Эрвин Шредингер был одной из ключевых фигур в квантовая физикаеще до своего знаменитогоКот Шредингерамысленный эксперимент. Он создал квантовую волновую функцию, которая теперь была определяющим уравнением движения во вселенной, но проблема в том, что она выражала все движение в форме ряд вероятностей - то, что прямо противоречит тому, как большинство ученых того времени (и, возможно, даже сегодня) хотели бы поверить в то, как физическая реальность работает.
Сам Шредингер был одним из таких ученых, и он придумал концепцию Шредингеровского Кота, чтобы проиллюстрировать проблемы квантовой физики. Итак, давайте рассмотрим проблемы и посмотрим, как Шредингер попытался проиллюстрировать их с помощью аналогии.
Квантовая неопределенность
Квантовая волновая функция изображает все физические величины как ряд квантовых состояний вместе с вероятностью нахождения системы в данном состоянии. Рассмотрим один радиоактивный атом с периодом полураспада один час.
Согласно волновой функции квантовой физики, через час радиоактивный атом будет находиться в состоянии, когда он распадается и не распадается. Как только измерение атома выполнено, волновая функция разрушится в одно состояние, но до тех пор она останется как суперпозиция двух квантовых состояний.
Это ключевой аспект копенгагенской интерпретации квантовой физики - дело не только в том, что ученый не знает в каком состоянии он находится, но скорее физическая реальность не определяется, пока акт измерения не место. Каким-то неизвестным образом сам акт наблюдения превращает ситуацию в то или иное состояние. Пока это наблюдение не произойдет, физическая реальность разделена между всеми возможностями.
На кота
Шредингер расширил это, предложив поместить гипотетическую кошку в гипотетический ящик. В коробку с котом мы поместили бы флакон с ядовитым газом, который немедленно убил бы кота. Флакон подключен к устройству, которое подключено к счетчику Гейгера, устройству для обнаружения излучения. Вышеупомянутый радиоактивный атом находится рядом со счетчиком Гейгера и остается там ровно на один час.
Если атом распадается, то счетчик Гейгера обнаружит излучение, разбьет пузырек и убьет кошку. Если атом не распадется, то флакон будет цел, и кошка будет жива.
По истечении одного часа атом находится в состоянии, когда он распадается и не распадается. Однако, учитывая то, как мы построили ситуацию, это означает, что флакон является как сломанным, так и неразрушенным, и, в конечном счете, согласно копенгагенской интерпретации квантовой физики кот мертв и жив.
Интерпретации кота Шредингера
Стивен Хокинг Известно, что он сказал: «Когда я слышу о коте Шредингера, я достаю свой пистолет». Это представляет мысли многих физиков, потому что есть несколько аспектов в мысленном эксперименте, которые поднимают проблемы. Самая большая проблема с аналогией заключается в том, что квантовая физика, как правило, работает только в микроскопическом масштабе атомов и субатомных частиц, а не в макроскопическом масштабе кошек и ядовитых пузырьков.
Копенгагенская интерпретация утверждает, что акт измерения чего-либо приводит к коллапсу квантовой волновой функции. В этой аналогии, действительно, акт измерения осуществляется счетчиком Гейгера. Существует множество взаимодействий по всей цепочке событий - невозможно изолировать кошку или отдельные части системы, чтобы она была действительно квантово-механической по своей природе.
К тому времени, когда кошка сама входит в уравнение, измерение уже сделано... тысячу раз были проведены измерения - атомами счетчика Гейгера, аппаратом для разрыва флакона, флаконом, ядовитым газом и самой кошкой. Даже атомы бокса проводят «измерения», если учесть, что если кот упадет замертво, он вступит в контакт с другими атомами, чем если бы он с тревогой бродил по боксу.
Независимо от того, открывает ли ученый коробку или нет, кошка либо жива, либо мертва, а не суперпозиция двух состояний.
Тем не менее, в некоторых строгих взглядах на копенгагенскую интерпретацию, на самом деле требуется наблюдение со стороны сознательного существа. Эта строгая форма интерпретации, как правило, является точкой зрения меньшинства среди физиков сегодня, хотя есть остается некий интригующий аргумент, что коллапс квантовых волновых функций может быть связан с сознание. (Для более подробного обсуждения роли сознания в квантовой физике я предлагаю Квантовая загадка: физика сталкивается с сознанием Брюс Розенблюм и Фред Каттнер.)
Еще одна интерпретация Интерпретация многих миров (MWI) квантовой физики, которая предполагает, что ситуация фактически разветвляется на многие миры. В некоторых из этих миров кошка будет мертва при открытии коробки, в других она будет жива. В то время как захватывающие для публики, и, конечно, для авторов научной фантастики, многие миры Интерпретация также является точкой зрения меньшинства среди физиков, хотя нет конкретных доказательств или против этого.
Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии