• РЕГИСТРАЦИЯ

Почему большинство людей неправильно поняли мысленный эксперимент «Кот Шрёдингера»

14 1978

Квантовая механика – любимый инструмент всех голливудских сценаристов, который они используют, чтобы объяснить то, что они чувствуют в тот или иной момент, и неважно, связано ли событие или то, что они говорят, с реальностью. Квантовая механика – настолько запутанная отрасль науки, что даже такие выдающиеся физики-теоретики, как Ричард Фейнман, говорили (вероятно, в шутку), что никто её не понимал. И всё же, многие будут приводить примеры, чтобы объяснить это, и, пожалуй, самый популярный из них – это «Кот Шрёдингера». Но не все люди правильно понимают его.

Для непосвящённых, в упрощённой форме квантовая механика – это наука обо всём в уменьшенном масштабе, включая элементарные частицы, составляющие атом. Квантовая механика в значительной степени является вероятностной, учитывая, что вещи, которые кажутся простыми в классической физике – например, положение и импульс макроскопических объектов – невозможны в масштабах атома. Таким образом, квантовая механика имеет дело с суперпозиционными состояниями, когда частица может находиться в более чем одном состоянии одновременно, прежде чем она будет вынуждена разрушиться при наблюдении.

Это трудно понять. Было опубликовано множество решений, объясняющих отсутствие детерминированной природы этих очень маленьких частиц, однако никто не смог выдвинуть теорию, которая стала бы общепринятой. Многие физики довольствуются тем, что имеют дело с вероятностной путаницей, поскольку это работало до сих пор. Альберт Эйнштейн, однако, не относился к их числу. В 1935 году он вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном опубликовал статью под названием «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?». Они утверждали, что квантовая физика не была полной из-за парадоксов, которые она могла породить без контекста. В качестве примера они привели проблему квантовой запутанности – феномена, при котором состояние одной частицы может влиять на состояние другой, даже если они разделены, при этом расстояние не имеет значения, а влияние является мгновенным. Согласно Эйнштейну, это означало бы, что информация движется с бесконечной скоростью, нарушая одну из самых фундаментальных констант физики – скорость света. В 1964 году Джон Стюарт Белл предложил решение этого парадокса, и последующие эксперименты подтвердили его выводы. Но был ещё один физик, которого не устраивала которые квантовая неопределённость: его звали Эрвином Шрёдингером.

Эрвин Шрёдингер родился в Австрии в 1887 году; он был не только успешным физиком, но и внёс значительный вклад в квантовую механику. Среди его заслуг – уравнение Шрёдингера, которое используется для описания волновой функции системы. Оно принесло ему Нобелевскую премию по физике, которую он разделил с Полом Адриеном Морисом Дираком. Учитывая, что его карьера была посвящена квантовой механике, вы можете задаться вопросом: как он мог так скептически относиться к квантово-механическому описанию природы?

Чтобы ответить на данный вопрос, необходимо погрузиться в разговоры, которые вели Шрёдингер и Эйнштейн на протяжении многих лет. Поскольку они оба скептически относились к квантовой неопределённости, они обменивались письмами на эту тему, и в одном из этих писем Шрёдингер привёл пример, который достаточно известен всем на данный момент.

Представьте себе кота внутри стального ящика, где также находится счётчик Гейгера (прибор для измерения радиации), который следит за высвобождением небольшого количества радиоактивного вещества. Вероятность того, что один из атомов распадётся в течение следующего часа, составляет 50%. Если один из атомов распадётся, это счётчик Гейгера обнаружит это и заставит устройство выделить цианистый водород.

Учитывая неопределённую природу квантовой механики до тех пор, пока её не измерили или не наблюдали, система не смогла впасть в одно из двух состояний (атом распадается или не распадается), поэтому кот мёртв и жив одновременно, поскольку его здоровье зависит от упомянутого атома. Фактор, который заставит атом, а затем и кота перейти в одно из двух возможных состояний – это физик (надеемся, не владелец кошки), который откроет ящик, чтобы увидеть, что произошло, через час после начала эксперимента.

Видите ли, проблем квантовой механики заключалась в том, что никто не знал, где заканчиваются её вероятностные эффекты. Почему жизнь или смерть кота зависит от нашего наблюдения? Почему система зависит от того, наблюдаем мы за ней или нет? Разве кот не наблюдает за ядом? Кто наблюдает за физиком, заглядывающим внутрь ящика? Каковы вероятностные эффекты? Если есть предел, насколько он велик? Как система, которая была независимой до нашего наблюдения, может измениться, когда мы решим понаблюдать за ней? Это трудно объяснить, потому что в относительных макроскопических терминах повседневные объекты не находятся в каких-либо состояниях, пока наблюдатель не взаимодействует с ними. Таким образом, кажется нелогичным, что, пока мы не открыли ящик, кот мёртв и жив одновременно, а как только мы решили проверить его состояние, то есть стали наблюдателями, он стал мёртвым задним числом. Это означало прямую критику Копенгагенской интерпретации.

Эйнштейн не мог не согласиться с выводами, которые создавал этот сценарий. При усилении его эффектов становится трудно определить, что является детерминированным, а что – вероятностным. Об этом говорится в письме, отправленном Шрёдингеру в 1950 году:

«Эта интерпретация (что квантовая механика является полным описанием реальности), однако, наиболее изящно опровергается вашей системой радиоактивного атома + счётчика Гейгера + усилителя + заряда пороха + кота в ящике, в которой пси-функция системы держит кота как живым, так и разорванным на куски. Может ли состояние кота создаваться только тогда, когда физик исследует ситуацию в определённое время? Никто на самом деле не сомневается, что наличие или отсутствие кота – это нечто независимое от акта наблюдения. Но тогда описание с помощью пси-функции, безусловно, является неполным…».

Надо сказать, что именно Эйнштейн заменил порох цианистым калием в качестве средства гипотетической жестокости к животным.

Естественно, «Кот Шрёдингера» либо неправильно цитировали, либо временами искажали, чтобы доказать то, что не имело никакого отношения к физике. Самое простое заблуждение, связанное с данным мысленным экспериментом, состоит в том, что Шрёдингер серьёзно относился к нему и что «его можно было выполнить». Конечно же, он не воспринимал эту концепцию всерьёз, а скорее высмеивал варианты, которые подразумевала квантовая неопределённость.

Следующее заблуждение популярно среди философов и людей, которые хотят придать мистический характер этому мысленному эксперименту. Они рассматривают «наблюдателя» как фактического «очевидца», так сказать; сознательную сущность или личность. Обычно это приводит к объединению сознания и квантовой механики, чтобы придать мистическим философиям некоторую достоверность. Одной из известных теорий является Интерпретация фон Неймана-Вигнера, которая утверждает, что сознание необходимо для коллапса волновой функции. Однако следует отметить, что Шрёдингер, вероятно, имел в виду, что наблюдатель может быть или не быть сознательным наблюдателем. Это может быть то, что просто производит измерения или взаимодействует с системой. Таким образом, речь не обязательно шла о сознательных существах или даже о том, что сознательный наблюдатель не был необходим. Физики склонны преуменьшать роль сознательного наблюдателя в модели, поскольку вселенная не заботится о вашей интерпретации.

Самая упрощённая интерпретация состояла в том, что Шрёдингер высмеивал или полностью отвергал квантовую механику. Но зная, что он вывел известные формулы и что квантовая механика работает, это далеко не так. Он просто утверждал, что рано интерпретировать квантовую механику как полноценную теорию, основанную на вероятности, поскольку мы не до конца понимаем, как работают реальные механизмы, стоящие за ней.

Как отметил научный автор Филип Болл, Эрвин Шрёдингре не имел в виду, что квантовая физика неприменима к повседневным макроскопическим объектам. Мы знаем об этом, однако используем данный пример как абсурдный, преувеличенный способ показать, что расширение списка того, что можно считать «квантовыми объектами», может привести к парадоксам, которые легко решить.

Конечно, это не препятствует попыткам. К примеру, у нас есть интерпретация, которая гласит, что в роли наблюдатели может выступить всё, что угодно, причём в каждом случае верна своя версия: если кота отравят, он станет свидетелем разрушения системы, но поскольку физик ещё не заглянул в ящик, то система находится для него в суперпозиции, пока он не получит больше информации о ней.

Также существует Многомировая интерпретация Хью Эверетта, которая гласит, что любое измерение, которое заставляет систему впасть в одно из двух суперпозиционных состояний, расколет реальность надвое; обе будут одинаково реальны, но не смогут взаимодействовать друг с другом. Это означает, что коллапса никогда не было: если вы открываете коробку и кот всё ещё жив, то он всегда был таким… в вашей реальности, но есть и другая вселенная, где вас арестовывают по обвинению в жестоком обращении с животными.

Что же касается Нильса Бора, главного антагониста Альберта Эйнштейна, то он вовсе не считал это загадкой. Он не думал, что наблюдатель непосредственно вызвал коллапс, он просто измерил его. По его мнению, первым наблюдателем был счётчик Гейгера. Можно сказать, что для Бора всё, что находилось за пределами ящика, не имело значения для результата.

Было предложено ещё много решений этого парадокса, показывающих, насколько трудно его решить. Ни один из них не дал удовлетворительных выводов. Вероятно, именно поэтому Эрвин Шрёдингер не любил обсуждать вероятность в квантовой механике. Однажды он заявил: «Я не сторонник теории вероятностей, я возненавидел её с того самого момента, когда наш дорогой друг Макс Борн создал её. Было видно, как она всё упрощала, скрывая истинные проблемы».

- Источник

    Взрывы в торговых центрах и отделениях банков: пенсионеры под давлением украинских мошенников осуществили серию мини-диверсий в Москве и Санкт-Петербурге

    Актуальность вопроса о работе украинских мошенников, которые заставляют россиян совершать диверсионные акты, сегодня получила очередное подтверждение. В Москве и Санкт-Петербурге прогремели нескол...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Марина 25 октября 2021 г. 20:02

      10 ужасных токсинов, которые на самом деле приносят пользу людям

      Растения и животные во всем мире на протяжении эволюционного развития вырабатывали токсины и яды, которые обеспечивают их безопасность. Растения, которые не желают быть съеденными, производят яды, отпугивающие животных. И представители фауны кусают, плюются или источают ядовитые химические вещества, которые либо защищают их от хищников, либо делают их более эффективны...
      704
      Марина 21 октября 2021 г. 20:34

      10 странных побочных эффектов от лекарств

      Современная медицина близка к чуду. Число жизней, спасаемых каждый год благодаря тому, что мы имеем, начиная от пенициллина и инсулина и заканчивая лечением рака, ошеломляет. Но за это приходится платить цену, причём не наличными. У многих лекарств имеются побочные эффекты, и некоторые из них довольно странные…10. Гангрена Фурнье «Джардинс» был одобрен д...
      2253
      Марина 21 октября 2021 г. 17:25

      Лучшая жизнь как система

      Природа не случайна и не спонтанна.Это серия систем, функционирующих в определённом порядке в соответствии с конкретными научными законами. Всё в природе следует той или иной модели.Циклы дождя, снега и солнечного света – это системы. Жизненный цикл человека – это ряд систем, которые слаженно функционируют, чтобы поддерживать жизнь в теле (дыхание, пище...
      1153
      Марина 21 октября 2021 г. 14:05

      16 удивительных фотографий

      1. Первое изображение другой солнечной системыЭто снимок среды, которая очень похожа на нашу Солнечную систему, но претерпевает гораздо более раннюю стадию эволюции. Она находится на расстоянии около 300 световых лет и известна как TYC 8998-760-1. 2. Этот мужчина употреблял коллоидное серебро на протяжении 20 лет и посинел. 3. Черновой вари...
      963
      Марина 21 октября 2021 г. 11:01

      Случайный герой

      Форт Макмюррей – небольшой город в северо-восточной части канадской провинции Альберта. Сегодня в нём проживает около 65 000 человек, но в мае 2016 года там практически никого не было. Первого мая того же года в лесах, прилегающих к городу, вспыхнул пожар; сухая, жаркая погода, которая стояла в то время, не позволяла держать огонь под контролем. Поначал...
      919
      Марина 20 октября 2021 г. 20:03

      15 случайных фактов

      1. Голос Siri в Великобритании, Джон Бриггс, не знал, что он был голосом Siri до тех пор, пока не услышал собственный голос в рекламе iPhone 4S.2. Самки комодских варанов могут рожать в результате непорочного зачатия, однако детёныши не являются генетическими клонами матери.3. Муравьи-герои живут на скалах (и в других высоких местах) и нападают на любог...
      1458
      Марина 20 октября 2021 г. 17:27

      Как быть мудрым

      Что значит быть мудрым? Это не имеет никакого отношения к IQ или диплому человека. Мудрый человек – это тот, кто руководствуется здравым смыслом.Звучит парадоксально, не так ли? В конце концов, здравый смысл – это здравый смысл. Речь идёт о мудрости, озарениях и уроках, которые все знают. Но проблема в том, что не все применяют то, что знают.На самом де...
      837
      Марина 20 октября 2021 г. 14:21

      Девять вкусных фактов об устрицах

      Одни люди считают устрицы слишком солёными на вкус. Для других это деликатес. Устрицы либо любят, либо ненавидят, но, как бы там ни было, они также обладают удивительными экологическими свойствами, а их раковины используют различными необычными способами. Далее вы узнаете девять невероятных фактов об этих двустворчатых моллюсках.1. Устрицы существуют с ...
      697
      Марина 20 октября 2021 г. 11:04

      5 оптических иллюзий, основанных на науке

      Наука раскрывает истинную природу вещей, и иногда это пугает или противоречит нашим убеждениям. Но в этом вся суть: мы должны преодолеть наши мелкие человеческие предубеждения и неуверенность, чтобы упиваться достижениями научной мысли. Позвольте нам ускорить этот процесс (и чуть-чуть замусорить ваш мозг), раскрывая пугающую, противоречащую интуиции природу некоторых ...
      2339
      Марина 19 октября 2021 г. 20:47

      25 странных фактов

      1. В Пентагоне 284 туалета.2. Древние египтяне оплакивали смерть кошек, сбривая брови.3. В фильме «Психо» Альфреда Хичкока кровью в сцене убийства в душе на самом деле был шоколадный сироп. 4. Пол детёнышей крокодила зависит от температуры в гнезде и того, насколько глубоко были зарыты яйца.5. Согласно психологами, обувь и ступни являются самыми распрос...
      2805
      Марина 19 октября 2021 г. 14:54

      Девять способов стать смелее

      Смелость – это качество, которым все восхищаются. Его прославляют во всех культурах мира. Это одна из четырёх «тактических добродетелей» мужественности. Она служит основой мужского совершенства. Как заметил Уинстон Черчилль: «Смелость по праву считается первым из человеческих качеств... потому что это качество гарантирует все остальные».И хотя мы часто ...
      742
      Марина 19 октября 2021 г. 11:39

      Четыре наиболее распространённых типа Интернет-угроз

      Знаете ли вы, что к концу этого года киберпреступность, как ожидается, обойдётся миру примерно в шесть триллионов долларов ущерба? Шесть триллионов долларов! Такая поразительная цифра способна навредить экономике в глобальном масштабе. Последствия кибератак очень серьёзны, независимо от того, проводятся ли они на индивидуальном уровне или затрагивают вс...
      423
      Марина 19 октября 2021 г. 11:38

      Детское перемирие

      Если вы воспитываете маленького ребёнка, есть большая вероятность, что вы посвящаете вечер рутинным вещам, которые нужно сделать перед сном. Ваша задача – покупать детей, заставить их почистить зубы, надеть пижамы и лечь спать. Их задача – потребовать что-нибудь вкусненькое, попросить вас прочесть ещё одну сказку, включить или выключить ночник, спеть ко...
      421
      Марина 18 октября 2021 г. 20:07

      Цветные цифры

      Синестезия – это неврологический феномен, при котором определённые сенсорные понятия тесно связаны друг с другом, казалось бы, случайным, но устойчивым образом. И хотя они уникальны для каждого человека и могут охватывать любой тип ощущений – от звука до прикосновения и эмоций, наиболее часто встречающийся тип – графемно-цветовая синестезия, или установ...
      519
      Марина 18 октября 2021 г. 17:05

      10 необъяснимых тайн мозга

      Человеческий мозг – один из самых сложных органов человеческого тела, а также самый малоизученный. И хотя за последние несколько лет мы существенно продвинулись в расшифровке его таинственных механизмов – благодаря беспрецедентным достижениям в таких областях, как нейробиология – мы ещё многого не знаем о нём.Начиная от сознания и заканчивая памятью и расстройствами, ...
      803
      Марина 18 октября 2021 г. 14:04

      Как произвести хорошее последнее впечатление

      Исследования показывают, что люди лучше всего помнят начало чего-то и конец. Воспоминания о середине обычно нечёткие и размытые.Как только вы сталкиваетесь с новым опытом, ваш мозг начинает сосредотачиваться на том, что происходит, и выносить быстрые суждения о людях, с которыми вы знакомитесь. Вы чётко помните последнюю часть опыта, поскольку она остаё...
      1460
      Марина 18 октября 2021 г. 11:30

      Поцелуй Камня Красноречия – давняя ирландская традиция

      Камень Красноречия мог бы быть обычным камнем, если бы не его таинственное происхождение и легенды, которые ходят вокруг него. Тысячи туристов ежегодно стекаются в ирландское графство Корк, чтобы поцеловать его. Говорят, что он был установлен в замке Бларни в 1446 году и наделяет тех, чьи губы прикоснутся к нему, даром красноречия. Но этот миф – только ...
      429
      Марина 17 октября 2021 г. 18:46

      Хорошие времена не за горами

      «Как только я завершу текущий рабочий проект…»«Как только мы немного освоимся…»«Как только я закончу планировать это мероприятие…»«Как только дети подрастут…»Как часто мы откладываем на потом личные побуждения и приглашения других людей отправиться в путешествие, сделать шаг или просто потусоваться?«Я слишком занят сейчас, – говорим мы себе. – Но через ...
      1053
      Марина 16 октября 2021 г. 19:21

      20 удивительных фотографий из истории

      Профессиональный бейсболист Тай Кобб во время игры в 1920 году Валлийские шахтёры после смены, 1912 год Пистолеты и ножи, связанные с убийством Линкольна и нанесением ножевых ранений майору Рэтбоуну, телохранителю президента, включая пулю, извлечённую из головы Линкольна. Сапог принадлежал Буту; он был в нём в день убийства. ...
      3985
      Марина 15 октября 2021 г. 20:53

      Вера в себя – первый шаг на пути к достижению чего-либо

      Без веры в себя мы никогда не сможем делать то, что хотим. Трудно быть счастливыми, строить карьеру, которая нам нравится, и оказывать влияние на других, если мы продолжаем сомневаться в себе.Без веры в себя мы будем идти по жизни с опущенной головой, пытаясь избежать неудач, критики и риска. Без веры в себя мы думаем, что мы недостаточно хороши. Мы стр...
      1520
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика