Для большинства из нас, скажем, слова «квантовая теория» или «физика», и наши глаза сразу же разглаживаются, или наши мозги просто отталкиваются. Квантовая теория - поле исследования, в котором рассматриваются мельчайшие частицы, составляющие нашу вселенную: как они ведут себя и как их можно измерить. Это по-прежнему относительно новая область, начавшаяся только в начале 20-го века. Почему это нас интересует? Потому что, как все мы знаем, что кошки управляют Интернетом, как выясняется, кошки также управляют интеллектом.
Поскольку австрийский физик Эрвин Шредингер опубликовал свой мысленный эксперимент в 1935 году, кошка Шредингера стала одной из самых известных и центральных концепций в физике. Люди, которые не знают, что первое в математике или науке, вероятно, слышали о кошке Шредингера, как и эквивалентность массы-энергии Альберта Эйнштейна, E = mc 2.
Что такое кот Шредингера? На самом базовом и фундаментальном уровне он описывает следующий парадокс: в коробке есть полностью гипотетический кот; в любой момент, возможно ли, что кошка мертва и жива в одно и то же время?
Что такое жизнь? В мысленном эксперименте кошки никогда не пострадали. (Фото: Роберт Коус-Бейкер на Flickr)
Кошка Шредингера для кошачьих людей
Прежде чем погрузиться в настоящий мысленный эксперимент и попытайтесь сделать некоторую квантовую механику для манекенов - точнее, для широкой аудитории - попробуем объяснить так, как может относиться любой владелец кошки. Предположим, у вас есть очень озорная кошка, у которой есть репутация выбить вещи из кухонного прилавка. Вы слишком долго пробыли в постели и должны были выскочить из дома, чтобы работать. Как только вы попадете в офис, вам приходит в голову, что после того, как вы свалили стакан сока, вы оставили его прямо на краю счетчика. Ваш ум наполнен равными мерами паники и отставки.
Вы можете надеяться, что ваша кошка не ударит стакан с прилавка, но давайте посмотрим правде в глаза, это только вопрос времени, прежде чем судно поймает кошачий глаз, соблазняет эти игривые лапы и разбивается по всему кухонному полу. Вы думаете об этом и беспокоитесь об этом в течение дня. Иногда вы представляете себе, что стекло ускользнуло от внимания кошки; в другое время вы уверены, что стакан был сломан в течение получаса вашего ухода из дома. Вещь в том, что вы не будете знать ни того, ни другого, пока не вернетесь домой, пока не будете там, чтобы подметать осколки стекла.
Это в основном проблема, связанная с мысленным экспериментом Шредингера. Вы знаете, что ваша кошка рывком, но вы не знаете, когда кошка будет действовать как рывок. В любой момент времени между вами и вами вы можете представить себе стакан на своем столе как цельный, так и сломанный.
Истоки парадокса кошки Шредингера
Одной из распространенных теорий квантовой механики является копенгагенская интерпретация. Эта линия мышления, разработанная в 1920-х годах, утверждает, что субатомные частицы в замкнутой системе могут существовать одновременно в нескольких возможных состояниях - явление, известное как «суперпозиция», и что разрешенный или окончательный ответ возможен только тогда, когда вещь наблюдается или измеряется.
Мыслительный эксперимент Эрвина Шредингера был разработан, чтобы бросить вызов этому понятию или, по крайней мере, подчеркнуть его недостатки. Конечно, атомы и фотоны непредсказуемы, но что, если в игре есть более существенный элемент, скажем, кот?
Мыслительный эксперимент
В течение часа установка устанавливает пять вещей в запечатанную стальную коробку. Там есть кошка, часть радиоактивного материала, счетчик Гейгера, молоток и контейнер с цианидом, смертельный состав. Счетчик Гейгера загрунтован для регистрации любого распада или энерговыделения радиоактивного материала. Когда счетчик получает чтение, молот падает, разбивает контейнер и убивает кошку.
Кот Шредингера продолжает очаровывать и озадачивать. (Изображение через Wikimedia Commons)
Единственным элементом здесь, который может повлиять на изменение, является состояние распада радиоактивного материала. Характер проблемы для физиков заключается в том, что распад является случайным и трудно предсказать. Согласно современным пониманиям, поскольку количество радиоактивного материала настолько мало, проходит час, в течение которого устройство может быть запущено в любой момент. Пока ящик остается запечатанным, никто не может окончательно узнать, разлагался ли материал или нет.
Поскольку состояние радиоактивного материала настолько непредсказуемо, можно предположить, что оно находится в обоих состояниях - целое и разлагающееся - сразу. Согласно копенгагенской интерпретации, если квантовые частицы могут гипотетически находиться в двух состояниях одновременно, кошка должна также быть живой и мертвой, пока она не будет наблюдаться.
Конечно, это не то, что считал Шредингер. Его намерение изложить этот мысленный эксперимент состояло в том, что, хотя природа субатомных частиц, по-видимому, случайна, кошка не является субатомной частицей. Кошка должна быть жива или мертва; это не может быть одновременно.
Никакие кошки не пострадали в мысленных экспериментах
В науке существуют существенные различия между теориями и интерпретациями, такими как копенгагенская интерпретация, которую Шредингер выкапывал. Теории - это вещи, которые можно испытать и доказать с определенной степенью определенности. Поскольку квантовая механика настолько непредсказуема и настолько новая в 1930-х годах, лучшей доступной информацией были догадки и предсказания, а не наблюдаемые и проверяемые эксперименты.
Что же касается мысленного эксперимента Шредингера, то это просто эксперимент в мыслях. Цель мысленного эксперимента состоит в том, чтобы продумать и рассмотреть сложную проблему и предоставить ряд аргументов и потенциальных интерпретаций. Ни один котик никогда не подвергался смехотворному сценарию, описанному Шредингером, и он никогда не имел в виду создание такой системы.
Тревожно даже представить себе, чтобы кошка попала в ситуацию, которая напоминает одну из византийских пыток от франшизы фильма « Пила ужаса», и это точно так. Для ума Шредингера было столь же неправдоподобно, что субатомные частицы могли существовать в двух состояниях, поскольку утверждали, что кошка одновременно жива и мертва.
Наследие кота Шредингера
Если дерево падает в лес, и никто не должен его слышать, это звучит? Это вопрос, который знаком почти всем. Эксперименты с мышлением терпят, потому что они бросают вызов нам представить себе экстремальные возможности. Кошку Шредингера можно рассматривать как расширение вопроса о дереве. Каждый из них предполагает, что событие происходит только потому, что есть человек, который должен наблюдать или наблюдать за ним.
Как и наш предыдущий мысленный эксперимент с котом и стаканом на кухонном прилавке, и вопрос о дереве, и кот Шредингера иллюстрируют пределы того, как далеко может нас вести одна мысль. К счастью, наука и философия - не единственные пути для изучения границ человеческого или кошачьего знания.
Когда парадокс кошки Шредингера вошел в популярное воображение, рассказчики стали брать основные идеи и работать над проблемами как литературные. Из документального агентства Dirg Gently Douglas Adams « Американские боги» Нила Гаймана, фикция использовала кошку Шредингера как точку спрыгивания. Он упоминается и изображается во всем диапазоне творческих усилий: от искусства до комиксов до видеоигр.