Mnoho lidí slyšelo tento výraz, ale možná ne každý rozumí i jeho zjednodušenému významu. Zkusme to přijít bez složitých teorií a vzorců.
„Schrödingerova kočka“je jméno slavného myšlenkového experimentu slavného rakouského teoretického fyzika Erwina Schrödingera, který je také nositelem Nobelovy ceny. S touto smyšlenou zkušeností chtěl vědec ukázat neúplnost kvantové mechaniky při přechodu ze subatomických systémů na makroskopické systémy.
Původní článek Erwina Schrödingera vyšel v roce 1935. Zde je nabídka:
Můžete také konstruovat případy, ve kterých je dost burleska. Nechte některou kočku zamknout v ocelové komoře spolu s následujícím ďábelským strojem (který by měl být nezávislý na zásahu kočky): uvnitř Geigerova počítadla je malé množství radioaktivní látky, tak malé, že za hodinu se může rozkládat pouze jeden atom, ale se stejným pravděpodobnost se nemusí rozpadat; pokud k tomu dojde, je odečtena zkumavka a je spuštěno relé, čímž se uvolní kladivo, které rozbije kužel kyselinou kyanovodíkovou.
Pokud necháte celý tento systém na jednu hodinu pro sebe, pak můžeme říci, že kočka bude po této době naživu, dokud nedojde k rozpadu atomu. Úplně první rozpad atomu by kočku otrávil. Funkce psi systému jako celku to vyjádří smícháním nebo rozmazáním živého a mrtvé kočky (omlouvám se za výraz) ve stejných částech. V takových případech je typické, že nejistota zpočátku omezená na atomový svět je transformována do makroskopické nejistoty, kterou lze eliminovat přímým pozorováním. To nám brání v tom, abychom naivní model „rozostření“akceptovali jako odrážející realitu. To samo o sobě neznamená nic nejasného nebo protichůdného. Mezi rozmazanou nebo rozostřenou fotografií a fotografií mraků nebo mlhy je rozdíl.
Jinými slovy:
- K dispozici je krabice a kočka. Krabice obsahuje mechanismus obsahující radioaktivní atomové jádro a nádobu s jedovatým plynem. Parametry experimentu byly vybrány tak, aby pravděpodobnost jaderného rozpadu za 1 hodinu byla 50%. Pokud se jádro rozpadne, otevře se nádoba s plynem a kočka zemře. Pokud se jádro nerozpadne, kočka zůstává naživu a dobře.
- Zavřeme kočku v krabici, počkáme hodinu a zeptáme se sami sebe: je kočka živá nebo mrtvá?
- Kvantová mechanika, jak to bylo, nám říká, že atomové jádro (a tedy kočka) je ve všech možných stavech současně (viz kvantová superpozice). Než jsme otevřeli krabici, systém „jádra kočky“je ve stavu „jádro se rozpadlo, kočka je mrtvá“s pravděpodobností 50% a ve stavu „jádro se nerozpadlo, kočka je naživu“s pravděpodobností 50%. Ukazuje se, že kočka sedící v krabici je zároveň naživu i mrtvá.
- Podle moderní kodaňské interpretace je kočka naživu / mrtvá bez přechodných států. A volba stavu jaderného rozpadu nastává ne v okamžiku otevření krabice, ale také v okamžiku, kdy jádro vstoupí do detektoru. Protože snížení vlnové funkce systému „cat-detector-nucleus“není spojeno s lidským pozorovatelem schránky, ale je spojeno s detektorem-pozorovatelem jádra.
Propagační video:
Podle kvantové mechaniky, není-li pozorováno jádro atomu, je jeho stav popsán smícháním dvou stavů - rozpadlého jádra a nevyřešeného jádra, proto kočka sedící v krabici a personifikující jádro atomu je živá i mrtvá současně. Pokud je schránka otevřená, experimentátor vidí pouze jeden konkrétní stav - „jádro se rozpadlo, kočka je mrtvá“nebo „jádro se nerozpadlo, kočka je naživu“.
Podstata lidského jazyka: Schrödingerův experiment ukázal, že z pohledu kvantové mechaniky je kočka živá i mrtvá, což nemůže být. Kvantová mechanika má tedy významné nedostatky.
Otázka zní: kdy systém přestane existovat jako směs dvou států a vybere jeden konkrétní? Účelem experimentu je ukázat, že kvantová mechanika je neúplná bez některých pravidel, která naznačují, za jakých podmínek se funkce vlny zhroutí, a kočka buď zemře, nebo zůstává naživu, ale přestává být směsí obou. Protože je jasné, že kočka musí být nutně živá nebo mrtvá (mezi životem a smrtí není žádný stav), bude to pro atomové jádro stejné. Musí být buď dezintegrovaná, nebo nedisintegrovaná (Wikipedia).
Další nejnovější interpretací Schrödingerova myšlenkového experimentu je příběh Sheldona Coopera, hrdiny seriálu Teorie velkého třesku, který recitoval pro Pennyho méně vzdělaného souseda. Podstatou Sheldonova příběhu je, že koncept Schrödingerovy kočky lze použít ve vztazích mezi lidmi. Abychom pochopili, co se děje mezi mužem a ženou, jaký vztah mezi nimi: dobrý nebo špatný, stačí otevřít krabici. Předtím jsou vztahy dobré i špatné.
Níže je video tohoto dialogu Teorie velkého třesku mezi Sheldonem a Singingem.
Schrödingerova ilustrace je nejlepším příkladem pro popis hlavního paradoxu kvantové fyziky: podle jeho zákonů částice, jako jsou elektrony, fotony a dokonce atomy, existují ve dvou státech současně („živé“a „mrtvé“, pokud si vzpomínáte na trpící kočku). Tyto stavy se nazývají superpozice.
Americký fyzik Art Hobson z University of Arkansas (Arkansas State University) nabídl své paradoxní řešení.
„Měření v kvantové fyzice jsou založena na činnosti určitých makroskopických zařízení, jako je Geigerův čítač, který určuje kvantový stav mikroskopických systémů - atomů, fotonů a elektronů. Kvantová teorie znamená, že pokud připojíte mikroskopický systém (částici) k určitému makroskopickému zařízení, které rozlišuje mezi dvěma různými stavy systému, pak zařízení (například Geigerův počítač) přejde do stavu kvantového zapletení a současně se také ocitne ve dvou superpozicích. Není však možné tento jev pozorovat přímo, což ho činí nepřijatelným, “říká fyzik.
Hobson říká, že v Schrödingerově paradoxu hraje kočka roli makroskopického nástroje, Geigerova počítadla připojeného k radioaktivnímu jádru, aby určil stav rozkladu nebo „nerozpad“tohoto jádra. V tomto případě bude živá kočka indikátorem „nerozpadu“a mrtvá kočka je indikátorem rozpadu. Ale podle kvantové teorie musí kočka, stejně jako jádro, být ve dvou superpozicích života a smrti.
Místo toho, podle fyzika, kvantový stav kočky musí být zapleten se stavem atomu, což znamená, že jsou v „nelokálním spojení“mezi sebou. To znamená, že pokud se stav jednoho ze zamotaných objektů najednou změní na opačný, pak se stav jeho dvojice změní stejným způsobem, bez ohledu na to, jak daleko od sebe jsou. Hobson přitom odkazuje na experimentální potvrzení této kvantové teorie.
„Nejzajímavější věcí v teorii kvantového zapletení je to, že ke změně stavu obou částic dochází okamžitě: žádný světelný nebo elektromagnetický signál by neměl čas na přenos informací z jednoho systému do druhého. Můžeme tedy říci, že se jedná o jeden objekt rozdělený na dvě části podle prostoru, bez ohledu na to, jak velká je vzdálenost mezi nimi, “vysvětluje Hobson.
Schrödingerova kočka již není naživu a mrtvá zároveň. Je mrtvý, pokud dojde k úpadku, a naživu, pokud k úpadku nikdy nedojde.
Dodáváme, že podobné možnosti řešení tohoto paradoxu byly navrženy třemi dalšími skupinami vědců za posledních třicet let, ale nebyly brány vážně a zůstaly nepovšimnuty v širokých vědeckých kruzích. Hobson poznamenává, že řešení paradoxů kvantové mechaniky, i těch teoretických, je pro její hluboké porozumění naprosto nezbytné.
Více o práci fyzika si můžete přečíst v jeho článku, který byl publikován v časopise Physical Review A.
Schrödinger.
Teoretika však nedávno vysvětlila, jak GRAVITY KILLS SCHRODINGEROVU KOCOUR zabírá, ale to je už obtížnější …
Fyzikové zpravidla vysvětlují fenomén, že superpozice je možná ve světě částic, ale není to možné u koček nebo jiných makroobjektů, interference z prostředí. Když kvantový objekt prochází polem nebo interaguje s náhodnými částicemi, okamžitě předpokládá pouze jeden stav - jako by byl změřen. Takto je zničena superpozice, jak vědci věřili.
Ale i když nějakým způsobem bylo možné izolovat makro-objekt ve stavu superpozice od interakcí s jinými částicemi a poli, pak dříve či později by stále předpokládal jediný stav. Alespoň to platí pro procesy probíhající na povrchu Země.
"Někde v mezihvězdném prostoru by možná kočka měla šanci zachovat kvantovou koherenci, ale na Zemi nebo v blízkosti jakékoli planety je to velmi nepravděpodobné." A důvodem je gravitace, “vysvětluje hlavní autor nové studie Igor Pikovski z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku.
Pikovsky a jeho kolegové na vídeňské univerzitě tvrdí, že gravitace má destruktivní účinek na kvantové superposice makroobjektů, a proto tyto jevy v makrokosmu nesledujeme. Základní koncept nové hypotézy je mimochodem shrnut v celovečerním filmu Interstellar.
Einsteinova obecná teorie relativity říká, že extrémně masivní objekt bude ohýbat časoprostor blízko. Pokud vezmeme v úvahu situaci na jemnější úrovni, můžeme říci, že pro molekulu umístěnou blízko povrchu Země bude čas poněkud pomalejší než pro molekulu na oběžné dráze naší planety.
Kvůli vlivu gravitace na časoprostor, molekula, která se dostala pod tento vliv, zažije vychýlení ve své poloze. A to by zase mělo ovlivnit jeho vnitřní energii - vibrace částic v molekule, které se postupem času mění. Pokud by byla molekula zavedena do stavu kvantové superpozice dvou umístění, pak by vztah mezi pozicí a vnitřní energií brzy donutil molekulu „vybrat“pouze jednu ze dvou pozic ve vesmíru.
"Ve většině případů je fenomén decoherence spojen s vnějším vlivem, ale v tomto případě interní vibrace částic interagují s pohybem samotné molekuly," vysvětluje Pikovsky.
Tento účinek nebyl dosud pozorován, protože jiné zdroje dekorelace, jako jsou magnetická pole, tepelné záření a vibrace, jsou obvykle mnohem silnější a způsobují destrukci kvantových systémů dlouho před gravitací. Experti se však pokoušejí otestovat uvedenou hypotézu.
Markus Arndt, experimentální fyzik na vídeňské univerzitě, provádí experimenty k pozorování kvantové superpozice v makroskopických objektech. Posílá malé molekuly do interferometru a účinně dává částici „volbu“, kterou cestou se vydat. Z pohledu klasické mechaniky, molekula může jít jen jednou cestou, ale kvantová molekula může projít dvěma cestami najednou, zasahovat do sebe a vytvářet charakteristický vlnitý vzor.
Podobné nastavení lze také použít k testování schopnosti gravitace zničit kvantové systémy. K tomu je nutné porovnat vertikální a horizontální interferometry: v první by superpozice měla brzy zmizet kvůli časové dilataci v různých "výškách" cesty, zatímco ve druhé může kvantová superpozice přetrvávat.