Ето как работи котката на Schrodinger

Ервин Шрьодингер беше една от ключовите фигури през квантова физика, дори преди известния му „Котка на Schrodinger"мисловен експеримент. Той беше създал функцията на квантовата вълна, която сега беше определящото уравнение на движението във Вселената, но проблемът е, че тя изразява цялото движение под формата на серия от вероятности - нещо, което директно нарушава това, как повечето учени от деня (и вероятно дори днес) обичат да вярват за това как физическата реалност оперира.

Самият Шрьодингер беше един такъв учен и той излезе с концепцията за котката на Шродингер, за да илюстрира проблемите с квантовата физика. Нека да разгледаме въпросите и да видим как Шродингер се стреми да ги илюстрира чрез аналогия.

Квантовата вълнова функция представя всички физични величини като поредица от квантови състояния, заедно с вероятност една система да бъде в дадено състояние. Помислете за един радиоактивен атом с период на полуразпад от един час.

Според функцията на квантовата физика на вълната след един час радиоактивният атом ще бъде в състояние, в което той е разложен и не разпад. След като се направи измерване на атома, вълновата функция ще се срине в едно състояние, но дотогава тя ще остане като суперпозиция на двете квантови състояния.

Това е ключов аспект на интерпретацията на квантовата физика от Копенхаген - не само ученият не знае в кое състояние се намира, но по-скоро физическата реалност не е определена, докато актът на измерване не предприеме място. По някакъв неизвестен начин самият акт на наблюдение е това, което втвърдява ситуацията в едно или друго състояние. Докато това наблюдение не се осъществи, физическата реалност се разделя между всички възможности.

Schrodinger разшири това, като предложи хипотетична котка да бъде поставена в хипотетична кутия. В кутията с котката щяхме да поставим флакон с отровен газ, който веднага би убил котката. Флаконът е свързан към апарат, който е свързан към брояча на Geiger, устройство, използвано за откриване на радиация. Гореспоменатият радиоактивен атом се поставя близо до брояча на Гейгер и се оставя там точно за един час.

Ако атомът се разпадне, тогава броячът на Гайгер ще открие радиацията, ще счупи флакона и ще убие котката. Ако атомът не се разпадне, тогава флаконът ще бъде непокътнат и котката ще бъде жива.

След едночасовия период атомът е в състояние, в което той е както разложен, така и не разложен. Въпреки това, имайки предвид как сме конструирали ситуацията, това означава, че флаконът е едновременно счупен и не счупен и в крайна сметка според копенхагенската интерпретация на квантовата физика котката е и мъртва, и жива.

Стивън Хоукинг се прочува като цитира: „Когато чуя за котката на Шрьодингер, посягам към пистолета си“. Това представлява мисли на много физици, защото има няколко аспекта за мисловния експеримент, които извеждат въпроси. Най-големият проблем с аналогията е, че квантовата физика обикновено работи само в микроскопичен мащаб на атоми и субатомни частици, а не в макроскопичната скала на котки и флакони с отрова.

Копенхагенската интерпретация гласи, че актът за измерване на нещо кара квантовата вълнова функция да се срине. В тази аналогия наистина актът на измерване се осъществява от брояча на Geiger. Има редица взаимодействия по веригата от събития - невъзможно е да се изолира котката или отделните части на системата, така че тя да е наистина квантово механична по своята същност.

По времето, когато самата котка влезе в уравнението, измерването вече е направено... хиляди пъти са направени измервания - от атомите на брояча на Гейгер, апарата за разбиване на флаконите, флакона, отровния газ и самата котка. Дори атомите на кутията правят "измервания", когато вземете предвид, че ако котката падне мъртва, тя ще влезе в контакт с различни атоми, отколкото ако тревожно върви около кутията.

Независимо дали ученият отваря кутията или не, няма значение, котката е жива или мъртва, а не суперпозиция на двете състояния.

И все пак в някои строги възгледи на интерпретацията от Копенхаген всъщност се изисква наблюдение от съзнателно образувание. Тази строга форма на тълкуване обикновено е мнението на малцинството сред физиците днес, въпреки че има остава някакъв интригуващ аргумент, че сривът на квантовите вълнови функции може да бъде свързан съзнание. (За по-задълбочено обсъждане на ролята на съзнанието в квантовата физика, предлагам Квантова енигма: физиката среща съзнанието от Брус Розенблум и Фред Кутнер.)

Друга интерпретация е тази Интерпретация на много светове (MWI) на квантовата физика, което предполага, че ситуацията всъщност се разклонява в много светове. В някои от тези светове котката ще бъде мъртва при отваряне на кутията, в други котката ще бъде жива. Макар и очарователен за обществеността и със сигурност за авторите на научна фантастика, „Много светове“ Тълкуването също е миноритарно мнение сред физиците, въпреки че няма конкретни доказателства за или срещу него.

Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р