Erwinas Schrodingeris buvo viena pagrindinių figūrų Kvantinė fizika, net prieš garsųjį „Šrodingerio katė“minčių eksperimentas. Jis buvo sukūręs kvantinės bangos funkciją, kuri dabar buvo apibrėžianti judesio lygtį Visatoje, tačiau problema ta, kad jis išreiškė visą judesį kaip tikimybių serija - tai, kas tiesiogiai pažeidžia tai, kaip daugumai šių dienų (ir galbūt net šiandien) mokslininkų patinka tikėti, kaip fizinė tikrovė veikia.
Pats Schrodingeris buvo vienas iš tokių mokslininkų ir jis sugalvojo Schrodingerio katės idėją, kad galėtų paaiškinti kvantinės fizikos problemas. Tada apsvarstykime problemas ir pažiūrėkime, kaip Schrodingeris bandė jas iliustruoti per analogiją.
Kvantinis neapibrėžtumas
Kvantinės bangos funkcija vaizduoja visus fizinius dydžius kaip kvantinių būsenų seką kartu su sistemos tikimybe, kad padėtis bus tam tikroje būsenoje. Apsvarstykite vieną radioaktyvųjį atomą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra viena valanda.
Pagal kvantinės fizikos bangos funkciją, po valandos radioaktyvusis atomas bus tokioje būsenoje, kurioje jis ir suyra, ir nesuskilęs. Kai bus išmatuotas atomas, bangos funkcija sugrius į vieną būseną, tačiau iki tol ji išliks kaip dviejų kvantinių būsenų superpozicija.
Tai yra pagrindinis Kopenhagos kvantinės fizikos interpretacijos aspektas - tai ne tik tai, ko nežino mokslininkas kurioje būsenoje jis yra, bet greičiau fizinė tikrovė nėra nustatoma tol, kol neatliekamas matavimo aktas vieta. Kažkokiu nežinomu būdu pats stebėjimo veiksmas sustiprina situaciją į vieną ar kitą būseną. Kol tas stebėjimas neįvyks, fizinė realybė yra padalinta tarp visų galimybių.
Ant katės
Schrodingeris tai pratęsė siūlydamas į hipotetinę dėžę paguldyti hipotetinę katę. Į dėžę su kate mes įdėsime buteliuką su nuodingais dujomis, kuris akimirksniu užmuš katę. Buteliukas yra prikabinamas prie aparato, kuris yra prijungtas prie „Geiger“ skaitiklio, prietaiso, naudojamo radiacijai nustatyti. Minėtas radioaktyvusis atomas dedamas prie Geigero prekystalio ir paliekamas ten lygiai vienai valandai.
Jei atomas suyra, tada Geigero skaitiklis aptinka radiaciją, sulaužys buteliuką ir užmuš katę. Jei atomas nesuyra, buteliukas bus nepažeistas, o katė - gyva.
Po valandos atomas yra tokioje būsenoje, kad jis ir suyra, ir nesuskilo. Tačiau, atsižvelgiant į tai, kaip mes sukūrėme situaciją, tai reiškia, kad buteliukas yra tiek suskaidytas, tiek nesugedęs, ir galiausiai, remiantis Kopenhagos kvantinės fizikos aiškinimu katė yra negyva ir gyva.
Šrodingerio katės interpretacijos
Stephenas Hawkingas yra garsiai cituojamas sakydamas: „Kai girdžiu apie Schrodingerio katę, prieinu savo ginklą“. Tai reiškia daugelio fizikų mintys, nes minties eksperimentas išryškina keletą aspektų Problemos. Didžiausia analogijos problema yra ta, kad kvantinė fizika paprastai veikia tik atomų ir subatominių dalelių mikroskopiniu mastu, o ne kačių ir nuodų buteliukų makroskopiniu mastu.
Kopenhagos aiškinime teigiama, kad ką nors išmatuojant, kvantinės bangos funkcija sutrinka. Pagal šią analogiją matavimo veiksmas vyksta pagal Geigero skaitiklį. Įvykių grandinėje yra daugybė sąveikų - neįmanoma atskirti katės ar atskirų sistemos dalių, kad ji būtų tikrai kvantinio mechaninio pobūdžio.
Tuo metu, kai pati katė pateks į lygtį, matavimas jau buvo atliktas... Tūkstantį kartų buvo matuojama pagal „Geiger“ skaitiklio atomus, buteliukų skaldymo aparatą, buteliuką, nuodų dujas ir pačią katę. Net dėžutės atomai atlieka „matavimus“, kai manote, kad katė nukritusi negyva, ji liečiasi su skirtingais atomais, nei jei ji nerimastingai eina aplink dėžę.
Nesvarbu, ar mokslininkas atidarys langelį, ar ne, katė yra gyva arba negyva, o ne dviejų būsenų superpozicija.
Vis dėlto pagal kai kuriuos griežtus Kopenhagos aiškinimo požiūrius iš tikrųjų reikia sąmoningo subjekto pastebėjimo. Ši griežta aiškinimo forma paprastai yra mažumų nuomonė tarp fizikų, nors ir šiandien tebėra intriguojantis argumentas, su kuriuo gali būti susijęs kvantinių bangų funkcijų žlugimas sąmonė. (Norėdami nuodugniau aptarti sąmonės vaidmenį kvantinėje fizikoje, siūlau „Quantum Enigma“: fizika susiduria su sąmone pateikė Bruce'as Rosenblumas ir Fredas Kuttneris.)
Dar viena interpretacija yra Daugelio pasaulių aiškinimas (MWI) kvantinės fizikos, kurioje teigiama, kad situacija iš tikrųjų išsišakoja į daugelį pasaulių. Kai kuriuose iš šių pasaulių katė bus negyva atidarius dėžę, kituose - katė bus gyva. Nors tai ir žavi visuomenę, ir, be abejo, mokslinės fantastikos autorius, „Daugelis pasaulių“ Interpretacija taip pat yra mažumos nuomonė tarp fizikų, nors nėra konkrečių įrodymų dėl ar prieš tai.
Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.