Schrödinger'in Kedisi (Basitleştirilmiş): Nedir ve Neden Önemlidir?

1935'te – kuantum fiziğine katkılarından dolayı Nobel Ödülü'nü kazandıktan iki yıl sonra – Avusturya Fizikçi Erwin Schrödinger, Schrödinger'in kedi paradoksu olarak bilinen ünlü düşünce deneyini önerdi.

Paradoks, popüler kültürde kuantum mekaniğiyle ilgili en iyi bilinen şeylerden biridir, ancak yalnızca gerçeküstü ve komik değildir. Kuantum dünyasının nasıl davrandığını tanımlamanın bir yolu, aslında kuantumun baskın yorumuna yönelik önemli bir eleştiriye çarpıyor. mekanik.

Dayanır, çünkü aynı anda hem canlı hem de ölü bir kedi saçma fikrini öne sürer, ancak bazı özellikleri vardır. felsefi ağırlık çünkü, bir anlamda, bu gerçekten kuantum mekaniğinin önerebileceği bir şeydir. mümkün.

Schrödinger, düşünce deneyini tam da bu nedenle ortaya attı. Diğer birçok fizikçi gibi o da kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumundan tam olarak tatmin olmamıştı ve o da, gördüklerini gerçek olarak aktarmanın bir yolunu arıyordu. merkezi kusur içinde gerçekliği tanımlamanın bir yolu olarak.

Kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumu, kuantum fiziğinin aslında fiziksel anlamda ne anlama geldiğini anlamak için hala en yaygın kabul gören girişimdir.

Temel olarak, (bir parçacığın durumunu tanımlayan) dalga fonksiyonunun ve Schrödinger'in denklem (dalga fonksiyonunu belirlemek için kullanırsınız) size bir kuantum hakkında bilebileceğiniz her şeyi anlatır. durum. Bu ilk başta mantıklı gelebilir, ancak bu, gerçekliğin doğası hakkında pek çok insanın hoşuna gitmeyen pek çok şeyi ima eder.

Örneğin, bir parçacığın dalga fonksiyonu uzaya yayılır ve bu nedenle Kopenhag yorumu, bir parçacığın bir ölçüm yapılana kadar kesin bir konuma sahip olmadığını belirtir.

Bir ölçüm yaptığınızda, dalga fonksiyonunun çökmesine neden olursunuz ve parçacık anında birkaç olası durumdan birine düşer ve bu sadece bir olasılık cinsinden tahmin edilebilir.

Yorum, kuantum parçacıklarının aslında konum, momentum veya dönüş gibi gözlemlenebilir değerlere sahip olmadığını söylüyor. bir gözlem yapılıncaya kadar. Bunlar, “süperpozisyon” olarak adlandırılan bir dizi potansiyel durumda bulunurlar ve esasen bazı devletlerin daha olası olduğunu kabul etmek için ağırlıklı olmasına rağmen, hepsi aynı anda düşünüldü. diğerleri.

Bazıları bu yorumu diğerlerinden daha katı bir şekilde ele alır - örneğin, dalga fonksiyonu basitçe teorik olarak görülebilir. bilim adamlarının deneylerin sonuçlarını tahmin etmelerine izin veren yapı - ancak genel olarak yorumun kuantuma bakış açısı budur. teori.

Düşünce deneyinde Schrödinger, bir kediyi bir kutuya koymayı önerdi, böylece gözlemcilerden gizlendi (bunu ses geçirmez bir kutu olarak da hayal edebilirsiniz) ve bir şişe zehirle birlikte. Zehir şişesi, Schrödinger'in bir Geiger sayacıyla saptanabilen radyoaktif bir atomun bozunması olarak kabul ettiği belirli bir kuantum olayı meydana gelirse kediyi kıracak ve öldürecek şekilde ayarlanmıştır.

Olarak kuantum süreci, radyoaktif bozunmanın zamanlaması herhangi bir özel durumda tahmin edilemez, yalnızca birçok ölçümün ortalaması olarak tahmin edilebilir. Bu nedenle, çürümeyi ve zehir kırılma şişesini gerçekten tespit etmenin hiçbir yolu olmadığı için, deneyde olup olmadığını bilmenin tam anlamıyla hiçbir yolu yoktur.

Aynı şekilde, kuantum teorisinde parçacıkların ölçümden önce belirli bir yerde olduğu düşünülmez, ancak bir Olası durumların kuantum süperpozisyonu, radyoaktif atomun “çürümüş” ve “değil” süperpozisyonunda olduğu düşünülebilir. çürümüş.”

Her birinin olasılığı, belirli bir durum için değil, birçok ölçümde doğru olacak bir düzeye kadar tahmin edilebilir. Öyleyse, eğer radyoaktif atom bir süperpozisyondaysa ve kedinin hayatı tamamen bu duruma bağlıysa, bu, kedinin durumunun da durumların süperpozisyonunda olduğu anlamına mı gelir? Başka bir deyişle, kedi canlı ve ölü kuantum süperpozisyonunda mı?

Durumların süperpozisyonu sadece kuantum düzeyinde mi oluyor, yoksa düşünce deneyi mantıksal olarak makroskopik nesnelere de uygulanması gerektiğini mi gösteriyor? Makroskopik nesnelere uygulanamıyorsa neden olmasın? Ve hepsinden önemlisi: Bütün bunlar biraz saçma değil mi?

Düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin felsefi kalbine ulaşır. Anlaşılması kolay bir senaryoda, Kopenhag yorumuyla ilgili olası sorunlar çırılçıplak bırakılıyor ve açıklamanın savunucularına yapılacak bazı açıklamalar kalıyor. Popüler kültürde varlığını sürdürmesinin nedenlerinden biri de hiç şüphesiz farkı canlı bir şekilde göstermesidir. kuantum mekaniğinin kuantum parçacıklarının durumunu nasıl tanımladığı ile sizin makroskopik tanımlama şekliniz arasında nesneler.

Bununla birlikte, kuantum mekaniğinde "ölçüm" ile ne demek istediğinizi de ele alıyor. Bu önemli bir kavramdır, çünkü dalga fonksiyonunun çöküşü süreci temelde bir şeyin gözlemlenip gözlemlenmediğine bağlıdır.

insanların buna ihtiyacı var mı fiziksel olarak gözlemlemek bir kuantum olayının sonucu (örneğin, Geiger sayacını okumak) veya sadece makroskopik bir şeyle etkileşime girmesi mi gerekiyor? Başka bir deyişle, bu senaryoda kedi bir “ölçüm cihazı” mıdır – paradoks böyle mi çözülür?

Bu soruların genel olarak kabul görmüş bir cevabı yok. Paradoks, kuantum mekaniğiyle ilgili, dünyayı deneyimlemeye alışık insanlar için hazmedilmesi zor olan şeyi mükemmel bir şekilde yakalar. makroskopik dünya ve gerçekten de beyinleri atom altı dünyayı değil, içinde yaşadığınız dünyayı anlamak için evrimleşmiştir. parçacıklar.

EPR paradoksu, kuantum mekaniği ile ilgili sorunları göstermeyi amaçlayan başka bir düşünce deneyidir ve adını paradoksu tasarlayan Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen'den almıştır. Bu ilgili kuantum dolaşıklığıEinstein'ın ünlü olarak "uzaktan ürkütücü eylem" olarak adlandırdığı.

Kuantum mekaniğinde, iki parçacık "dolanık" olabilir, böylece çiftlerden herhangi biri, diğer – kuantum durumları, bir tane için bir tanecik ve tane için bir tane olarak ayrılamayan paylaşılan bir dalga fonksiyonu ile tanımlanır. bir diğeri.

Örneğin, belirli bir dolaşmış durumdaki iki parçacığın "dönüşleri" ölçülebilir ve eğer biri ölçülürse spini "yukarı" olduğu için diğerinin spini "aşağı" olması ve bunun tersi olması gerekir, ancak bu önceden belirlenmemiştir.

Bunu kabul etmek zaten biraz zor, ama ya EPR paradoksunun önerdiği gibi, iki parçacık çok büyük bir mesafeyle ayrılmışsa. İlk ölçüm yapılır ve “spin down”u ortaya çıkarır, ancak çok kısa bir süre sonra (o kadar hızlı ki bir ışık bile sinyal zaman içinde bir konumdan diğerine gidemez) ikincide bir ölçüm yapılır parçacık.

Bir sinyalin ikisi arasında seyahat etmesi imkansızsa, ikinci parçacık ilk ölçümün sonucunu nasıl "biliyor"?

Einstein, bunun kuantum mekaniğinin "eksik" olduğunun ve bunun gibi mantıksız görünen sonuçları açıklayacak "gizli değişkenlerin" işin içinde olduğunun kanıtı olduğuna inanıyordu. Bununla birlikte, 1964'te John Bell, Einstein'ın önerdiği gizli değişkenlerin varlığını test etmenin bir yolunu buldu ve kırılırsa sonucun gizli bir değişkenle elde edilemeyeceğini kanıtlayacak bir eşitsizlik buldu teori.

Buna dayanarak yapılan deneyler, Bell'in eşitsizliğinin kırıldığını bulmuştur ve bu nedenle paradoks, kuantum mekaniğinin sadece başka bir yönüdür. görünüyor garip ama basitçe kuantum mekaniğinin çalışma şeklidir.