Monet ovat kuulleet tämän ilmaisun, mutta ehkä kaikki eivät ymmärrä edes sen yksinkertaistettua merkitystä. Yritetään selvittää se ilman monimutkaisia teorioita ja kaavoja.
"Schrödingerin kissa" on kuuluisan itävaltalaisen teoreettisen fyysikon Erwin Schrödingerin kuuluisan ajatuskokeen nimi, joka on myös Nobel-palkinnon voittaja. Tällä kuvitteellisella kokemuksella tiedemies halusi näyttää kvanttimekaniikan epätäydellisyyden siirtyessä subatomisista järjestelmistä makroskooppisiin järjestelmiin.
Erwin Schrödingerin alkuperäinen artikkeli julkaistiin vuonna 1935. Tässä on tarjous:
Voit myös rakentaa tapauksia, joissa burleski riittää. Anna jonkin kissan lukita teräskammioon seuraavan paholaisen koneen kanssa (jonka pitäisi olla riippumaton kissan väliintulosta): Geiger-laskurin sisällä on pieni määrä radioaktiivista ainetta, niin pieni, että vain yksi atomi voi hajota tunnissa, mutta samalla todennäköisyys ei välttämättä hajoa; jos näin tapahtuu, lukuputki purkautuu ja rele laukeaa, jolloin vasara vapautuu, mikä murtuu kartion syaanihapolla.
Jos jätät koko järjestelmän itselleen tunnin ajaksi, voimme sanoa, että kissa on elossa tämän ajan kuluttua, kunhan atomin rappeutumista ei tapahdu. Aivan ensimmäinen atomin hajoaminen olisi myrkyttänyt kissan. Koko järjestelmän psi-funktio ilmaisee tämän sekoittamalla tai rasvaamalla elävää ja kuollutta kissaa (anteeksi ilmaisu) yhtä suuressa osassa. Tällaisissa tapauksissa on tyypillistä, että epävarmuus, alun perin rajoitettu atomimaailmaan, muuttuu makroskooppiseksi epävarmuudeksi, joka voidaan poistaa suoralla havainnoinnilla. Tämä estää meitä naiivisti hyväksymästä "sumeamismallia" todellisuuden heijastamiseksi. Se ei sinänsä tarkoita mitään epäselvää tai ristiriitaista. Epäselvä tai tarkennusvalokuva ja pilvien tai sumujen kuva eroavat toisistaan.
Toisin sanoen:
- Siellä on laatikko ja kissa. Laatikko sisältää mekanismin, joka sisältää radioaktiivisen atomin ytimen, ja säiliön, jossa on myrkyllinen kaasu. Kokeen parametrit valittiin siten, että ydinhajoamisen todennäköisyys tunnissa on 50%. Jos ydin hajoaa, kaasusäiliö aukeaa ja kissa kuolee. Jos ydin ei hajoa, kissa pysyy hengissä ja hyvin.
- Suljemme kissan laatikossa, odota tunti ja kysy itseltämme: onko kissa elossa vai kuollut?
- Kvanttimekaniikka kertoo meille, että atomin ydin (ja siksi kissa) on kaikissa mahdollisissa tiloissa samanaikaisesti (katso kvanttien superpositio). Ennen laatikon avaamista "kissaydin" -järjestelmä on tilassa "ydin rappeutunut, kissa on kuollut" todennäköisyydellä 50% ja tilassa "ydin ei ole rappeutunut, kissa on elossa" todennäköisyydellä 50%. Osoittautuu, että laatikossa istuva kissa on sekä elossa että kuollut samanaikaisesti.
- Nykyaikaisen Kööpenhaminan tulkinnan mukaan kissa on elossa / kuollut ilman välitiloja. Ja ydinrappeutumistilan valinta ei tapahdu laatikon avaamishetkellä, vaan myös silloin, kun ydin saapuu ilmaisimeen. Koska "kissadetektorin ytimen" järjestelmän aaltofunktion vähentäminen ei liity ruudun ihmisen tarkkailijaan, vaan liittyy ytimen detektorin tarkkailijaan.
Mainosvideo:
Kvanttimekaniikan mukaan, jos atomin ytimestä ei tehdä tarkkailua, niin sen tilaa kuvataan sekoittamalla kaksi tilaa - hajoava ydin ja ratkaisematon ydin, siksi kissa, joka istuu laatikossa ja personoi atomin ytimen, on sekä elossa että kuollut samanaikaisesti. Jos laatikko avataan, kokeilija voi nähdä vain yhden tietyn tilan - "ydin on rappeutunut, kissa on kuollut" tai "ydin ei ole rappeutunut, kissa on elossa".
Ihmiskielen ydin: Schrödingerin kokeilu osoitti, että kvanttimekaniikan kannalta kissa on sekä elävä että kuollut, mikä ei voi olla. Siksi kvanttimekaniikassa on merkittäviä puutteita.
Kysymys kuuluu: milloin järjestelmä lakkaa olemasta kahden valtion sekoitus ja valitsee yhden tietyn? Kokeen tavoitteena on osoittaa, että kvanttimekaniikka on epätäydellinen ilman joitain sääntöjä, jotka osoittavat, missä olosuhteissa aaltofunktion romahtaminen tapahtuu, ja kissa joko kuolee tai pysyy hengissä, mutta lakkaa olemasta sekoitus molemmista. Koska on selvää, että kissan on välttämättä oltava joko elossa tai kuollut (elämän ja kuoleman välillä ei ole mitään välitilaa), niin tämä on sama atomiytimelle. Sen on oltava joko hajotettu tai ei-hajotettu (Wikipedia).
Toinen uudempi tulkinta Schrödingerin ajatuskokeilusta on tarina Sheldon Cooperilta, joka on TV-sarjan Big Bang Theory sankari, jonka hän toimitti Pennyn vähemmän koulutetulle naapurille. Sheldonin tarinan ydin on, että Schrödingerin kissan käsitettä voidaan soveltaa ihmisten välisissä suhteissa. Jotta ymmärrät mitä miehen ja naisen välillä tapahtuu, millainen suhde heidän välillä on: hyvä vai huono, sinun on vain avattava laatikko. Ennen sitä suhteet ovat sekä hyviä että huonoja.
Alla on video tästä Big Bang Theory -dialogiin Sheldonin ja Singingin välillä.
Schrödingerin kuva on paras esimerkki kvanttifysiikan pääparadoksin kuvaamisesta: sen lakien mukaan hiukkasia, kuten elektroneja, fotoneja ja jopa atomeja, esiintyy samanaikaisesti kahdessa tilassa ("elossa" ja "kuolleena", jos muistat pitkäikäisen kissan). Näitä tiloja kutsutaan superpositioiksi.
Amerikkalainen fyysikko Art Hobson Arkansasin yliopistosta (Arkansasin osavaltion yliopisto) tarjosi oman ratkaisunsa tähän paradoksiin.
”Kvantfysiikan mittaukset perustuvat tiettyjen makroskooppisten laitteiden, kuten Geiger-laskurin, toimintaan, jotka määrittävät mikroskooppisten järjestelmien - atomien, fotonien ja elektronien - kvanttitilan. Kvanttiteoria merkitsee, että jos kytket mikroskooppisen järjestelmän (hiukkasen) tiettyyn makroskooppiseen laitteeseen, joka erottaa järjestelmän kaksi eri tilaa, laite (esimerkiksi Geiger-laskuri) menee kvantti takertumisen tilaan ja on myös kahdessa superpositiossa samanaikaisesti. Tätä ilmiötä ei kuitenkaan voida tarkkailla suoraan, minkä vuoksi sitä ei voida hyväksyä”, fyysikko sanoo.
Hobson kertoo, että Schrödingerin paradoksissa kissalla on makroskooppisen instrumentin, radioaktiiviseen ytimeen kiinnitetyn Geiger-laskurin rooli, jotta määritetään tuuman rappeutumistila tai "rappeutumattomuus". Tässä tapauksessa elävä kissa on osoitus "rappeutumattomuudesta" ja kuollut kissa on osoituksena rappeutumisesta. Mutta kvanttiteorian mukaan kissan, kuten ytimen, on oltava kahdessa elämän ja kuoleman superpositiossa.
Sen sijaan fyysikon mukaan kissan kvanttitila on sitouduttava atomin tilaan, mikä tarkoittaa, että ne ovat "ei-paikallisessa yhteydessä" toisiinsa. Eli jos yhden takertuneen esineen tila muuttuu yhtäkkiä vastakkaiseksi, niin sen parin tila muuttuu täsmälleen samalla tavalla riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan he ovat. Hobson viittaa tässä tehdessään tämän kvantiteorian kokeelliseen vahvistukseen.
”Mielenkiintoisin kvanttien takertumisen teoriassa on, että muutos molempien hiukkasten tilassa tapahtuu heti: millään valolla tai sähkömagneettisella signaalilla ei olisi aikaa siirtää tietoa järjestelmästä toiseen. Voimme siis sanoa, että tämä on yksi esine, joka on jaettu kahteen osaan avaruudesta riippumatta siitä, kuinka suuri etäisyys niiden välillä on”, Hobson selittää.
Schrödingerin kissa ei ole enää elossa ja kuollut samanaikaisesti. Hän on kuollut, jos rappeutuminen tapahtuu, ja elossa, jos rappeutumista ei koskaan tapahdu.
Lisäämme, että samanlaisen vaihtoehdon tämän paradoksin ratkaisemiseksi ehdottivat vielä kolme tutkijaryhmää viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana, mutta niitä ei otettu vakavasti ja niitä ei huomioitu laajoissa tiedepiirissä. Hobson toteaa, että jopa teoreettisten kvanttimekaniikan paradoksien ratkaiseminen on ehdottoman välttämätöntä sen syvälle ymmärtämiselle.
Voit lukea lisää fyysikon työstä artikkelissaan, joka julkaistiin Physical Review A -lehdessä.
Schrödingerin.
Mutta viime aikoina TEORTIIKKA selitti, kuinka painovoima tappaa SCHRODINGERIN KISSAN, mutta tämä on jo vaikeampaa …
Fyysikot selittävät pääsääntöisesti ilmiön, jonka mukaan superpositiointi on mahdollista hiukkasten maailmassa, mutta ei mahdollinen kissojen tai muiden makro-esineiden kanssa, ympäristön häiritseminen. Kun kvanttiobjekti kulkee kentän läpi tai on vuorovaikutuksessa satunnaisten hiukkasten kanssa, se ottaa heti vain yhden tilan - ikään kuin se olisi mitattu. Näin superpositio tuhoutuu, kuten tutkijat uskoivat.
Mutta vaikka jollain tavalla on mahdollista eristää makro-esine superpositiotilassa vuorovaikutuksesta muiden hiukkasten ja kenttien kanssa, niin ennemmin tai myöhemmin se silti omaksuu yhden tilan. Ainakin tämä pätee maan pinnalla tapahtuviin prosesseihin.
”Jossain tähtienvälisessä avaruudessa kissalla ehkä olisi mahdollisuus ylläpitää kvantti koherenssia, mutta maapallolla tai minkä tahansa planeetan lähellä tämä on erittäin epätodennäköistä. Ja syy siihen on vakavuus”, selittää uuden tutkimuksen pääkirjailija, Igor Pikovski Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksesta.
Pikovsky ja hänen kollegansa Wienin yliopistossa väittävät, että painovoimalla on tuhoisa vaikutus makroobjektien kvantti superpositioihin, joten emme havaitse tällaisia ilmiöitä makrokosmosessa. Uuden hypoteesin perusajatus on muuten yhteenveto Interstellar-elokuvassa.
Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria väittää, että erittäin massiivinen esine taipuu avaruusaikaan lähellä sitä. Kun tarkastellaan tilannetta hienommalla tasolla, voidaan sanoa, että lähelle maapallon pintaa sijoitetulle molekyylille aika kuluu jonkin verran hitaammin kuin planeettamme kiertoradalla olevalla.
Painovoiman vaikutuksesta avaruus-aikaan johtuen tämän vaikutuksen alaisena joutunut molekyyli kokee sijoituksessaan taipuman. Ja tämän puolestaan pitäisi vaikuttaa sen sisäiseen energiaan - molekyylin hiukkasten värähtelyihin, jotka muuttuvat ajan myötä. Jos molekyyli johdettaisiin kahden paikan kvanttiseen superpositiotilaan, niin aseman ja sisäisen energian välinen suhde pakottaisi molekyylin "valitsemaan" vain yhden avaruuden kahdesta sijainnista.
"Useimmissa tapauksissa dekoorenssin ilmiö liittyy ulkoiseen vaikutukseen, mutta tässä tapauksessa hiukkasten sisäinen tärinä on vuorovaikutuksessa itse molekyylin liikkeen kanssa", Pikovsky selittää.
Tätä vaikutusta ei ole vielä havaittu, koska muut dekoorenssilähteet, kuten magneettikentät, lämmön säteily ja värähtelyt, ovat yleensä paljon vahvempia ja aiheuttavat kvanttijärjestelmien tuhoutumisen kauan ennen painovoiman vaikutusta. Mutta kokeilijat yrittävät testata esitetyn hypoteesin.
Wienin yliopiston kokeellinen fyysikko Markus Arndt suorittaa kokeita kvantin superpositiikan havaitsemiseksi makroskooppisissa kohteissa. Se lähettää pienet molekyylit interferometriin, antaen hiukkasille "valinnan", mikä tie kulkee. Klassisen mekaniikan näkökulmasta molekyyli voi mennä vain yhteen suuntaan, mutta kvantimolekyyli voi mennä kahdella tavalla kerrallaan, häiritsemällä itseään ja luomalla ominaisen aaltoilevan kuvion.
Samanlaista järjestelyä voidaan käyttää myös testaamaan painovoiman kyky tuhota kvanttijärjestelmiä. Tätä varten on vertailtava pystysuoria ja vaakasuuntaisia interferometrejä: ensimmäisessä superpositio katoaa pian ajan laajenemisesta johtuen polun eri "korkeuksilla", kun taas toisessa kvantti superpositio voidaan säilyttää.