Кіт Шредінгера
Ти – не раб! Закритий освітній курс для дітей еліти: "Справжнє облаштування світу".http://noslave.org
| Квантовий стан · Квантова спостерігається · Хвильова функція · Квантова суперпозиція · Квантова заплутаність · Змішаний стан · Вимір · Невизначеність · Принцип Паулі · Дуалізм · Декогеренція · Теорема Еренфесту · Тунельний ефект |
| Досвід Девіссона - Джермера · Досвід Поппера · Досвід Штерна - Герлаха · Досвід Юнга · Перевірка нерівностей Белла · Фотоефект · Ефект Комптона |
| Подання Шредінгера · Подання Гейзенберга · Подання взаємодії · Матрична квантова механіка · Інтеграли по траєкторіях · Діаграми Фейнмана |
| Рівняння Шредінгера · Рівняння Паулі · Рівняння Клейна - Гордона · Рівняння Дірака · Рівняння Швінгера - Томонагі · Рівняння фон Неймана · Рівняння Блоха · Рівняння Ліндблада · Рівняння Гейзенберга |
| Копенгагенська · Теорія прихованих параметрів · Багатосвітова · Теорія де Бройля - Бома |
| Квантова теорія поля · Квантова електродинаміка · Теорія Глешоу - Вайнберга - Салама · Квантова хромодинаміка · Стандартна модель · Квантова гравітація |
| Квантова теорія поля ·Квантова гравітація · Теорія всього |
| Планк · Ейнштейн · Шредінгер · Гейзенберг · Йордан · Бор · Паулі · Дірак · Фок · Борн · де Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Еверетт |
Кіт Шредінгера- уявний експеримент, запропонований австрійським фізиком-теоретиком, одним із творців квантової механіки, Ервіном Шредінгером, яким він хотів показати неповноту квантової механіки при переході від субатомних систем до макроскопічних.
Зміст
Суть експерименту
В оригінальній статті Шредінгера експеримент описаний так:
Відповідно до квантової механіки, якщо над ядром не проводиться спостереження, його стан описується суперпозицією (змішенням) двох станів — ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор може побачити тільки якийсь один конкретний стан - "ядро розпалося, кіт мертвий" або "ядро не розпалося, кіт живий".
Питання стоїть так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає один конкретний? Мета експерименту - показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, які вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт або стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого.
Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, що поєднує життя і смерть), це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або не розпався.
У великих комплексних системах, що складаються з багатьох мільярдів атомів,декогеренція відбувається майже миттєво, і з цієї причини кіт не може бути одночасно мертвим і живим на будь-якому відрізку часу, що піддається виміру. Процес декогеренції є суттєвою складовою експерименту.
Копенгагенська інтерпретація
У копенгагенської інтерпретації система перестає бути змішанням станів і вибирає один із них у той момент, коли відбувається спостереження. Експеримент із котом показує, що у цій інтерпретації природа цього самого спостереження — виміру — визначено недостатньо. Деякі вважають, що досвід говорить про те, що доти, поки ящик закритий, система знаходиться в обох станах одночасно, в суперпозиції станів «ядро, що розпалося, мертвий кіт» і «ядро, що не розпалося, живий кіт», а коли ящик відкривають, то тільки тоді відбувається колапс хвильової функції одного з варіантів. Інші здогадуються, що «спостереження» відбувається, коли частка ядра потрапляє в детектор; однак (і це ключовий момент уявного експерименту) в копенгагенської інтерпретації немає чіткого правила, яке говорить, коли це відбувається, і тому ця інтерпретація неповна доти, доки таке правило до неї не введено, або не сказано, як його можна ввести. Точне правило таке: випадковість у тому місці, де вперше використовується класичне наближення.
Таким чином, ми можемо спиратися на наступний підхід: у макроскопічних системах ми не спостерігаємо квантових явищ (крім явища надплинності та надпровідності); тому, якщо ми накладаємо макроскопічну хвильову функцію на квантовий стан, ми з досвіду повинні зробити висновок, що суперпозиція руйнується. І хоча не зовсім ясно, що означає, що щось є «макроскопічним» взагалі, про кота точно відомо, що він ємакроскопічний об'єкт. Таким чином, копенгагенська інтерпретаціяне вважає, що до відкриття ящика кіт перебуває у стані змішування живого та мертвого.
Багатосвітова інтерпретація Еверетта та спільні історії
У багатосвітовій інтерпретації квантової механіки, яка не вважає процес виміру чимось особливим, обидва стани кота існують, але декогерують. Коли спостерігач відкриває ящик, він заплутується з котом і від цього утворюються два відповідні живому та мертвому коту стану спостерігача, які не взаємодіють один з одним. Той самий механізм квантової декогеренції важливий і спільних історій. У цій інтерпретації лише «мертвий кіт» чи «живий кіт» може бути у спільній історії.
Іншими словами, коли ящик відкривається, Всесвіт розщеплюється на два різні всесвіти, в одній з яких спостерігач дивиться на ящик з мертвим котом, а в іншій спостерігач дивиться на живого кота.
Космолог Макс Тегмарк запропонував варіацію досвіду з котом Шредінгера під назвою «машина для квантового самогубства». Він розглядає експеримент із котом з погляду самого кота і стверджує, що таким чином можна експериментально розрізнити копенгагенську та багатосвітову інтерпретації. Інша варіація експерименту - це досвід з другом Вігнера 12px.
Фізик Стівен Хокінг одного разу вигукнув: «Коли я чую про кота Шредінгера, моя рука тягнеться за рушницею!» Він перефразував відомий вислів, що належить одному з героїв п'єси «Шлагетер» Ганса Йоста: «Wenn ich 'Kultur' höre, entsichere ich meinen Browning!» («Коли я чую слово „культура“, то знімаю із запобіжника свій браунінг!»)
Фактично Хокінг та багато інших фізиків дотримуються думки, що «Копенгагенська школа» інтерпретації квантовоїМеханіки підкреслює роль спостерігача безпідставно. Остаточної єдності серед фізиків з цього питання все ще не досягнуто.
Розпаралелювання світів у кожен момент часу відповідає справжньому недетермінованого автомату на відміну від імовірнісного, коли на кожному кроці вибирається один із можливих шляхів залежно від їхньої ймовірності.
Парадокс Вігнера
Практичне застосування
: неправильне або відсутнє зображення
Вищеописане застосовується практично: в квантових обчисленнях і квантової криптографії. По волоконно-оптичному кабелю пересилається світловий сигнал, що у суперпозиції двох станів. Якщо зловмисники підключаться до кабелю десь посередині і зроблять там відведення сигналу, щоб підслуховувати інформацію, що передається, то це схлопне хвильову функцію (з точки зору копенгагенської інтерпретації буде проведено спостереження) і світло перейде в один із станів. Провівши статистичні проби світла на приймальному кінці кабелю, можна буде виявити, чи знаходиться світло в суперпозиції станів, чи над ним вже здійснено спостереження.передача до іншого пункту. Це уможливлює створення засобів зв'язку, які виключають непомітний перехоплення сигналу та підслуховування.
Експеримент (який у принципі може бути виконаний, хоча працюючі системи квантової криптографії, здатні передавати великі обсяги інформації, ще не створені) також показує, що «спостереження» в копенгагенській інтерпретації не має відношення до свідомості спостерігача, оскільки в даному випадку зміна статистики на кінці кабелю наводить абсолютно неживе відгалуження дроту.
У квантових обчисленнях станом Шредінгерівського кота називається особливий заплутаний стан кубітів, при якому всі вони знаходяться в однаковій суперпозиції всіх нулів або одиниць, тобто Неможливо розібрати вираз (виконуваний файл texvc не знайдений; frac>(00\dots 0\rangle+11\dots 1\rangle) .