1935 m. - dvejus metus po Nobelio premijos laimėjimo už indėlį į kvantinę fiziką - austras Fizikas Erwinas Schrödingeris pasiūlė garsų minties eksperimentą, žinomą kaip Schrödingerio katės paradoksas.
Kas yra Schrödingerio katės paradoksas?
Paradoksas yra vienas žinomiausių dalykų apie kvantinę mechaniką populiariojoje kultūroje, tačiau tai nėra tik siurrealistinis ir juokingas būdas apibūdinti, kaip kvantinis pasaulis elgiasi, iš tikrųjų kritikuoja dominuojančią kvantinės interpretacijos kritiką mechanika.
Tai ištveria, nes siūlo absurdišką idėją apie gyvą ir negyvą katę, tačiau ji turi keletą filosofinis svoris, nes tam tikra prasme kvantinė mechanika gali pasiūlyti tai įmanoma.
Schrödingeris sugalvojo minties eksperimentą būtent dėl šios priežasties. Kaip ir daugelis kitų fizikų, jis nebuvo visiškai patenkintas Kopenhagos kvantinės mechanikos aiškinimu ir ieškojo būdo, kaip perteikti tai, ką jis matė kaip centrinis trūkumas joje kaip tikrovės apibūdinimo būdas.
Kopenhagos kvantinės mechanikos aiškinimas
Kopenhagos kvantinės mechanikos aiškinimas vis dar yra plačiausiai priimtas bandymas suvokti, ką kvantinė fizika iš tikrųjų reiškia fizine prasme.
Iš esmės sakoma, kad bangos funkcija (apibūdinanti dalelės būseną) ir Schrödingeris lygtis (kurią naudojate bangos funkcijai nustatyti) pasako viską, ką galite žinoti apie kvantą valstija. Iš pradžių tai gali skambėti pagrįstai, tačiau tai reiškia daug dalykų apie tikrovės prigimtį, kurie netinka daugeliui žmonių.
Pavyzdžiui, dalelės bangų funkcija plinta erdvėje, todėl Kopenhagos interpretacijoje teigiama, kad dalelė neturi galutinės vietos, kol nebus atliktas matavimas.
Kai atliksite matavimą, sukelsite bangų funkcijos žlugimą ir dalelė akimirksniu patenka į vieną iš kelių galimų būsenų, ir tai galima nuspėti tik atsižvelgiant į tikimybę.
Aiškinimas sako, kad kvantinės dalelės iš tikrųjų neturi pastebimų reikšmių, tokių kaip padėtis, impulsas ar sukinys kol bus padarytas stebėjimas. Jie egzistuoja daugelyje potencialių būsenų, vadinamoje „superpozicija“, ir iš esmės gali būti galvojo apie juos visus iš karto, nors ir įvertintas pripažinti, kad kai kurios valstybės yra labiau tikėtinos nei kiti.
Kai kurie šį aiškinimą laiko griežčiau nei kiti - pavyzdžiui, bangų funkciją galima tiesiog vertinti kaip teorinę konstrukcija, leidžianti mokslininkams numatyti eksperimentų rezultatus, tačiau plačiai taip interpretuojama kvantinė teorija.
Schrödingerio katė
Atlikdamas minčių eksperimentą Schrödingeris pasiūlė katę įdėti į dėžę, todėl ji buvo paslėpta nuo stebėtojų (galite įsivaizduoti, kad tai taip pat yra garsui nepralaidi dėžutė) kartu su nuodų buteliuku. Nuodų buteliukas yra sugadintas ir užmuša katę, jei įvyksta tam tikras kvantinis įvykis, kurį Schrödingeris laikė radioaktyvaus atomo, kurį galima aptikti naudojant Geigerio skaitiklį, skilimą.
Kaip kvantinis procesas, jokiu konkrečiu atveju negalima numatyti radioaktyvaus skilimo laiko, tik kaip daugelio matavimų vidurkį. Taigi, jokiu būdu negalima iš tikrųjų nustatyti ėduonį ir nuodų buteliuką, pažodžiui nėra galimybės žinoti, ar tai įvyko eksperimento metu.
Lygiai taip pat, kaip prieš matuojant kvantų teorijoje, dalelės nėra laikomos tam tikroje vietoje, bet a kiekybinė galimų būsenų superpozicija, radioaktyvusis atomas gali būti laikomas „sunykusio“ ir „ne sunykęs “.
Kiekvieno jų tikimybę būtų galima numatyti iki tokio lygio, kuris būtų tikslus atliekant daugelį matavimų, bet ne konkrečiu atveju. Taigi, jei radioaktyvusis atomas yra superpozicijoje, o katės gyvenimas visiškai priklauso nuo šios būsenos, ar tai reiškia, kad katės būsena taip pat yra valstybių superpozicijoje? Kitaip tariant, ar katė yra kvantinė gyvų ir negyvų superpozicija?
Ar būsenų superpozicija vyksta tik kvantiniame lygmenyje, ar minties eksperimentas rodo, kad logiškai jis turėtų būti taikomas ir makroskopiniams objektams? Jei jis negali būti taikomas makroskopiniams objektams, kodėl gi ne? Ir labiausiai: ar visa tai nėra šiek tiek juokinga?
Kodėl tai svarbu?
Minties eksperimentas patenka į kvantinės mechanikos filosofinę širdį. Pagal vieną lengvai suprantamą scenarijų galimi Kopenhagos aiškinimo klausimai yra apnuoginti, o paaiškinimo šalininkams paliekama keletas paaiškinimų. Viena iš priežasčių, kodėl ji išgyveno populiariojoje kultūroje, neabejotinai yra ta, kad ji ryškiai parodo skirtumą tarp to, kaip kvantinė mechanika apibūdina kvantinių dalelių būseną, ir nuo to, kaip aprašote makroskopines objektai.
Tačiau jis taip pat sprendžia tai, ką reiškia „matavimas“ kvantinėje mechanikoje. Tai yra svarbi sąvoka, nes bangos funkcijos žlugimo procesas iš esmės priklauso nuo to, ar kažkas buvo pastebėta.
Ar žmonėms reikia fiziškai stebėti kvantinio įvykio rezultatas (pavyzdžiui, skaitant Geigerio skaitiklį), ar jis tiesiog turi sąveikauti su kažkuo makroskopiniu? Kitaip tariant, ar katė šiame scenarijuje yra „matavimo prietaisas“ - ar taip išsprendžiamas paradoksas?
Iš tikrųjų nėra plačiai priimto atsakymo į šiuos klausimus. Paradoksas puikiai užfiksuoja kvantinę mechaniką, kurią sunku priprasti žmonėms, įpratusiems patirti makroskopinis pasaulis, ir kurio smegenys galiausiai išsivystė, kad suprastų pasaulį, kuriame gyvenate, o ne subatominį pasaulį. dalelės.
EPR paradoksas
EPR paradoksas yra dar vienas minties eksperimentas, skirtas parodyti kvantinės mechanikos problemas, ir jis buvo pavadintas Alberto Einšteino, Boriso Podolskio ir Natano Roseno, sugalvojusių paradoksą, vardu. Tai susiję su kvantinis susipynimas, kurį Einšteinas garsiai vadino „baisiu veiksmu per atstumą“.
Kvantinėje mechanikoje dvi dalelės gali būti „įpainiotos“, todėl nė vienos iš poros negalima apibūdinti be nuorodos į kita - jų kvantinės būsenos apibūdinamos bendra bangos funkcija, kurios negalima atskirti vienai dalelei ir vienai daliai kitas.
Pavyzdžiui, dviejų dalelių, esančių konkrečioje susipainiojusios būsenoje, gali būti matuojamas jų „sukimasis“, o jei matuojamas vienas kaip sukantis „aukštyn“, kitas turi sukti „žemyn“ ir atvirkščiai, nors tai nėra nustatyta iš anksto.
Šiaip tai šiek tiek sunku priimti, bet kas būtų, jei, remiantis EPR paradoksu, abi daleles atskirtų didžiulis atstumas. Pirmasis matavimas atliekamas ir atskleidžia „nugara žemyn“, bet po to labai greitai (taip greitai, kad net šviesa) signalas negalėjo laiku nukeliauti iš vienos vietos į kitą) matuojama antroje dalelė.
Iš kur antroji dalelė „žino“ pirmojo matavimo rezultatą, jei neįmanoma, kad signalas būtų judėjęs tarp šių dviejų?
Einšteinas manė, kad tai įrodo, jog kvantinė mechanika yra „neišsami“ ir kad yra „paslėptų kintamųjų“, kurie paaiškintų iš pažiūros nelogiškus tokius rezultatus. Tačiau 1964 m. Johnas Bellas rado būdą patikrinti, ar yra paslėptų kintamųjų, kuriuos pasiūlė Einšteinas ir rado nelygybę, kurią sugadinus būtų įrodyta, kad rezultato negalima gauti paslėptu kintamuoju teorija.
Remiantis tuo atliktais eksperimentais nustatyta, kad Bello nelygybė yra nutraukta, taigi paradoksas yra tik dar vienas kvantinės mechanikos aspektas, kuris atrodo keista, bet tiesiog kvantinės mechanikos veikimas.