Кот Шредингера простыми словами. Суть эксперимента. Что означает парадокс «Кота Шрёдингера»?

Эксперимент с Котом Шредингера

Добро пожаловать на блог!

Если Вы заинтересовались статьёй по теме из квантовой физики, то велика вероятность того, что Вы любите сериал «Теория большого взрыва». Так вот, Шелдон Купер придумал свеженькую интерпретацию мысленного эксперимента Шрёдингера (видео с этим фрагментом Вы найдёте в конце статьи). Но чтобы понять диалог Шелдона с его соседкой Пенни, обратимся сначала к классической интерпретации. Итак, Кот Шредингера простыми словами.

В этой статье мы рассмотрим:

  • Короткая историческая справка
  • Описание эксперимента с Котом Шрёдингера
  • Разгадка парадокса Кота Шрёдингера  
  • Интерпретация Шелдона парадокса Кота Шрёдингера

Сразу хорошая новость. Во время эксперимента кот Шредингера не пострадал. Потому что физик Эрвин Шрёдингер, один из создателей квантовой механики, провёл только мысленный эксперимент.

Короткая историческая справка

Перед тем, как погрузиться в описание эксперимента, сделаем мини экскурс в историю.

В начале прошлого века учёным удалось заглянуть в микромир. Несмотря на внешнюю схожесть модели «атом-электрон» с моделью «Солнце-Земля», оказалось, что в микромире не работают привычные нам ньютоновские законы классической физики. Поэтому появилась новая наука –квантовая физика и ёё составляющая – квантовая механика. Квантами назвали все микроскопические объекты микромира.

Внимание! Один из постулатов квантовой механики – «суперпозиция». Он пригодится нам для понимания сути эксперимента Шрёдингера.

«Суперпозиция» – это способность кванта (им может быть электрон, фотон, ядро атома) находится не в одном, а в нескольких состояниях одновременно или находится в нескольких точках пространства одновременно, если никто за ним не наблюдает

Нам это сложно понять, потому что в нашем мире объект может иметь только одно состояние, например, быть, или живым, или мёртвым. И может находиться только в одном определённом месте в пространстве. О «суперпозиции» и ошеломляющих результатах экспериментов квантовой физики можете почитать в этой статье Квантовая физика для чайников.

Вот простая иллюстрация отличия поведения микро и макро объектов. Положите в одну из 2-х коробок шар. Т.к. шар – это объект нашего макро мира, Вы с уверенностью скажете: «Шар лежит только в одной из коробок, при этом во второй – пусто». Если же вместо шара возьмёте электрон, то верным будет высказывание, что он находится одновременно в 2-х коробках. Так работают законы микромира. Пример: электрон в реальности не вращается вокруг ядра атома, а находится во всех точках сферы вокруг ядра одновременно. В физике и химии, этот феномен имеет название «электронного облака».

Резюме. Мы поняли, что поведение очень маленького объекта и большого объекта подчиняются разным законам. Законам квантовой физики и Законам классической физики соответственно.

Но нет науки, которая описывала бы переход от макромира в микромир. Так вот, Эрвин Шрёдингер описал свой мысленный эксперимент  как раз для того, чтобы продемонстрировать неполноту общей теории физики. Он хотел, чтобы парадокс Шредингера показал, что есть наука для описания больших объектов (классическая физика) и наука для описания микрообъектов (квантовая физика). Но не хватает науки для описания перехода от квантовых систем к макросистемам.

Описание эксперимента с Котом Шредингера

Эрвин Шрёдингер описал мысленный эксперимент с котом в 1935 году. Оригинальная версия описания эксперимента представлена в Википедии (Кот Шредингера Википедия).

Вот версия описания эксперимента Кот Шредингера простыми словами:

  • В закрытый стальной ящик поместили кота.
  • В «ящике Шредингера» есть устройство с радиоактивным ядром и ядовитым газом, помещённым в ёмкость.
  • Ядро может распасться в течение 1 часа или нет. Вероятность распада – 50%.
  • Если ядро распадётся, то счётчик Гейгера зафиксирует это. Сработает реле и молоточек разобьёт ёмкость с газом. Котик Шрёдингера умрёт.
  • Если – нет, то шредингеровский кот будет жив.

Согласно закону «суперпозиции» квантовой механики в то время, когда мы не наблюдаем за системой, ядро атома (а следовательно, и кот) находится в 2-х состояниях одновременно. Ядро находится в состоянии распавшееся/нераспавшееся. А кот – в состоянии жив/мертв одновременно.

Но мы точно знаем, если «ящик Шредингера» открыть, то кот может быть только в одном из состояний:

  • если ядро не распалось – наш кот жив
  • если ядро распалось – котик мёртв

Парадокс эксперимента заключается в том, что согласно квантовой физике: до открытия коробки кот, и жив, и мёртв одновременно, но согласно законам физики нашего мира – это невозможно. Кот может быть в одном конкретном состоянии – быть живым или быть мёртвым. Нет смешанного состояния «кот жив/мёртв» одновременно.

Перед тем, как получить разгадку, посмотрите эту замечательную видео-иллюстрацию парадокса эксперимента с котом Шрёдингера (меньше 2-х минут):

Разгадка парадокса Кота Шрёдингера – копенгагенская интерпретация

Теперь разгадка. Обратите внимание на особую загадку квантовой механики – парадокс наблюдателя. Объект микромира (в нашем случае, ядро) находится в нескольких состояниях одновременно только пока мы не наблюдаем за системой.

Например, знаменитый эксперимент с 2-мя щелями и наблюдателем. Когда пучок электронов направляли на непрозрачную пластину с 2-мя вертикальными щелями, то на экране за пластиной электроны рисовали «волновую картину» — вертикальные чередующиеся тёмные и светлые полосы. Но когда экспериментаторы захотели «посмотреть», как электроны пролетают сквозь щели и установили со стороны экрана «наблюдателя», электроны нарисовали на экране не «волновую картину», а 2 вертикальные полосы. Т.е. вели себя, не как волны, а как частицы.

Похоже на то, что квантовые частицы сами решают, какое состояние им принять в момент, когда их «замеряют».

Исходя из этого, современное копенгагенское пояснение (интерпретация) феномена «Кота Шредингера» звучит так:

Пока никто не наблюдает за системой «кот-ядро», ядро находится в состоянии распавшееся/нераспавшееся одновременно. Но ошибочно утверждать, что и кот жив/мёртв одновременно. Почему? Да потому что в макросистемах квантовые явления не наблюдаются. Правильнее говорить не о системе «кот-ядро», а о системе «ядро-детектор (счётчик Гейгера)».

Ядро выбирает одно из состояний (распавшееся/нераспавшееся) в момент наблюдения (или измерения). Но этот выбор происходит не в тот момент, когда экспериментатор открывает ящик (открытие ящика происходит в макромире, очень далёком от мира ядра). Ядро выбирает своё состояние в момент, когда оно попадает в детектор. Дело в том, что в эксперименте система описана недостаточно.

Таким образом, копенгагенская интерпретация парадокса Кота Шредингера отрицает, что до момента открытия ящика Кот Шредингера был в состоянии суперпозиции –  находился в состоянии живого/мёртвого кота одновременно. Кот в макромире может находится и находится только в одном состоянии.

Резюме. Шредингер не совсем полно описал эксперимент. Не правильно (точнее, невозможно связывать) макроскопические и квантовые системы. В наших макросистемах не действуют квантовые законы. В данном эксперименте взаимодействуют не «кот-ядро», а «кот – детектор-ядро». Кот из макромира, а система «детектор-ядро» – из микромира. И только в своём квантовом мире ядро может находиться в 2-х состояниях одновременно. Это происходит до момента измерения или взаимодействия ядра с детектором. А кот в своём макромире может находиться и находится только в одном состоянии. Поэтому, это только на 1-й взгляд кажется, что состояние кота «жив-мёртв» определяется в момент открытия ящика. На самом деле его судьба определяется в момент взаимодействия детектора с ядром.

Окончательное резюме. Состояние системы «детектор-ядро — кот» связано НЕ с человеком – наблюдателем за ящиком, а с детектором – наблюдателем за ядром.

Фух. Чуть мозги не закипели! Но как приятно самой понять разгадку парадокса! Как в старом студенческом анекдоте про преподавателя: «Пока рассказывал, сам понял!».

Интерпретация Шелдона парадокса Кота Шрёдингера

Теперь можно расслабиться и послушать самую свежую интерпретацию мысленного эксперимента Шредингера от Шелдона. Суть его интерпретации в том, что ёё можно применять в отношениях между людьми. Чтобы понять, хорошие отношения между мужчиной и женщиной или плохие – нужно открыть ящик (пойти на свидание). А до этого они, и хорошие, и плохие одновременно.

Ну как Вам этот «милый эксперимент»? В наше время досталось бы Шрёдингеру от защитников животных за такие зверские мысленные эксперименты с котом. А может это был не кот, а Кошка Шредингера?! Бедная девочка, натерпелась от этого Шредингера (((

До встречи в следующих публикациях!

Желаю всем удачного дня и приятного вечера!

Алёна Краева

P.S. Если Вам понравилась информация и была понятной и полезной, не забудьте поделиться статьёй с друзьями.

P.S. Делитесь своими мыслями в комментариях. И задавайте вопросы.

P.S. Подписывайтесь на блог – форма подписки находится под статьёй. 

Оцените статью
SMARTБЛОГ
Добавить комментарий

  1. Аркадий

    а когда новые статьи?

    Ответить
    1. Алёна Краева автор

      Спасибо за комментарий. Обязательно продолжу цикл этих статей. Можете написать, какая тема Вас особенно интересует.

      Ответить
  2. Оксана

    Спасибо! Читать было интересно и познавательно. Сегодня прочитала все ваши статьи. Мне понравилось. Успехов вам!

    Ответить
    1. Алёна Краева автор

      Здорово, Оксана! Я очень рада, что Вам понравилась серия статей по квантовой физике!
      Спасибо за добрые слова. От всей души желаю Вам всего самого доброго, светлого в жизни! Такие комментарии очень вдохновляют!

      Ответить
  3. Булат

    Здравствуйте Алёна ! Я раскладываю на бобах , где с первого взгляда нет никакой закономерности Но есть оказывается ,что есть определённая математическая система этого расклада , такой древний прообраз цифровой технологии, без применения современных технических средств. Если с математической системой есть определённая закономерность , то как получается получить ответ на поставленный вопрос просто глядя на цифры. Вот тут как раз и начинает работать квантовая физика. Правильно поставленный вопрос даёт правильный ответ . Вопрос — ответ находятся вместе одновременно в любой точке. Главное точно расшифровать.

    Ответить
  4. Александр

    Шелдон действительно сравнил отношения с экспериментом про кота Шредингера, однако, это Пени предположила, что пока не пойдет на свидание — ничего не узнает. Шелдон же опроверг ее выводы.

    Ответить
  5. Владимир

    Добрый день. В начале статьи мы видим, что смысл мысленного эксперимента Шрёдингера заключается в том, чтобы показать, что «не хватает науки для описания перехода от квантовых систем к макросистемам». Согласно резюме «Шредингер не совсем полно описал эксперимент. Не правильно (точнее, невозможно связывать) макроскопические и квантовые системы». Но ведь очевидно, что эти системы как-то взаимодействуют, так как макромир состоит из микромира. Какой же можно сделать общий вывод? Парадокс оказался вовсе не парадокс, но при этом мы остались там где были «не хватает науки для описания перехода от квантовых систем к макросистемам» или все-таки хватает науки? Или не хватает описательного инструмента для того, чтобы показать «нехватку» науки.

    Ответить
  6. Яна

    Дело в том, что в мультфильме про электроны говорилось не о наблюдении, наличии наблюдателя, а о ВКЛЮЧЕННОМ СВЕТЕ во время эксперимента. Нужно быть внимательнее. Пересмотрите. Почувствуйте разницу: наблюдатель может отсутствовать и при включенном свете, а может присутствовать и при выключенном свете. Так что в самом фильме говорится одно, а интерпретациях и разъяснениях — другое. Вы уж определитесь. Если при включенном свете электрон ведет себя как волна, то лишь потому, что, и ежу понятно, на него действует поток включенного света, который сам состоит из частиц. В общем, намеренно морочат голову людям. Не глазами же они наблюдать там решили, что им понадобился включенный свет.

    Ответить
  7. anon7367

    Спасибо вам огромное за статьи, прочитал все! Это именно та информация, что я везде искал, вы — чудо)

    Ответить
    1. Алёна Краева автор

      Благодарю от всей души за добрые слова. Такие комментарии вдохновляют на новые статьи!

      Ответить
  8. Владимир

    Физики — большие затейники! Я далеко не физик. Но, в этом мысленном опыте, на мой взгляд, есть вариант, создающий неопределённость в конечном выводе. Это тот случай, когда вся система сработала, газ выпущен, кот должен быть мёртв, но при вскрытии ящика оказывается, что кота в ящике нет! Кот совершил квантовое перемещение в другую точку пространства (теоретическую возможность которого физики не отрицают). В таком случае, после открытия ящика, кот продолжает находиться, уже в макро мире, в двух состояниях одновременно: а) Живой(при перемещении до срабатывания системы); б) Мёртвый (при перемещении после отравления) до тех пор, пока его не обнаружат!

    Ответить
  9. Татьяна

    А сам кот наблюдателем не является?

    Ответить
    1. Алёна Краева автор

      Хороший вопрос!

      Ответить
    2. Кот Шрёдингера

      Разумеется является.
      Вот детальное рассмотрение «парадокса» кота Шрёдингера:
      https://www.proza.ru/2018/02/05/251
      С точки зрения кота — имеет место быть парадокс самого Шрёдингера и всего внешнего мира с ним связанного.

      Ответить
  10. Татьяна

    Ему наверное темно в коробке. Хотя кошки прекрасно видят в темноте!

    Ответить
  11. Александр

    Эксперимент, пустышка словоблудие подогнанное под ситуацию, так же как и одновременное нахождение кванта в нескольких местах. Ни кто ничего не знает и мутит воду, чтобы оправдать свое существование, возможно квант просто перемещается с такой огромной скоростью, что современные методы не улавливают эту скорость перемещения кванта в экспериментах и создается представление нахождения его в нескольких местах. Изучать конечно надо даже с нашими хилыми возможностями, но не впадать в бредни

    Ответить
Adblock
detector