Физика

Кот Шредингера: любимый, но непонятый питомец квантовой механики

Кот Шредингера

Мысленный эксперимент, известный как кот Шредингера, является одним из самых известных и непонятных понятий в квантовой механике. Глубоко размышляя над ним, исследователи пришли к захватывающим размышлениям о природе физической реальности.

Суть эксперимента с котом Шредингера простыми словами

Австрийский физик Эрвин Шрёдингер, который помог основать дисциплину квантовой механики, впервые задумал свою головоломку в 1935 году как комментарий к проблемам, изначально поставленным Альбертом Эйнштейном, согласно статье в журнале “Quanta”.

Развивая новое понимание субатомной области, большинство коллег Эйнштейна и Шрёдингера поняли, что квантовые объекты демонстрируют чрезвычайно странное поведение. Датский физик Нильс Бор отстаивал мнение, что частицы, как электроны, не имеют четко определенных свойств, пока они не будут измерены. До этого, частицы существовали в так называемой суперпозиции состояний, с, например, 50% вероятностью были ориентированными “вверх” и 50% вероятностью “вниз”.

Эйнштейну, в частности, не понравилось это объяснение. Он хотел знать, как именно вселенная узнает, что кто-то ее измеряет. Шрёдингер подчеркнул этот абсурд с его пресловутой концептуальной кошкой.

“Предположим, кто-то построил странный объект”, писал Шредингер в 1935 году в документе под названием “Текущая ситуация в квантовой механике”. Аппарат состоит из коробки с герметичным флаконом цианида, над которым подвешен молоток, прикрепленный к счетчику Гейгера и направленный на небольшой кусок слегка радиоактивного урана. Внутри коробки также находится котёнок (это мыслительный эксперимент, который на самом деле никогда не проводился).

Коробка запечатана, и эксперимент проводится некоторое время, возможно час. За это время у урана, частицы которого подчиняются законам квантовой механики, есть некоторый шанс испустить излучение, которое затем будет подхвачено счетчиком Гейгера, который, в свою очередь, выпустит молоток и разобьет флакон, убив кошку цианидом.

По словам таких людей, как Бор, до тех пор, пока коробка не будет открыта и состояние кошки не будет «измерено», она будет оставаться в суперпозиции как живых, так и умерших. Эйнштейн и Шрёдингер наткнулись на такую возможность, которая не согласуется со всем, что говорит нам наш обычный опыт – кошка либо жива, либо мертва, и не может быть в обоих состояниях одновременно.

“В квантовой физике не хватало важного компонента,  объясняющего, как она встроена в мир”, – написал научный журналист Адам Беккер в своей книге “Что такое реальность?”. “Как феноменальное количество атомов, управляемое квантовой физикой, порождает мир, который мы видим вокруг себя?”.

Реален ли кот Шреденгера?

Эксперимент вскрыл странности в интерпретации реальности Бора: отсутствие четкой разделительной линии между квантовым и повседневным мирами. В то время как большинство людей думают, что это является примером в поддержку частиц, не обладающих четко определенными свойствами, пока они не будут измерены, первоначальное намерение Шредингера было точной противоположностью – показать, что такая идея была бессмысленной. Тем не менее, в течение многих десятилетий физики в значительной степени игнорировали эту проблему.

Но начиная с 1970-х годов исследователи смогли показать, что квантовые частицы могут быть созданы в состояниях, которые всегда соответствуют друг другу – так что если одна из них покажет “восходящую” ориентацию, то другая – “нисходящую” – явление, которое Шредингер назвал квантовой запутанностью. Работа была использована для подкрепления развивающейся области квантовых вычислений, которая обещает производить вычислительные машины, намного более быстрые, чем используются в настоящее время.

В 2010 году физикам также удалось создать реальную версию кота Шрёдингера, хотя и таким образом, чтобы она не была связана с фелицидом (так же известным как убийство котенка). Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили резонатор, по сути, миниатюрный камертон, размером с пиксел на экране компьютера. Они поместили его в суперпозицию, в которой он был одновременно и колеблющимся, и не колеблющимся, показывая, что относительно крупные объекты могут занимать причудливые квантовые состояния.

В следующих экспериментах поместили группы до 2000 атомов одновременно в два разных места, еще больше размывая разделительную линию между микроскопическим и макроскопическим. В 2019 году исследователям Университета Глазго даже удалось сфотографировать спутанные фотоны с помощью специальной камеры, которая снимала каждый раз, когда фотон появлялся со своим спутанным партнером.

В то время как физики и философы еще не пришли к единому мнению о том, как думать о квантовом мире, прозорливость Шредингера дала множество плодотворных направлений исследований и, скорее всего, продолжит их в обозримом будущем.

Подпишитесь на уведомления о новых статьях через форму ниже

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

4 × 3 =