În 1935 - la doi ani după ce a câștigat Premiul Nobel pentru contribuțiile sale la fizica cuantică - austriac Fizicianul Erwin Schrödinger a propus celebrul experiment de gândire cunoscut sub numele de paradoxul pisicii lui Schrödinger.
Care este paradoxul pisicii lui Schrödinger?
Paradoxul este unul dintre cele mai cunoscute lucruri despre mecanica cuantică din cultura populară, dar nu este doar un element suprarealist și amuzant. mod de a descrie modul în care se comportă lumea cuantică, ea lovește de fapt o critică cheie a interpretării dominante a cuanticului mecanica.
Rezistă pentru că propune ideea absurdă a unei pisici în viață și moarte simultan, dar are unele greutate filosofică pentru că, într-un anumit sens, acest lucru este cu adevărat ceva ce ar putea sugera mecanica cuantică posibil.
Schrödinger a venit cu experimentul de gândire tocmai din acest motiv. La fel ca mulți alți fizicieni, el nu a fost complet mulțumit de interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice și a căutat o modalitate de a transmite ceea ce a văzut ca fiind
Interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice
Interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice este încă cea mai acceptată încercare de a înțelege ceea ce înseamnă de fapt fizica cuantică într-un sens fizic.
În esență, se spune că funcția de undă (care descrie starea unei particule) și Schrödinger ecuația (pe care o folosiți pentru a determina funcția de undă) vă spune tot ce puteți ști despre o cuantă stat. Acest lucru ar putea părea rezonabil la început, dar acest lucru implică o mulțime de lucruri despre natura realității care nu stau bine pentru mulți oameni.
De exemplu, funcția de undă a unei particule se răspândește în spațiu, astfel încât interpretarea de la Copenhaga afirmă că o particulă nu are o locație definitivă până când nu se face o măsurare.
Când efectuați o măsurare, provocați colapsul funcției de undă, iar particula cade instantaneu într-una din mai multe stări posibile, iar acest lucru poate fi prezis doar în termeni de probabilitate.
Interpretarea spune că particulele cuantice nu au de fapt valori observabile precum poziția, impulsul sau rotirea până se face o observație. Ele există într-o serie de stări potențiale, în ceea ce se numește o „suprapunere” și poate fi în esență Gândit ca fiind toate dintr-o dată, deși ponderat să recunoască faptul că unele state sunt mai probabil decât alții.
Unii iau această interpretare mai strict decât alții - de exemplu, funcția de undă ar putea fi pur și simplu privită ca o teorie construcție care permite oamenilor de știință să prezică rezultatele experimentelor - dar aceasta este, în linii mari, interpretarea cuantică teorie.
Pisica lui Schrödinger
În experimentul de gândire, Schrödinger a propus plasarea unei pisici într-o cutie, așa că a fost ascunsă observatorilor (vă puteți imagina că aceasta este și o cutie insonorizată) împreună cu un flacon de otravă. Flaconul de otravă este amenajat pentru a sparge și ucide pisica dacă are loc un anumit eveniment cuantic, pe care Schrödinger l-a considerat a fi decăderea unui atom radioactiv detectabil cu un contor Geiger.
Ca proces cuantic, momentul decăderii radioactive nu poate fi prezis în niciun caz specific, doar ca medie pe mai multe măsurători. Deci, fără nicio modalitate de a detecta efectiv degradarea și flaconul de spargere a otrăvii, nu există literalmente nici o modalitate de a ști dacă s-a întâmplat în experiment.
În același mod în care particulele nu sunt considerate a fi într-o anumită locație înainte de măsurare în teoria cuantică, ci a suprapunere cuantică a stărilor posibile, atomul radioactiv poate fi considerat a fi într-o suprapunere a „decăzut” și „nu” decăzut ”.
Probabilitatea fiecăruia ar putea fi prezisă la un nivel care ar fi corect în multe măsurători, dar nu pentru un caz specific. Deci, dacă atomul radioactiv se află într-o suprapunere, iar viața pisicii depinde în totalitate de această stare, înseamnă că starea pisicii se află și în suprapunerea stărilor? Cu alte cuvinte, pisica se află într-o suprapunere cuantică de vii și morți?
Suprapunerea stărilor se întâmplă doar la nivel cuantic sau experimentul gândit arată că ar trebui să se aplice în mod logic și obiectelor macroscopice? Dacă nu se poate aplica obiectelor macroscopice, de ce nu? Și mai presus de toate: nu este totul ridicol?
De ce este important?
Experimentul de gândire ajunge la inima filosofică a mecanicii cuantice. Într-un scenariu ușor de înțeles, problemele potențiale cu interpretarea de la Copenhaga sunt dezvăluite, iar susținătorii explicației au rămas cu unele explicații de făcut. Unul dintre motivele pentru care a suferit în cultura populară este, fără îndoială, faptul că arată clar diferența între modul în care mecanica cuantică descrie starea particulelor cuantice și modul în care descrieți macroscopic obiecte.
Cu toate acestea, abordează și noțiunea a ceea ce înțelegeți prin „măsurare” în mecanica cuantică. Acesta este un concept important, deoarece procesul de prăbușire a funcției undei depinde fundamental de dacă a fost observat ceva.
Oamenii trebuie observa fizic rezultatul unui eveniment cuantic (de exemplu, citirea contorului Geiger) sau pur și simplu trebuie să interacționeze cu ceva macroscopic? Cu alte cuvinte, pisica este un „dispozitiv de măsurare” în acest scenariu - așa se rezolvă paradoxul?
Nu există un răspuns cu adevărat acceptat la aceste întrebări. Paradoxul surprinde perfect ceea ce este vorba despre mecanica cuantică care este greu de stomac pentru oamenii obișnuiți să experimenteze lumea macroscopică și, într-adevăr, ale cărei creiere au evoluat în cele din urmă pentru a înțelege lumea în care trăiești și nu lumea subatomică particule.
Paradoxul EPR
Paradoxul EPR este un alt experiment de gândire menit să arate probleme cu mecanica cuantică și a fost numit după Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen, care au conceput paradoxul. Aceasta se referă la legatura cuantica, pe care Einstein îl numea faimos ca „acțiune înfricoșătoare la distanță”.
În mecanica cuantică, două particule pot fi „încâlcite”, astfel încât oricare dintre perechi nu poate fi descrisă fără referire la altele - stările lor cuantice sunt descrise printr-o funcție de undă partajată care nu poate fi separată într-una pentru o particulă și una pentru un alt.
De exemplu, două particule într-o stare specifică încâlcită pot avea „rotirea” măsurată și dacă una este măsurată ca având „în sus”, celălalt trebuie să aibă „în jos” și invers, deși acest lucru nu este stabilit în prealabil.
Acest lucru este puțin dificil de acceptat oricum, dar ce se întâmplă dacă, paradoxul EPR propune, cele două particule ar fi separate de o distanță uriașă. Prima măsurare este făcută și dezvăluie „rotirea în jos”, dar apoi la scurt timp după aceea (atât de rapid încât chiar și o lumină semnal nu ar fi putut călători dintr-o locație în cealaltă în timp) se face o măsurare pe a doua particule.
Cum „a ști” a doua particulă rezultatul primei măsurători dacă este imposibil ca un semnal să fi călătorit între cele două?
Einstein credea că aceasta este o dovadă că mecanica cuantică este „incompletă” și că există „variabile ascunse” în joc care ar explica rezultate aparent ilogice ca acestea. Cu toate acestea, în 1964, John Bell a găsit o modalitate de a testa prezența variabilelor ascunse propuse de Einstein și a găsit o inegalitate care, dacă ar fi spartă, ar demonstra că rezultatul nu poate fi obținut cu o variabilă ascunsă teorie.
Experimentele efectuate pe baza acestui fapt au descoperit că inegalitatea lui Bell este ruptă, astfel încât paradoxul este doar un alt aspect al mecanicii cuantice care pare ciudat, dar este pur și simplu modul în care funcționează mecanica cuantică.
