Кот Шредингера

Физик Эрвин Шредингер большинству людей он известен по выражению "кот Шредингера".

Кот Шредингера

Сам Эрвин Шредингер так описывал эксперимент (цитата из книги E. Schrödinger. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik "Текущая ситуация в квантовой механике"):

Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое , что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях.

Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.

Более простыми словами суть эксперимента можно выразить следующим образом: согласно квантовой механике, если за ядром не наблюдают, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний. Перенося все это на кота, можно сказать, что он и жив, и мертв одновременно.

Цель эксперимента Шредингера — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Целью статьи, в которой описывался этот эксперимент, было обсуждение парадокса – странной природы «квантовой запутанности», характерной для квантовых состояний, являющихся суперпозицией состояний двух систем. Ведь ясно, что кот не может быть и живым, и мертвым. В любом случае состояние будет одно из двух. Шредингер показал, что все аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

У эксперимента с котом Шредингера существуют различные интерпритации.

Копенгагенская интерпретация. Ее сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. В этой интерпретации эксперимента не считается, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения живого и мёртвого. Система перестает быть смешением состояний, выбирая одно из них, когда происходит наблюдение. Однако под наблюдением понимаются разные вещи. Некоторые считают, что только после открытия ящика выпадает один из вариантов – кот жив или он мертв. Другие говорят о том, что наблюдение происходит, когда частица из ядра попадает в детектор. В самой копенгагенской интерпретации понятия нет, однако считается, что экспериментатор из опыта должен заключить, что суперпозиция разрушается.

Многомировая интерпретация Эверетта. По ней, оба состояния кота существуют, но декогерируют, то есть смешиваются, или запутываются, с окружающей средой. Иначе говоря, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные вселенные, в одной из которых наблюдатель смотрит на ящик с мёртвым котом, а в другой — наблюдатель смотрит на живого кота. При этом вселенные не взаимодействуют друг с другом.

Ученые Ганс Моравек и Бруно Маршал рассмотрели эксперимент с точки зрения самого кота. Эта модификация эксперимента Шредингера наглядно показывает разницу между двумя вышеописанными интерпретациями. Ее называют «квантовое самоубийство», или «квантовое бессмертие». Суть эксперимента в том, что на участника направлено ружьё, которое стреляет или не стреляет в зависимости от распада какого-либо радиоактивного атома. Вероятность смерти – 50 процентов. По копенгагенской интерпретации, ружьё в конечном итоге выстрелит, и участник умрёт. А по многомировой - в результате каждого проведенного эксперимента вселенная расщепляется на две вселенных, в одной из которых участник остается жив, а в другой погибает. Проще говоря, во второй интерпретации (многомировой) участник бессмертен.

Парадокс Вигнера. Юджин Вигнер – американский физик и математик. Он описал усложнённый вариант эксперимента Шрёдингера. Вигнер ввел понятие «друзей». Суть такова: эксперимент поначалу проходит так же, как и у Шредингера: исследователь открывает коробку и видит, допустим, мертвого кота. Казалось бы, эксперимент завершен. Однако Вигнер на этом не остановился. О том, что кот мертв, еще не знает так называемый «друг». Ведь результаты исследования известны в лаборатории, а друг находится за ее пределами. Исследователь рассказывает другу о результатах. Теперь друг знает, что кот умер. Но об этом не знают другие «друзья». Парадокс в том, что кота можно признать или полностью мертвым только тогда, когда все люди во вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента, который, по сути, невозможен, хотя бы для одного человека кот и жив, и мертв одновременно.

Интересно, что об этом думает сам кот?


Поиск
Меню раздела