1935. - две године након добијања Нобелове награде за допринос квантној физици - аустријска Физичар Ервин Сцхродингер предложио је чувени мисаони експеримент познат као Сцхродингеров парадокс мачака.
Шта је Шредингеров мачји парадокс?
Парадокс је једна од најпознатијих ствари о квантној механици у популарној култури, али није само надреална и смешна начин да се опише како се квантни свет понаша, он заправо погађа кључну критику доминантне интерпретације кванта механика.
Издржава јер предлаже апсурдну идеју истовремено живе и мртве мачке, али има неке филозофска тежина, јер је то у извесном смислу заиста нешто што би квантна механика могла да сугерише могуће.
Шредингер је смислио мисаони експеримент управо из овог разлога. Као и многи други физичари, ни он није био у потпуности задовољан копенхагенском интерпретацијом квантне механике и тражио је начин да пренесе оно што је видео као централна мана у њему као начин описивања стварности.
Тумачење квантне механике у Копенхагену
Копенхагенска интерпретација квантне механике и даље је најприхваћенији покушај да се схвати шта квантна физика заправо значи у физичком смислу.
У суштини каже да таласна функција (која описује стање честице) и Сцхродингер једначина (коју користите за одређивање таласне функције) говори вам све што можете знати о кванту стање. У почетку ово може звучати разумно, али ово подразумева много ствари о природи стварности које многим људима не стоје добро.
На пример, таласна функција честице шири се свемиром, па тако интерпретација у Копенхагену наводи да честица нема дефинитивно место док се не изврши мерење.
Када извршите мерење, узрокујете колапс таласне функције и честица тренутно пада у једно од неколико могућих стања, а то се може предвидети само у смислу вероватноће.
Тумачење каже да квантне честице заправо немају вредности уочљивих као што су положај, импулс или спин док се не изврши посматрање. Они постоје у низу потенцијалних стања, у ономе што се назива „суперпозицијом“ и у суштини могу бити за које се мисли да су одједном, мада им је пондер да признају да су неке државе вероватније од други.
Неки ово тумачење схватају строже од других - на пример, таласна функција би се могла једноставно посматрати као теоријска конструкција која омогућава научницима да предвиде резултате експеримената - али ово је широко тумачење како квантум посматра теорија.
Шредингерова мачка
У експерименту с размишљањима, Сцхродингер је предложио да се мачка стави у бокс, тако да је она била сакривена од посматрача (можете да замислите да је и ово звучно изолована кутија), заједно са бочицом отрова. Бочица с отровом је намештена да сломи и убије мачку ако се догоди одређени квантни догађај, што је Сцхродингер сматрао распадом радиоактивног атома који се може открити Геигер-овим бројачем.
Као квантни процес, време радиоактивног распада не може се предвидети ни у једном конкретном случају, само као просек током многих мерења. Дакле, без икаквог начина да се заправо открију распадање и бочица с отровима, буквално не постоји начин да се сазна да ли се то догодило у експерименту.
На исти начин као што се честице не сматрају на одређеном месту пре мерења у квантној теорији, али а квантна суперпозиција могућих стања, може се сматрати да је радиоактивни атом у суперпозицији „распаднутог“ и „не пропала “.
Вероватноћа сваког од њих могла би се предвидети до нивоа који би био тачан током многих мерења, али не и за одређени случај. Дакле, ако је радиоактивни атом у суперпозицији, а живот мачке у потпуности зависи од овог стања, да ли то значи да је и мачје стање у суперпозицији стања? Другим речима, да ли је мачка у квантној суперпозицији живих и мртвих?
Да ли се суперпозиција стања дешава само на квантном нивоу, или мисаони експеримент показује да би се логично требало применити и на макроскопске објекте? Ако се не може применити на макроскопске објекте, зашто не? И највише од свега: Није ли све ово помало смешно?
Зашто је важно?
Мисаони експеримент доспева у филозофско срце квантне механике. У једном лако разумљивом сценарију изложени су потенцијални проблеми са тумачењем из Копенхагена, а заговорницима објашњења преостало је још неких објашњења. Један од разлога због којих је постојао у популарној култури несумњиво је што зорно показује разлику између како квантна механика описује стање квантних честица и начина на који описујете макроскопске предмета.
Међутим, такође се бави појмом шта подразумевате под „мерењима“ у квантној механици. Ово је важан концепт, јер процес колапса таласне функције у основи зависи од тога да ли је нешто примећено.
Да ли људи требају физички посматрати исход квантног догађаја (на пример, читање Геигеровог бројача), или једноставно треба да ступи у интеракцију са нечим макроскопским? Другим речима, да ли је мачка „мерни уређај“ у овом сценарију - да ли се тако разрешава парадокс?
На ова питања заправо нема широко прихваћеног одговора. Парадокс савршено бележи оно што је у вези са квантном механиком тешко за људе који су навикли да искусују макроскопски свет, и заиста, чији су мозгови на крају еволуирали да разумеју свет у коме живите, а не свет субатомског честице.
ЕПР парадокс
ЕПР парадокс је још један мисаони експеримент чији је циљ да прикаже проблеме са квантном механиком, а име је добио по Алберту Ајнштајну, Борису Подолском и Натхану Росену, који су осмислили парадокс. Ово се односи на квантна уплитање, коју је Ајнштајн славно називао „сабласном акцијом на даљину“.
У квантној механици, две честице се могу „заплести“, тако да било која од пара не може бити описана без позивања на друго - њихова квантна стања су описана заједничком таласном функцијом која се не може одвојити у једно за једну честицу и једно за други.
На пример, две честице у одређеном запетљаном стању могу измерити свој „спин“ и ако се мери једна као да се окреће „горе“, други мора да се окреће „надоле“ и обрнуто, иако то није претходно одређено.
Ово је ионако мало тешко прихватити, али шта ако, према парадоксу ЕПР, две честице буду одвојене на огромној удаљености. Прво мерење се врши и открива „окретање према доле“, али затим врло брзо након тога (толико брзо да чак и светло сигнал није могао да путује са једне локације на другу на време) врши се мерење на другој честица.
Како друга честица „зна“ резултат првог мерења ако је немогуће да је сигнал путовао између њих?
Ајнштајн је веровао да је ово доказ да је квантна механика „непотпуна“ и да су у игри „скривене променљиве“ које ће објаснити наизглед нелогичне резултате попут ових. Међутим, 1964. Џон Бел је пронашао начин да тестира присуство скривених променљивих које је Ајнштајн предложио и пронашли неједнакост која би, уколико се поквари, доказала да резултат није могуће добити са скривеном променљивом теорија.
Експерименти изведени на основу овога открили су да је Беллова неједнакост сломљена, па је парадокс само још један аспект квантне механике који чини се чудно, али једноставно је начин на који квантна механика ради.
