Однажды Эрвин Шредингер, австрийский физик, один из основателей квантовой механики, получивший в 1933 году Нобелевскую премию, предложил поставить мысленный эксперимент. Он придумал довольно схематичную ситуацию, развитие которой подтверждало его представление о неполноте квантовой механики при выполнении перехода от субатомных систем напрямую к макроскопическим. Чтобы можно было усвоить суть происходящего и понять, кот Шредингера - это что за аллегория такая, нужно попытаться последовательно создать в уме то, что может послужить объяснением некоторых спорных моментов, как в квантовой механике, так в философских рассуждениях.

Поэтапность эксперимента

Сам ученый описывает этот условный эксперимент следующим образом. В камере, рядом с адской машиной закрыт кот, который никоим образом не может на нее воздействовать. В установленном там счетчике Гейгера есть ничтожно мало радиоактивного вещества, у которого за час способен распасться всего лишь один атом. Однако с не меньшей вероятностью распада может не произойти. Если все-таки это случится, начнется следующая цепочка действий:

  • сразу же разрядится считывающая трубка;
  • затем сработает реле;
  • произойдет удар молота, от которого разобьется коробочка с цианистоводородной кислотой.

    Кот Шредингера - это что такое?

Если в течение часа не открывать камеру, можно с уверенностью заявить, что кот будет обязательно жив, но в том случае, если распад атома данного радиоактивного вещества не произошел. При распаде атома и срабатывании реле шанса выжить у кота нет. Используемая в квантовой механике пси-функция (иначе волновая или комплекснозначная) для описания чистого состояния выбранной системы будет отражать это в общем виде, перемешивая в себе кота в живом и мертвом состоянии в равных пропорциях. Шредингер утверждает, что для идентичных случаев будет вполне типично, что неопределенность, вначале ограниченная атомным миром, впоследствии будет преобразована в макроскопическую, а затем и вовсе устранена путем наблюдения. Все это не дает ни малейшей возможности обозначить подобную «модель размытия» как отражение реальной действительности. Он считает, что есть определенные различия между смазанной, нечеткой фотографией и хорошими снимками облаков или тумана.

Далее ученый, исходя из позиций квантовой механики относительно ядра, за которым не проводится наблюдение, поясняет, что его действительное состояние можно описать суперпозицией — смешением состояний распавшегося ядра и нераспавшегося. Поэтому кот, который находится в стальной камере, живой и мертвый одновременно. Но если все же прекратить всякие домыслы и решиться на то, чтобы открыть камеру и убедиться в очевидном, то наблюдатель сможет увидеть всего лишь одно состояние. Это можно выразить следующими фразами — «Ядро распалось, кот мертв» либо «Ядро не распалось, коту повезло, он выжил!».

Здесь рассматривается вопрос о том, что на каком-то этапе система не будет выражена как смешение двух состояний, а будет иметь всего лишь одно. Очень важно показать, что квантовой механике требуются определенные правила, с помощью которых можно определить, когда произойдет коллапс этой волновой функции, а также мгновенное изменение описания квантового состояния материального объекта, которое произойдет при его измерении. В таком случае кот уже определенно становится мертвым, но с такой же долей вероятности может остаться живым, но уже никогда не будет смешением и того, и другого.

Эти случаи характерны для описываемых состояний кота, они же будут справедливы и для атомного ядра. В данном случае кот рассматривается только как живой или мертвый, без промежуточных состояний, которые могли бы совместить в себе эти два понятия, ведь их попросту нет. Ядро тоже имеет всего лишь два, грубо говоря, аналогичных состояния, характеризующиеся как распавшееся или не распавшееся.

Поэтапность эксперимента

Комплексные системы, которые состоят из огромного количества атомов, а речь в данном случае может идти о многих миллиардах, обладают, практически, мгновенной декогеренцией — процессом нарушения связи, который может быть вызван взаимодействием данной системы с окружающей средой при помощи необратимого, если рассматривать с помощью термодинамики процесса. Статья была издана в 1935 году. Ее целью являлась дискуссия по вопросу о парадоксе Эйнштейна — Подольского — Розена. Эти работы выявили удивительные свойства «квантовой запутанности».

Нильс Бор и Вернер Гейзенберг о данном эксперименте

Так называемую Копенгагенскую интерпретацию создали в 1927 году два известных ученых во время работы в Копенгагене. В их случае система перестает быть смешанной в момент наблюдения. В это же мгновение она выбирает одно из состояний. Яркий и образный эксперимент на примере кота убедительно доказывает, что такая интерпретация недостаточно проработана не только относительно самого процесса наблюдения, но и дальнейших измерений. В макроскопических замкнутых системах не происходит никаких квантовых явлений, за исключением сверхтекучести и уже достаточно долго известной сверхпроводимости. А кот относится к макроскопическим объектам, и, в связи с этим, Копенгагенская интерпретация утверждает, что он и до открытия стальной камеры или коробки, как стали утверждать в дальнейшем, не может находиться в состоянии, описанном как смешение живого и мертвого.

Нильс Бор и Вернер Гейзенберг о данном эксперименте

Парадокс Вигнера

Американский физик и математик обнародовал свою, еще более усложненную версию этого поистине странного эксперимента. Кроме кота и наблюдателя, он указал еще категорию друзей. Он производит описание происходящего следующим образом. По прошествии указанного времени наблюдатель открывает камеру и видит перед собой живого кота. Для него состояние кота в тот момент означало «Ядро не распалось. Кот жив». И вот уже окружающим стало известно, что кот выжил в данной ситуации. Однако у экспериментатора есть друг, который не присутствует в лаборатории и не знает о результатах этого опыта. Он продолжает оставаться в неведении. Этот друг определит кота как живого, если только наблюдатель сможет сообщить ему об итоговом результате произошедшего эксперимента. Но даже в этом случае остаются еще друзья, которые по-прежнему не могут признать кота живым, так как могут это сделать лишь в том случае, если им расскажут об этом. Согласно утверждению этого парадокса, кота можно признать либо абсолютно живым, либо полностью мертвым, смотря каким будет финал проведенного опыта, лишь тогда, когда все люди в существующей Вселенной узнают об этом. А пока кот так и будет пребывать в двух состояниях, его будут считать живым и мертвым одновременно.

Заключение

Этот эксперимент имеет практическое применение. В основном, для контроля за передаваемой информацией по волоконно-оптическому кабелю. Если на определенном отрезке будет произведено несанкционированное подключение, то волновая функция, находящаяся в суперпозиции двух состояний, мгновенно перейдет в одно. То есть, согласно Копенгагенской интерпретации будет совершено наблюдение. По этому принципу можно сделать очень защищенные средства связи с абсолютным контролем за всей информацией. Таким образом, можно сказать, что кот Шредингера - это что-то не вполне укладывающееся в наше понимание материального мира, но уже имеющее практическое применение.

Читайте также:

Что такое часть света? Шесть частей земного шара

Аутоиммунные заболевания: что это такое, механизм самоуничтожения