსტი იქნება მრავალი გაზომვის დროს, მაგრამ არა კონკრეტული შემთხვევისთვის. ასე რომ, თუ რადიოაქტიური ატომი სუპერპოზიციაშია, და კატის სიცოცხლე მთლიანად დამოკიდებულია ამ მდგომარეობაზე, ნიშნავს ეს კატის მდგომარეობა ასევე მდგომარეობების სუპერპოზიციაში? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არის კატა კვანტური სუპერპოზიციაში ცოცხალი და მკვდარი?

ხდება თუ არა სახელმწიფოთა სუპერპოზიცია მხოლოდ კვანტურ დონეზე, ან აზროვნების ექსპერიმენტიდან ჩანს, რომ იგი ლოგიკურად უნდა ვრცელდებოდეს მაკროსკოპულ ობიექტებზეც? თუ ის მაკროსკოპულ ობიექტებს არ ეხება, რატომ არა? და ყველაზე მეტად: ეს ყველაფერი ცოტა სასაცილოა?

აზროვნების ექსპერიმენტი კვანტური მექანიკის ფილოსოფიურ გულში ხვდება. ერთი გასაგები სცენარის მიხედვით, კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის პოტენციური საკითხები აშკარაა და განმარტების მომხრეებს რჩებათ რაიმე განმარტების გაკეთება. ერთ-ერთი მიზეზი, რაც მან გადაიტანა პოპულარულ კულტურაში, უდავოა, რომ ის ნათლად აჩვენებს განსხვავებას როგორ კვანტური მექანიკა აღწერს კვანტური ნაწილაკების მდგომარეობას და მაკროსკოპული აღწერილობის გზას შორის ობიექტები.

ამასთან, ის ასევე ეხება იმ მოსაზრებას, თუ რას გულისხმობთ კვანტური მექანიკის ”გაზომვაში”. ეს მნიშვნელოვანი კონცეფციაა, რადგან ტალღის ფუნქციის დაშლის პროცესი არსებითად დამოკიდებულია იმაზე, დაფიქსირებულია თუ არა რამე.

ნუთუ ხალხს სჭირდება ფიზიკურად დააკვირდნენ კვანტური მოვლენის შედეგი (მაგალითად, გეიგერის მრიცხველის კითხვა), ან უბრალოდ საჭიროა რაიმე მაკროსკოპულთან ურთიერთობა? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არის თუ არა კატა "საზომი მოწყობილობა" ამ სცენარში - ასე წყდება პარადოქსი?

ამ კითხვებზე პასუხი ნამდვილად არ არის მიღებული, რომელიც ფართოდ არის მიღებული. პარადოქსი შესანიშნავად აღწერს კვანტურ მექანიკას, რომელიც ძნელად იკვებება ადამიანისთვის, მაკროსკოპული სამყარო და მართლაც, რომლის ტვინიც საბოლოოდ განვითარდა იმის გასაგებად, თუ რა სამყაროში ცხოვრობთ და არა სუბატომიური სამყარო. ნაწილაკები.

EPR პარადოქსი არის კიდევ ერთი სააზროვნო ექსპერიმენტი, რომელიც მიზნად ისახავს კვანტური მექანიკის საკითხების ჩვენებას და მას მიენიჭა ალბერტ აინშტაინის, ბორის პოდოლსკისა და ნათან როზენის სახელით, რომლებმაც პარადოქსი შეიმუშავეს. ეს ეხება კვანტური ჩახლართვა, რომელსაც აინშტაინი ცნობილად უწოდებდა "შორიახლოს მოქმედებას".

კვანტურ მექანიკაში ორი ნაწილაკის "ჩახლართვა" შეიძლება, ასე რომ წყვილიდან რომელიმე ვერ იქნება აღწერილი სხვა - მათი კვანტური მდგომარეობები აღწერილია საყოველთაო ტალღის ფუნქციით, რომელიც არ შეიძლება დაიყოს ერთ ნაწილაკად და ერთისთვის სხვა

მაგალითად, სპეციფიკურ ჩახლართულ მდგომარეობაში მყოფი ორი ნაწილაკის გაზომვა შეიძლება "ტრიალით" და თუ ერთი იზომება როგორც ტრიალით "ზევით", მეორეც უნდა ტრიალებდეს "ქვევით" და პირიქით, თუმცა ეს წინასწარ არ არის განსაზღვრული.

ამის მიღება მაინც რთულია, მაგრამ რა მოხდება, თუ EPR პარადოქსი გვთავაზობს, ორი ნაწილაკი ერთმანეთისგან დიდი მანძილით გაიყო. პირველი გაზომვა ხდება და ავლენს "დატრიალებას", მაგრამ შემდეგ ძალიან მალე (ისე სწრაფად, რომ სინათლეც კი) დროულად არ შეიძლებოდა სიგნალის გადაადგილება ერთი ადგილიდან მეორეზე) მეორეზე ხდება გაზომვა ნაწილაკი.

როგორ "იცის" მეორე ნაწილაკმა პირველი გაზომვის შედეგი, თუ შეუძლებელია სიგნალის გავლა ამ ორს შორის?

აინშტაინს სჯეროდა, რომ ეს იყო მტკიცებულება იმისა, რომ კვანტური მექანიკა ”არასრული” იყო და თამაშში არსებობდნენ ”ფარული ცვლადები”, რომლებიც ასახსენებდნენ ამგვარ აშკარა ალოგიკურ შედეგებს. ამასთან, 1964 წელს ჯონ ბელმა იპოვა გზა, რომ გამოეცადა ფარული ცვლადების არსებობა აინშტაინმა და იპოვა უთანასწორობა, რომელიც გატეხვის შემთხვევაში დაამტკიცებს, რომ ფარული ცვლადით შედეგის მიღება არ შეიძლება თეორია.

ამის საფუძველზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა დაადგინა, რომ ბელის უტოლობა დაირღვა და ამიტომ პარადოქსი კვანტური მექანიკის კიდევ ერთი ასპექტია, როგორც ჩანს უცნაურია, მაგრამ ეს არის კვანტური მექანიკის მუშაობის გზა.