Mnogi su čuli ovaj izraz, ali možda svi ne razumiju čak ni njegovo pojednostavljeno značenje. Pokušajmo to shvatiti bez kompliciranih teorija i formula.
"Schrödingerova mačka" ime je čuvenog misaonog eksperimenta slavnog austrijskog teorijskog fizičara Ervina Schrödingera, koji je ujedno i dobitnik Nobelove nagrade. Tim je izmišljenim iskustvom znanstvenik želio pokazati nepotpunost kvantne mehanike u prijelazu iz subatomskih sustava u makroskopske sustave.
Izvorni članak Erwina Schrödingera objavljen je 1935. godine. Evo navoda:
Možete konstruirati i slučajeve u kojima je burleska dovoljna. Neka se neka mačka zatvori u čeličnu komoru zajedno sa sljedećim vražjim strojem (koji bi trebao biti neovisan o mačjoj intervenciji): unutar Geigerovog brojača nalazi se malena količina radioaktivne tvari, toliko mala da samo jedan atom može propasti za sat vremena, ali s istim vjerojatnost se možda neće raspasti; ako se to dogodi, očitava se cijev za očitavanje i aktivira se relej, oslobađajući čekić, koji razbija konus s cianovodičnom kiselinom.
Ako cijeli ovaj sustav ostavite sebi sat vremena, možemo reći da će mačka biti živa nakon tog vremena, sve dok se ne dogodi raspadanje atoma. Prvo raspadanje atoma otrovalo bi mačku. Psihi-funkcija sustava u cjelini to će izraziti miješanjem ili razmazivanjem žive i mrtve mačke (oprosti zbog izraza) u jednakim dijelovima. Tipično u takvim slučajevima je da se neizvjesnost, u početku ograničena na atomski svijet, pretvara u makroskopsku nesigurnost, koja se može eliminirati izravnim promatranjem. To nas sprječava da naivno prihvatimo "model zamagljivanja" kao odraz stvarnosti. To samo po sebi ne znači ništa nejasno ili kontradiktorno. Postoji razlika između zamagljene fotografije koja nije u fokusu i fotografije oblaka ili magle.
Drugim riječima:
- Tu su kutija i mačka. Kutija sadrži mehanizam koji sadrži radioaktivno atomsko jezgro i spremnik s otrovnim plinom. Parametri eksperimenta su odabrani tako da vjerojatnost nuklearnog raspada za 1 sat iznosi 50%. Ako se jezgro raspada, otvara se spremnik s plinom i mačka umire. Ako se jezgra ne raspada, mačka ostaje živa i zdrava.
- Mačku zatvaramo u kutiji, čekamo sat vremena i pitamo se: je li mačka živa ili mrtva?
- Kvantna mehanika govori nam da je atomsko jezgro (i stoga mačka) istovremeno u svim mogućim stanjima (vidi kvantnu superpoziciju). Prije nego što smo otvorili kutiju, sustav "mačja jezgra" je u stanju "jezgra je propadala, mačka je mrtva" s vjerojatnošću od 50%, a u stanju "jezgra se nije raspadala, mačka je živa" s vjerojatnošću od 50%. Ispada da je mačka koja sjedi u kutiji istodobno živa i mrtva.
- Prema modernom kopenhagenskom tumačenju, mačka je živa / mrtva bez ikakvih intermedijarnih stanja. A izbor stanja nuklearnog raspada događa se ne u trenutku otvaranja kutije, već i kad jezgra uđe u detektor. Zbog toga što smanjenje valne funkcije sustava "mačka-detektor-jezgra" nije povezano s ljudskim promatračem kutije, već je povezano s detektor-promatračem jezgre.
Promotivni video:
Prema kvantnoj mehanici, ako se ne vrši opažanje nukleusa atoma, tada se njegovo stanje opisuje miješanjem dvaju stanja - dezintegriranog jezgra i neriješenog jezgra, dakle, mačka koja sjedi u kutiji i personificira jezgru atoma istovremeno je i živa i mrtva. Ako se otvori kutija, tada eksperimentator može vidjeti samo jedno određeno stanje - "jezgra je propadala, mačka je mrtva" ili "jezgro se nije raspadalo, mačka je živa".
Suština ljudskog jezika: Schrödingerov pokus pokazao je da je, s gledišta kvantne mehanike, mačka i živa i mrtva, što ne može biti. Dakle, kvantna mehanika ima značajne nedostatke.
Pitanje je: kada sustav prestaje postojati kao mješavina dva stanja i odabrati jedno određeno? Svrha eksperimenta je pokazati da je kvantna mehanika nepotpuna bez nekih pravila koja ukazuju pod kojim uvjetima se valna funkcija urušava, a mačka ili postaje mrtva ili ostaje živa, ali prestaje biti mješavina obojega. Budući da je jasno da mačka nužno mora biti ili živa ili mrtva (ne postoji državni posrednik između života i smrti), to će biti isto i za atomska jezgra. Mora biti ili dezintegrirana ili nerazgrađena (Wikipedia).
Druga najnovija interpretacija Schrödingerovog misaonog eksperimenta je priča o Sheldonu Cooperu, junaku serije Teorija velikog praska, koju je recitirao za Pennyjevog manje obrazovanog susjeda. Suština Sheldonove priče je da se pojam Schrödingerove mačke može primijeniti u odnosima među ljudima. Da biste shvatili što se događa između muškarca i žene, kakvi su odnosi između njih: dobri ili zli, samo trebate otvoriti kutiju. Prije toga odnosi su i dobri i loši.
Ispod je video ovog dijaloga teorije velikog praska između Sheldona i Singinga.
Schrödingerova ilustracija najbolji je primjer za opisivanje glavnog paradoksa kvantne fizike: prema njezinim zakonima, čestice poput elektrona, fotona, pa čak i atoma postoje u dva stanja istovremeno ("živa" i "mrtva", ako se sjetite dugotrajne mačke). Ta se stanja nazivaju superpozicijama.
Američki fizičar Art Hobson sa Sveučilišta u Arkansasu (Arkansas State University) ponudio je vlastito rješenje ovog paradoksa.
„Mjerenja u kvantnoj fizici temelje se na radu određenih makroskopskih uređaja, poput Gegerovog brojača, koji određuju kvantno stanje mikroskopskih sustava - atoma, fotona i elektrona. Kvantna teorija podrazumijeva da ako spojite mikroskopski sustav (česticu) na određeni makroskopski uređaj koji razlikuje dva različita stanja sustava, tada će uređaj (na primjer Geiger brojač) preći u stanje kvantnog zapletanja i također će biti istovremeno u dva superpozicija. Međutim, nemoguće je izravno promatrati taj fenomen, što ga čini neprihvatljivim , kaže fizičar.
Hobson kaže da u Schrödingerovom paradoksu mačka igra ulogu makroskopskog instrumenta, Geigerovog brojača pričvršćenog na radioaktivno jezgro, kako bi utvrdila stanje raspada ili "ne raspadanje" tog jezgra. U ovom slučaju, živa mačka bit će pokazatelj "nepropadanja", a mrtva mačka pokazatelj propadanja. Ali prema kvantnoj teoriji, mačka, kao i jezgra, mora biti u dvije supozicije života i smrti.
Umjesto toga, prema fizičaru, kvantno stanje mačke mora biti isprepleteno sa stanjem atoma, što znači da su oni u "ne-lokalnoj vezi" jedni s drugima. To jest, ako se stanje jednog od zapletenih predmeta iznenada promijeni u suprotno, tada će se stanje njegovog para promijeniti na potpuno isti način, bez obzira koliko bili udaljeni jedno od drugog. Pri tome se Hobson poziva na eksperimentalnu potvrdu ove kvantne teorije.
„Najzanimljivija stvar u teoriji kvantnog zapletanja je da se promjena stanja obje čestice događa odmah: nijedan svjetlosni ili elektromagnetski signal ne bi imao vremena za prijenos informacija iz jednog sustava u drugi. Dakle, možemo reći da je ovo jedan objekt, podijeljen u dva dijela prema prostoru, bez obzira koliko je udaljenost velika između njih , objašnjava Hobson.
Schrödingerova mačka više nije živa i mrtva u isto vrijeme. Mrtav je ako propadne, i živ ako propadanje nikad ne nastupi.
Dodajmo da su slične mogućnosti za rješenje ovog paradoksa predložile još tri skupine znanstvenika u posljednjih trideset godina, ali one nisu shvaćene ozbiljno i ostale su nezapažene u širokim znanstvenim krugovima. Hobson napominje da je rješavanje paradoksa kvantne mehanike, čak i teorijske, apsolutno neophodno za njezino duboko razumijevanje.
Više o radu fizičara možete pročitati u njegovom članku, koji je objavljen u časopisu Physical Review A.
Schrödinger.
No odnedavno je TEORETIKA OBJAŠNJENA KOLIKO GRAVNOST UBIJA MAČKA SCHRODINGERA, ali to je već teže …
U pravilu, fizičari objašnjavaju pojavu da je superpozicija moguća u svijetu čestica, ali da nije moguća kod mačaka ili drugih makroobjekata, smetnji iz okoline. Kad kvantni objekt prođe kroz polje ili stupi u interakciju sa slučajnim česticama, odmah pretpostavlja samo jedno stanje - kao da je izmjereno. Tako se uništava superpozicija, kako su vjerovali znanstvenici.
Ali čak i ako je na neki način postalo moguće izolirati makro objekt u stanju superpozicije od interakcija s drugim česticama i poljima, tada će prije ili kasnije svejedno pretpostaviti jedno stanje. Barem to vrijedi za procese koji se odvijaju na površini Zemlje.
"Negdje u međuzvjezdanom prostoru, možda bi mačka imala priliku održavati kvantnu koherenciju, ali na Zemlji ili blizu bilo kojeg planeta to je vrlo malo vjerojatno. A razlog za to je gravitacija ", objašnjava vodeći autor nove studije Igor Pikovski iz Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku.
Pikovsky i njegovi kolege sa Sveučilišta u Beču tvrde da gravitacija destruktivno utječe na kvantne superpozicije makroobjekata, pa takve makrokozmose ne promatramo. Osnovni koncept nove hipoteze, usput rečeno, sažeo je u igranom filmu Interstellar.
Einsteinova opća teorija relativnosti kaže da će izuzetno masivan objekt saviti prostor u blizini njega. Uzimajući u obzir situaciju na finijoj razini, možemo reći da će za molekulu smještenu blizu površine Zemlje vrijeme ići nešto sporije nego za onu u orbiti našeg planeta.
Zbog utjecaja gravitacije na prostor-vrijeme, molekula koja je došla pod tim utjecajem doživjet će odstupanje u svom položaju. A to bi zauzvrat trebalo utjecati na njegovu unutarnju energiju - vibracije čestica u molekuli, koje se s vremenom mijenjaju. Kad bi se molekula uvela u stanje kvantne superpozicije dviju lokacija, tada bi odnos između položaja i unutarnje energije ubrzo prisilio molekulu na "odabir" samo jednog od dva položaja u prostoru.
"U većini slučajeva fenomen dekoherencije povezan je s vanjskim utjecajem, ali u ovom slučaju unutarnja vibracija čestica utječe na kretanje same molekule", objašnjava Pikovsky.
Taj efekt još nije primijećen jer su drugi izvori dekoherencije, poput magnetskog polja, toplinskog zračenja i vibracija, obično mnogo jači i uzrokuju uništavanje kvantnih sustava mnogo prije nego što gravitacija to učini. No, eksperimentatori pokušavaju testirati navedenu hipotezu.
Markus Arndt, eksperimentalni fizičar sa Sveučilišta u Beču, provodi eksperimente za promatranje kvantne superpozicije u makroskopskim objektima. Šalje male molekule u interferometar, učinkovito pružajući čestici "izbor" kojim putem krenuti. S gledišta klasične mehanike, molekula može ići samo jednim putem, ali kvantna molekula može proći kroz dvije staze odjednom, interferirajući sa sobom i stvarajući karakteristični valoviti uzorak.
Slična se postavka može koristiti i za ispitivanje sposobnosti gravitacije da uništi kvantne sustave. Da bismo to učinili, bit će potrebno usporediti vertikalni i horizontalni interferometar: u prvom, superpozicija bi uskoro trebala nestati zbog dilatacije vremena na različitim "visinama" puta, dok u drugom može postojati kvantna superpozicija.