Мысленный эксперимент, известный как кот Шредингера, является одним из самых известных и неправильно понятых понятий в квантовой механике. Глубоко задумавшись об этом, исследователи пришли к захватывающему пониманию физической реальности.
Кто придумал кота Шредингера?
Австрийский физик Эрвин Шредингер, который помог основать дисциплину квантовой механики, впервые задумал свою кошачью головоломку в 1935 году как комментарий к проблемам, изначально поставленным светилом Альбертом Эйнштейном, согласно статье в Quanta Magazine.
Развивая свое новое понимание субатомного царства, большинство коллег из Эйнштейна и Шредингера осознали, что квантовые сущности демонстрируют чрезвычайно странное поведение. Датский физик Нильс Бор отстаивал понимание того, что такие частицы, как электроны, не обладали четко определенными свойствами, пока они не были измерены. До этого частицы существовали в так называемой суперпозиции состояний с, например, 50% -ной вероятностью ориентации «вверх» и 50% -ной вероятностью ориентации «вниз».
Эйнштейну, в частности, не понравилось это нерешительное объяснение. Он хотел знать, как именно Вселенная знает, что кто-то что-то измеряет. Шредингер подчеркнул эту нелепость своей пресловутой концептуальной кошкой.
Предположим, что кто-то строит странную штуковину, написал Шредингер в статье 1935 года «Современная ситуация в квантовой механике». Аппарат состоит из коробки с запечатанным сосудом с цианидом, над которым подвешен молоток, прикрепленный к счетчику Гейгера, направленный на небольшой кусочек слабо радиоактивного урана. Внутри коробки также есть котенок (и помните, это мысленный эксперимент, который фактически никогда не проводился).
Коробка запечатана, и эксперимент оставляют для выполнения в течение определенного количества времени, возможно часа. В этот час уран, частицы которого подчиняются законам квантовой механики, имеет некоторый шанс испускать излучение, которое затем будет улавливаться счетчиком Гейгера, который, в свою очередь, выпустит молоток и разбьет пузырек, убив кошку. отравлением 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. Такие люди, как Эйнштейн и Шредингер, воздерживались от такой возможности, которая не соответствует всему, что говорит нам наш обычный опыт - кошки либо живы, либо мертвы, но не оба одновременно.
«Физике Уантума не хватало важного компонента, рассказа о том, как она соотносится с вещами в мире», - писал научный журналист Адам Беккер в своей книге «Что такое реально?» (Basic Books, 2018). «Как феноменальное количество атомов, управляемое квантовой физикой, порождает мир, который мы видим вокруг нас?»
Кот Шредингера настоящий?
Кошка Шредингера глубоко проникла в суть того, что было странным в интерпретации Бором реальности: отсутствие четкой разделительной линии между квантовой и повседневной сферами. В то время как большинство людей думают, что это является примером в поддержку частиц, у которых отсутствуют четко определенные свойства до тех пор, пока они не будут измерены, первоначальное намерение Шредингера было полной противоположностью - показать, что такая идея была бессмысленной. Тем не менее, в течение многих десятилетий физики в значительной степени игнорировали эту проблему, переходя к другим затруднениям.
Но начиная с 1970-х годов, исследователи смогли показать, что квантовые частицы могут быть созданы в состояниях, которые всегда соответствуют друг другу - поэтому, если одна показывает ориентацию «вверх», другая будет «вниз» - явление, которое Шредингер назвал запутыванием , Такая работа была использована для поддержки появляющейся области квантовых вычислений, которая обещает производить вычислительные машины, которые намного быстрее, чем современные технологии.
В 2010 году физикам также удалось создать реальную версию кошки Шредингера, хотя и без фелицида (иначе как убийство котенка). В Калифорнийском университете в Санта-Барбаре ученые создали резонатор, в основном крошечный камертон, размером с пиксель на экране компьютера. Они помещают его в суперпозицию, в которой он одновременно колеблется и не колеблется, показывая, что относительно большие объекты могут занимать причудливые квантовые состояния.
Более поздние эксперименты поместили группы до 2000 атомов в двух разных местах одновременно, еще больше размывая разделительную линию между микроскопическим и макроскопическим. В 2019 году исследователям из Университета Глазго даже удалось сфотографировать запутанные фотоны с помощью специальной камеры, которая делала снимки каждый раз, когда фотон обнаруживался с запутанным партнером.
В то время как физики и философы еще не пришли к единому мнению о том, как думать о квантовом мире, идеи Шредингера дали много плодотворных исследовательских возможностей и, вероятно, продолжат делать это в обозримом будущем.
