Amerikalı fizik Şrödingerin pişiyi paradoksunu həll etdi. "Schrodinger's Cat"

1935-ci ildə yeni yaranan kvant mexanikasının qızğın rəqibi Erik Şrödinger uyğunsuzluğu ifşa etmək və sübut etmək məqsədi daşıyan bir məqalə dərc etdi. yeni filial fizikanın inkişafı.

Məqalənin mahiyyəti bundan ibarətdir həyata keçirmək düşüncə təcrübəsi :

Canlı pişik tamamilə möhürlənmiş qutuya yerləşdirilir.
Pişiyin yanında bir radioaktiv atom olan Geiger sayğacı yerləşdirilir.
Turşu ilə doldurulmuş kolba birbaşa Geiger sayğacına birləşdirilir.
Radioaktiv atomun mümkün parçalanması Geiger sayğacını işə salacaq, bu da öz növbəsində kolbanı sındıracaq və oradan tökülən turşu pişiyi öldürəcək.
Pişik belə əlverişsiz qonşularla qalsa sağ qalacaq, yoxsa öləcək?
Təcrübə üçün bir saat vaxt ayrılır.

-a cavab bu sual və uyğunsuzluğu sübut etməyə çağırıldı kvant nəzəriyyəsi, superpozisiyaya əsaslanır: paradoks qanunu - dünyamızın bütün mikrohissəcikləri müşahidə olunmağa başlayana qədər həmişə eyni vaxtda iki vəziyyətdədirlər.

Yəni qapalı məkanda (kvant nəzəriyyəsi) olan pişikimiz də onun gözlənilməz qonşusu - atom kimi eyni vaxtda mövcuddur. iki dövlətdə:

Canlı və eyni zamanda ölü pişik.
Çürümüş və eyni zamanda çürüməmiş atom.

Hansı ki, klassik fizikaya görə, tamamilə absurddur. Belə bir-birini istisna edən şeylərin eyni vaxtda mövcudluğu qeyri-mümkündür.

Və bu düzgündür, ancaq makrokosmos baxımından. Halbuki mikro aləmdə tamamilə fərqli qanunlar tətbiq olunur və buna görə də Şrödinger mikrodünyadaxili münasibətlərə makrodünyanın qanunlarını tətbiq edərkən yanıldı. Mikro dünyanın davam edən qeyri-müəyyənliklərinin məqsədyönlü şəkildə müşahidəsinin sonuncunu aradan qaldırdığını başa düşməmək.

Başqa sözlə, açsanız qapalı sistem, bir pişiyin radioaktiv atomla birlikdə yerləşdirildiyi, biz mövzunun mümkün vəziyyətlərindən yalnız birini görəcəyik.

Bunu Arkanzas Universitetindən olan amerikalı fizik Art Hobson sübut edib. Onun nəzəriyyəsinə görə, əgər siz mikrosistemi (radioaktiv atomu) makrosistemlə (Geiger sayğacı) birləşdirsəniz, sonuncu mütləq birincinin kvant dolaşıqlığı vəziyyətinə düşəcək və superpozisiyaya keçir. Və bu fenomeni birbaşa müşahidə edə bilmədiyimiz üçün bu, bizim üçün qəbuledilməz olacaq (Şrödingerin sübut etdiyi kimi).

Beləliklə, atom və radiasiya sayğacının eyni superpozisiyada olduğunu öyrəndik. O zaman kimə və ya nəyə görə bu sistem üçün pişik deyə bilərik? Məntiqlə düşünsək, pişik, bu halda, radioaktiv nüvənin vəziyyətinin göstəricisinə çevrilir (sadəcə bir göstərici):

Pişik sağdır, nüvəsi çürüməyib.
Pişik ölüb, nüvəsi parçalanıb.

Bununla belə, pişiyin də qutunun içərisində olduğu üçün vahid sistemin bir hissəsi olduğunu nəzərə almalıyıq. Buna görə də, kvant nəzəriyyəsinə görə, pişik atomla sözdə qeyri-lokal əlaqədədir, yəni. qarışıq vəziyyətdə, bu, mikro dünyanın superpozisiyasında deməkdir.

Buradan belə nəticə çıxır ki, sistemin obyektlərindən birində qəfil dəyişiklik baş verərsə, onlar bir-birindən nə qədər uzaqda olsalar da, digər obyektdə də eyni şey baş verəcəkdir. Hər iki cismin vəziyyətinin ani dəyişməsi sübut edir ki, biz sadəcə olaraq boşluqla iki hissəyə bölünmüş vahid sistemlə məşğul oluruq.

Bu o deməkdir ki, biz əminliklə deyə bilərik ki, Şrödingerin pişiyi ya atom çürüməyibsə, ya canlıdır, ya da atom çürümüşsə ölüdür.

Bununla belə, Schrödingerin düşüncə təcrübəsi sayəsində mikro dünyanın superpozisiyalarını təsvir edən riyazi cihaz quruldu. Bu bilik kriptoqrafiya və kompüter texnologiyasında geniş tətbiq tapmışdır.

Nəhayət, bütün növ yazıçıların və kinonun “Şrodinqerin pişiyi” sirli paradoksuna olan tükənməz sevgisini qeyd etmək istərdim. Bu sadəcə bəzi nümunələr:

Lukyanenkonun "Son saat" romanında "Şrodinqerin pişiyi" adlı sehrli cihaz.
Duqlas Adamsın "Dirk Gentlinin Dedektiflik Agentliyi" adlı detektiv romanında Şrödingerin pişiyi problemi ilə bağlı canlı müzakirə gedir.
R. E. Heinleinin "Pişik divarlardan keçir" romanında, əsas xarakter, bir pişik, demək olar ki, daim eyni vaxtda iki vəziyyətdədir.
Lyuis Kerrollun "Alisa möcüzələr ölkəsində" romanındakı məşhur Çeşir pişiyi eyni anda bir neçə yerdə görünməyi sevir.
Fahrenheit 451 romanında Rey Bredberi Şrödingerin pişiyi məsələsini canlı-ölü mexaniki it şəklində qaldırır.
“Şəfa verən sehrbaz” romanında Kristofer Staşeff Şrödingerin pişiyinə baxışını çox orijinal şəkildə təsvir edir.

Və belə bir sirli düşüncə təcrübəsi haqqında bir çox başqa sehrli, tamamilə qeyri-mümkün fikirlər.

Atomun planetar modeli öz etibarlılığını sübut etməsinə baxmayaraq, o dövrdə mövcud olan nəzəriyyə bütün prosesləri tam izah edə bilmirdi, ildə müşahidə edilmişdir real həyat. Məlum oldu ki, reallıqda nədənsə klassik Nyuton mexanikası mikro səviyyədə işləmir. Bunlar. real həyatdan götürülmüş prototip modeli Günəş sistemimizi deyil, atomu nəzərdən keçirmək vəziyyətində o dövrün alimlərinin müşahidələrinə uyğun gəlmir.

Buna əsaslanaraq, konsepsiya əhəmiyyətli dərəcədə yenidən işlənmişdir. kimi bir nizam-intizam var idi kvant mexanikası. Bu istiqamətin mənşəyi görkəmli fizik Ervin Şrödingerdir.

Superpozisiya anlayışı

Yeni nəzəriyyəni fərqləndirən əsas prinsip budur superpozisiya prinsipi. Bu prinsipə görə, kvant (elektron, foton və ya proton) eyni anda iki vəziyyətdə ola bilər. Əgər başa düşməyi asanlaşdırın bu ifadə ilə beynimizdə təsəvvür etmək tamamilə qeyri-mümkün bir həqiqəti əldə edirik. Kvant eyni anda iki yerdə ola bilər.

Yarandığı dövrdə bu nəzəriyyə təkcə klassik mexanikaya deyil, həm də ziddiyyət təşkil edirdi sağlam düşüncə. İndinin özündə də fizikadan uzaq savadlı insan belə bir vəziyyəti təsəvvür edə bilmir. Axı bu anlayış son nəticədə onun özünü nəzərdə tutur oxucu indi və orada ola bilər. İnsan makro dünyadan mikrodünyaya keçidi məhz belə təsəvvür etməyə çalışır.

Nyuton mexanikasının hərəkətini yaşamağa və kosmosun bir nöqtəsində özünü dərk etməyə vərdiş etmiş bir insan üçün eyni anda iki yerdə olmağı təsəvvür etmək son dərəcə çətin idi. Bundan başqa, makrodan mikroya keçid zamanı heç bir nəzəriyyə və ya nümunə yox idi. Xüsusi ədədi dəyərlər və qaydalar haqqında heç bir anlayış yox idi.

Bununla belə, o dövrün alətləri bu “kvant dissonansı” aydın şəkildə qeyd etməyə imkan verirdi.. Laboratoriya alətləri təsdiq etdi ki, tərtib edilmiş postulatlar həqiqətən də ardıcıldır və kvant iki vəziyyətdə ola bilir. Məsələn, bir atomun nüvəsi ətrafında elektron qaz aşkar edilmişdir.

Buna əsaslanaraq, Schrödinger, indi pişik nəzəriyyəsi kimi tanınan məşhur bir konsepsiya hazırladı. Bu formulun məqsədi bunu göstərmək idi klassik nəzəriyyə fizika formalaşmışdır böyük uğursuzluq, əlavə tədqiqat tələb edir.

Şrödingerin pişiyi

Pişiklə bağlı düşüncə təcrübəsi bundan ibarət idi pişiyi qapalı polad qutuya qoydular. Qutu təchiz olunub zəhərli qazı olan cihaz və atom nüvəsi olan cihaz.

Məlum postulatlara əsaslanaraq, atomun nüvəsi bir saat ərzində komponentlərə parçalana bilər, lakin parçalana bilməz. Müvafiq olaraq, bu hadisənin baş vermə ehtimalı 50% -dir.

Nüvə çürüyərsə, əks-qeydiyyatçı işə salınır və bu hadisəyə cavab olaraq qutunun təchiz olunduğu əvvəllər təsvir edilmiş cihazdan zəhərli maddə buraxılır. Bunlar. Pişik zəhərdən ölür. Bu baş vermirsə, pişik buna uyğun olaraq ölmür. 50% çürümə ehtimalına əsaslansaq, pişikin sağ qalma şansı 50% təşkil edir.

Kvant nəzəriyyəsinə əsaslanaraq, atom eyni anda iki vəziyyətdə ola bilər. Bunlar. atom həm çürüdü, həm də çürümədi. Bu o deməkdir ki, yazıcı işlədi, qabı zəhərlə sındırdı və dağılmayıb. Pişik zəhərdən zəhərləndi, eyni zamanda pişik də zəhərlə zəhərlənmədi.

Ancaq belə bir mənzərəni təsəvvür etmək sadəcə mümkün deyil ki, qutunu açarkən tədqiqatçı həm ölü, həm də diri bir pişiyi kəşf etdi. Pişik ya diri, ya da ölüdür. Vəziyyətin paradoksu budur. İzləyicinin şüurunun ölü-diri pişiyi təsəvvür etməsi mümkün deyil.

Paradoks budur pişik makrokosmosun obyektidir. Buna uyğun olaraq onun haqqında diri və ölü olduğunu söyləmək, yəni. kvant kimi eyni anda iki vəziyyətdə olması tamamilə doğru olmaz.

Bu nümunədən istifadə edərək, Schrödinger, makro və mikro dünyalar arasında aydın paralellərin olmadığına xüsusi diqqət yetirdi.. Mütəxəssislər tərəfindən verilən sonrakı şərhlər, pişik-tamaşaçı sistemi deyil, radiasiya detektoru-pişik sistemi nəzərə alınmalı olduğunu izah edir. Detektor-pişik sistemində yalnız bir hadisə ehtimal olunur.

“Kvant nəzəriyyəsindən şoka düşməyən hər kəs, bunu başa düşmür” dedi kvant nəzəriyyəsinin banisi Niels Bor.
Klassik fizikanın əsasını dünyanın birmənalı proqramlaşdırması təşkil edir, əks halda Laplas determinizmi, kvant mexanikasının gəlişi ilə qeyri-müəyyənliklər və ehtimal hadisələri dünyasının işğalı ilə əvəz olundu. Və burada fikir təcrübələri nəzəri fiziklər üçün faydalı oldu. Bunlar yeni ideyaların sınaqdan keçirildiyi məhək daşları idi.

"Schrodinger's Cat" düşüncə təcrübəsidir, Ervin Şrödinger tərəfindən təklif edilmiş, onunla atomaltı sistemlərdən makroskopik sistemlərə keçiddə kvant mexanikasının natamamlığını göstərmək istəyirdi.

Bir pişik qapalı qutuya qoyulur. Qutuda radioaktiv nüvə və zəhərli qaz konteyneri olan mexanizm var. Nüvənin 1 saat ərzində parçalanması ehtimalı 1/2-dir. Nüvə parçalanırsa, mexanizmi işə salır, qaz qabını açır və pişik ölür. Kvant mexanikasına görə, əgər nüvədə müşahidə aparılmırsa, onda onun vəziyyəti iki vəziyyətin - çürümüş nüvənin və çürüməmiş nüvənin superpozisiyası (qarışması) ilə təsvir olunur, buna görə də qutuda oturan pişik həm diri, həm də ölüdür. eyni zamanda. Qutu açılırsa, eksperimentator yalnız bir xüsusi vəziyyəti görə bilər - "nüvə çürüdü, pişik öldü" və ya "nüvə çürümədi, pişik sağdır."

Sistem nə vaxt mövcud olmağı dayandırır?İki dövləti necə qarışdırıb konkret birini seçmək olar?

Təcrübənin məqsədi- dalğa funksiyasının hansı şəraitdə dağıldığını göstərən bəzi qaydalar olmadan kvant mexanikasının natamam olduğunu göstərin (ölçüldükdə baş verən bir obyektin kvant vəziyyətində ani dəyişiklik) və pişik ya ölür, ya da sağ qalır, lakin bir insan olmağı dayandırır. hər ikisinin qarışığı.

Pişiyin ya diri, ya da ölü olması (həyat və ölüm arasında aralıq hal yoxdur) aydın olduğu üçün bu, atom nüvəsi üçün də keçərlidir. O, mütləq ya çürüyəcək, ya da çürüməmiş olacaq.

Alman jurnalında Şrödingerin pişiklə düşüncə təcrübəsini təqdim edən "Kvant mexanikasında mövcud vəziyyət" adlı məqaləsi dərc olunub. Təbiət elmləri” 1935-ci ildə EPR paradoksunu müzakirə etmək üçün.

Eynşteyn-Podolski-Rozen və Şrödingerin məqalələri iki sistemin (məsələn, iki atomaltı hissəcik) hallarının superpozisiyası olan kvant vəziyyətləri üçün xarakterik olan “kvant dolaşıqlığının” (Şrödinger tərəfindən işləndiyi termin) qəribə təbiətini təsvir edirdi.

Kvant mexanikasının şərhləri

Kvant mexanikasının mövcud olduğu dövrdə elm adamları onun müxtəlif şərhlərini irəli sürmüşlər, lakin bu gün ən çox dəstəklənənlər “Kopenhagen” və “çox dünya”lardır.

"Kopenhagen şərhi"- kvant mexanikasının bu təfsiri Niels Bohr və Werner Heisenberg tərəfindən Kopenhagendə (1927) birgə işləri zamanı tərtib edilmişdir. Alimlər kvant mexanikasına xas olan dalğa-hissəcik ikililiyindən irəli gələn suallara, xüsusən də ölçmə sualına cavab verməyə çalışıblar.

Kopenhagen təfsirində sistem dövlətlərin qarışığı olmaqdan çıxır və müşahidənin baş verdiyi anda onlardan birini seçir. Pişiklə aparılan təcrübə göstərir ki, bu təfsirdə məhz bu müşahidənin - ölçmənin təbiəti kifayət qədər müəyyən edilməmişdir. Bəziləri hesab edir ki, təcrübə göstərir ki, qutu bağlı olduğu müddətdə sistem eyni vaxtda hər iki vəziyyətdə, “çürümüş nüvə, ölü pişik” və “çürüməmiş nüvə, canlı pişik” hallarının superpozisiyasındadır və qutu açılanda , yalnız bundan sonra dalğa funksiyası variantlardan birinə çökür. Digərləri təxmin edirlər ki, "müşahidə" nüvədən gələn hissəcik detektora dəydikdə baş verir; lakin (və bu əsas nöqtə düşüncə təcrübəsi) Kopenhagen təfsirində bunun nə vaxt baş verdiyini söyləyən dəqiq bir qayda yoxdur və buna görə də ona belə bir qayda daxil edilməyincə və ya onun necə tətbiq oluna biləcəyi deyilənə qədər bu şərh natamamdır. Dəqiq qayda ondan ibarətdir ki, təsadüfilik klassik yaxınlaşmanın ilk istifadə edildiyi nöqtədə meydana çıxır.

Beləliklə, biz aşağıdakı yanaşmaya etibar edə bilərik: makroskopik sistemlərdə biz kvant hadisələrini müşahidə etmirik (həddindən artıq mayelik və superkeçiricilik fenomeni istisna olmaqla); buna görə də kvant vəziyyətinə makroskopik dalğa funksiyası tətbiq etsək, təcrübədən belə nəticə çıxarmalıyıq ki, superpozisiya pozulur. Bir şeyin ümumiyyətlə "makroskopik" olmasının nə demək olduğu tam aydın olmasa da, pişik haqqında dəqiq olan şey onun makroskopik bir obyekt olmasıdır. Beləliklə, Kopenhagen təfsiri, qutu açılmazdan əvvəl pişiyin diri və ölü arasında qarışıqlıq vəziyyətində olduğunu nəzərə almır.

"Bir çox dünyanın şərhində"Ölçmə prosesini xüsusi bir şey hesab etməyən kvant mexanikası, pişiyin hər iki vəziyyəti mövcuddur, lakin dekohere, yəni. kvant mexaniki sisteminin qarşılıqlı əlaqədə olduğu proses baş verir mühit və ətraf mühitdə mövcud olan məlumatları əldə edir və ya başqa bir şəkildə ətraf mühitə "qarışır". Müşahidəçi qutunu açdıqda isə o, pişiyə qarışır və bundan da müşahidəçinin diri və ölü pişiyə uyğun gələn iki halı əmələ gəlir və bu hallar bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmur. Eyni kvant dekoherens mexanizmi “birgə” tarixlər üçün vacibdir. Bu təfsirdə yalnız “ölü pişik” və ya “canlı pişik” “ortaq hekayə”də ola bilər.

Başqa sözlə, qutu açıldıqda kainat iki fərqli kainata bölünür, birində müşahidəçi ölü pişik olan qutuya, digərində isə müşahidəçi canlı pişiyə baxır.

"Vignerin dostu" paradoksu

Viqnerin Dostunun Paradoksu Şrödingerin pişik paradoksunun mürəkkəb təcrübəsidir. laureat Nobel mükafatı, Amerikalı fizik Eugene Wigner "dostlar" kateqoriyasını təqdim etdi. Təcrübəni tamamladıqdan sonra eksperimentator qutunu açır və canlı pişiyi görür. Qutunun açıldığı anda pişiyin vəziyyəti “nüvə çürüməyib, pişik sağdır” vəziyyətinə keçir. Beləliklə, laboratoriyada pişiyin diri olduğu tanınıb. Laboratoriyadan kənarda bir “dost” var. Dost hələ ki, pişiyin diri və ya ölü olduğunu bilmir. Dost pişiyi canlı kimi tanıyır, o zaman ki, eksperimentator ona təcrübənin nəticəsini söyləyir. Ancaq bütün digər "dostlar" hələ pişiyi diri olaraq tanımayıblar və yalnız təcrübənin nəticəsi onlara deyildikdə onu tanıyacaqlar. Beləliklə, pişiyi yalnız Kainatdakı bütün insanlar təcrübənin nəticəsini bildikdə tam diri kimi tanımaq olar. Bu ana qədər, Böyük Kainat miqyasında, pişik eyni anda yarı canlı və yarı ölü olaraq qalır.

Yuxarıda göstərilənlər praktikada istifadə olunur: kvant hesablamalarında və kvant kriptoqrafiyasında. İki vəziyyətin superpozisiyasında işıq siqnalı fiber-optik kabel vasitəsilə göndərilir. Təcavüzkarlar ortada bir yerdə kabelə qoşularsa və ötürülən məlumatı dinləmək üçün orada siqnal vururlarsa, bu, dalğa funksiyasını çökdürəcək (Kopenhagen şərhi nöqteyi-nəzərindən müşahidə aparılacaq) və işıq ştatlardan birinə gedəcək. Kabelin qəbuledici ucunda işığın statistik sınaqlarını aparmaqla işığın vəziyyətlərin superpozisiyasında olduğunu və ya artıq müşahidə edilib başqa nöqtəyə ötürüldüyünü müəyyən etmək mümkün olacaq. Bu, aşkar olunmayan siqnalın ələ keçirilməsini və dinləməni istisna edən rabitə vasitələri yaratmağa imkan verir.

Təcrübə (bunu, prinsipcə, həyata keçirmək olar, baxmayaraq ki, böyük həcmdə məlumat ötürməyə qadir işləyən kvant kriptoqrafiya sistemləri hələ yaradılmayıb) Kopenhagen şərhində “müşahidə”nin müşahidəçinin şüuru ilə heç bir əlaqəsi olmadığını göstərir. , çünki bu halda kabelin sonuna qədər statistikanın dəyişməsi telin tamamilə cansız bir dalına gətirib çıxarır.

Kvant hesablamasında Schrödinger pişiyi vəziyyəti, hamısının bütün sıfırların və ya birlərin eyni superpozisiyasında olduğu kubitlərin xüsusi dolaşıq vəziyyətidir.

("Qubit" kvant kompüterində məlumat saxlamaq üçün ən kiçik elementdir. O, iki öz vəziyyətini qəbul edir, lakin onların superpozisiyasında da ola bilər. Qubitin vəziyyəti hər dəfə ölçüldükdə təsadüfi olaraq öz vəziyyətlərindən birinə keçir.)

Reallıqda! "Schrodinger pişiyi" nin kiçik qardaşı

Schrödinger'in pişiyinin ortaya çıxmasından 75 il keçdi, lakin hələ də kvant fizikasının bəzi nəticələri maddə və onun xüsusiyyətləri haqqında gündəlik fikirlərimizlə ziddiyyət təşkil edir. Kvant mexanikasının qanunlarına görə, onun həm diri, həm də ölü olduğu bir “pişik” vəziyyəti yaratmaq mümkün olmalıdır, yəni. iki vəziyyətin kvant superpozisiya vəziyyətində olacaq. Lakin praktikada bu qədər sayda atomun kvant superpozisiyasının yaradılması hələ mümkün olmayıb. Çətinlik ondadır ki, superpozisiyada nə qədər çox atom varsa, bu vəziyyət bir o qədər az sabitdir, çünki xarici təsirlər onu məhv etməyə meyllidir.

Vyana Universitetinin fiziklərinə (jurnalda dərc edilmişdir Təbiət Əlaqələri", 2011) dünyada ilk dəfə olaraq 430 atomdan ibarət və kvant superpozisiya vəziyyətində olan üzvi molekulun kvant davranışını nümayiş etdirmək mümkün oldu. Təcrübəçilərin əldə etdiyi molekul daha çox ahtapota bənzəyir. Molekulların ölçüsü təxminən 60 angstromdur və molekul üçün de Broyl dalğa uzunluğu cəmi 1 pikometr idi. Bu "molekulyar ahtapot" Şrödingerin pişiyinə xas olan xüsusiyyətləri nümayiş etdirə bildi.

Kvant intiharı

Kvant intiharı kvant mexanikasında G. Moravec və B. Marshall tərəfindən müstəqil olaraq təklif edilmiş və 1998-ci ildə kosmoloq Maks Teqmark tərəfindən genişləndirilmiş düşüncə təcrübəsidir. Schrödinger-in pişik düşüncə təcrübəsinin modifikasiyası olan bu düşüncə təcrübəsi kvant mexanikasının iki təfsiri arasındakı fərqi açıq şəkildə göstərir: Kopenhagen şərhi və Everett çoxlu dünya şərhi.

Təcrübə əslində pişik nöqteyi-nəzərindən Şrödingerin pişiyi ilə aparılan təcrübədir.

Təklif olunan eksperimentdə hansısa radioaktiv atomun parçalanmasından asılı olaraq atəş açan və ya atmayan silah iştirakçıya yönəldilir. Silahın sönməsi və iştirakçının ölməsi ehtimalı 50% var. Kopenhagen təfsiri düzgündürsə, o zaman silah sonda sönəcək və iştirakçı öləcək.
Everetin çoxlu dünyalar şərhi düzgündürsə, o zaman aparılan hər təcrübə nəticəsində kainat iki kainata parçalanır, onlardan birində iştirakçı sağ qalır, digərində isə ölür. İştirakçının öldüyü dünyalarda o, mövcudluğunu dayandırır. Bunun əksinə olaraq, ölü olmayan iştirakçının nöqteyi-nəzərindən təcrübə iştirakçının yox olmasına səbəb olmadan davam edəcək. Bu ona görə baş verir ki, istənilən budaqda iştirakçı eksperimentin nəticəsini yalnız sağ qaldığı dünyada müşahidə edə bilir. Əgər çoxlu dünyaların təfsiri düzgündürsə, o zaman iştirakçı təcrübə zamanı heç vaxt ölməyəcəyini anlaya bilər.

İştirakçı heç vaxt bu nəticələr haqqında danışa bilməyəcək, çünki kənar müşahidəçinin nöqteyi-nəzərindən eksperimentin nəticəsinin ehtimalı həm çoxlu dünyalarda, həm də Kopenhagen şərhlərində eyni olacaq.

Kvant ölməzliyi

Kvant ölümsüzlüyü kvant intihar düşüncə təcrübəsindən qaynaqlanan düşüncə təcrübəsidir və kvant mexanikasının çoxlu dünya şərhinə görə, özünüdərketmə qabiliyyətinə malik varlıqların ölməz olduğunu bildirir.

Təsəvvür edək ki, təcrübə iştirakçısı onun yanında nüvə bombasını partladır. Demək olar ki, bütün paralel kainatlarda nüvə partlayışı iştirakçını məhv edəcək. Lakin buna baxmayaraq, iştirakçının bir şəkildə sağ qaldığı az sayda alternativ Kainatlar olmalıdır (yəni potensial xilasetmə ssenarisinin mümkün olduğu Kainatlar). Kvant ölməzliyi ideyası ondan ibarətdir ki, iştirakçı canlı qalır və bununla da dəstdəki Kainatlardan ən azı birində ətrafdakı reallığı dərk edə bilir, hətta belə kainatların sayı onların sayı ilə müqayisədə çox az olsa belə. bütün mümkün kainatlar. Beləliklə, zaman keçdikcə iştirakçı əbədi yaşaya biləcəyini kəşf edəcək. Bu nəticəyə bəzi paralelləri antropik prinsip anlayışında tapmaq olar.

Başqa bir misal kvant intiharı ideyasından irəli gəlir. Bu düşüncə təcrübəsində iştirakçı bəzi radioaktiv atomun parçalanmasının nəticəsindən asılı olaraq atəş açan və ya olmayan silahı özünə tərəf yönəldir. Silahın sönməsi və iştirakçının ölməsi ehtimalı 50% var. Kopenhagen təfsiri düzgündürsə, o zaman silah sonda sönəcək və iştirakçı öləcək.

Everetin çoxlu dünyalar şərhi düzgündürsə, o zaman aparılan hər təcrübə nəticəsində kainat iki kainata parçalanır, onlardan birində iştirakçı sağ qalır, digərində isə ölür. İştirakçının öldüyü dünyalarda o, mövcudluğunu dayandırır. Əksinə, ölməyən iştirakçının nöqteyi-nəzərindən təcrübə iştirakçının yox olmasına səbəb olmadan davam edəcək, çünki kainatların hər parçalanmasından sonra o, özünü yalnız sağ qaldığı kainatlarda tanıya biləcək. Beləliklə, Everetin çoxlu dünya şərhi düzgündürsə, o zaman iştirakçı təcrübədə heç vaxt ölməyəcəyini fərq edə bilər və bununla da ölməzliyini ən azı öz nöqteyi-nəzərindən "sübut edə" bilər.

Kvant ölümsüzlüyün tərəfdarları bu nəzəriyyənin heç bir məlum fizika qanunlarına zidd olmadığını qeyd edirlər (bu mövqe elm aləmində yekdilliklə qəbul olunmaqdan çox uzaqdır). Öz mülahizələrində onlar aşağıdakı iki mübahisəli fərziyyəyə əsaslanırlar:
- Everetin çoxlu dünya şərhi düzgündür, Kopenhagen təfsiri deyil, çünki sonuncu paralel kainatların mövcudluğunu inkar edir;
- təcrübə zamanı iştirakçının ölə biləcəyi bütün mümkün ssenarilər iştirakçının sağ qaldığı ssenarilərin ən azı kiçik bir hissəsini ehtiva edir.

Kvant ölməzliyi nəzəriyyəsinə qarşı mümkün arqument ondan ibarətdir ki, ikinci fərziyyə mütləq Everetin çoxlu dünyalar şərhindən irəli gəlmir və o, bütün mümkün reallıqlara aid olduğu güman edilən fizika qanunları ilə ziddiyyət təşkil edə bilər. Kvant fizikasının çoxlu dünya şərhi mütləq “hər şeyin mümkündür” demək deyil. Bu yalnız onu göstərir ki, zamanın müəyyən bir nöqtəsində kainat bir sıra digərlərinə bölünə bilər, hər biri bir çox mümkün nəticələrdən birinə uyğun olacaq. Məsələn, termodinamikanın ikinci qanununun bütün ehtimal olunan kainatlara aid olduğuna inanılır. Bu o deməkdir ki, nəzəri cəhətdən bu qanunun mövcudluğu pozulacağı yerdə paralel kainatların yaranmasının qarşısını alır. Bunun nəticəsi, eksperimentatorun nöqteyi-nəzərindən, onun sonrakı sağ qalmasının qeyri-mümkün olduğu reallıq vəziyyətinə nail olmaq ola bilər, çünki bu, əvvəllər bildirilmiş fərziyyəyə görə, fizika qanununun pozulmasını tələb edəcəkdir. , bütün mümkün reallıqlar üçün keçərlidir.

Məsələn, partlayış zamanı nüvə bombası yuxarıda təsvir edilən, iştirakçının sağ qalacağı əsas bioloji prinsipləri pozmayan inandırıcı bir ssenarini təsvir etmək olduqca çətindir. Canlı hüceyrələr sadəcə olaraq mərkəzdə çatan temperaturda mövcud ola bilməzlər nüvə partlayışı. Kvant ölümsüzlük nəzəriyyəsinin qüvvədə qalması üçün ya yanlış atəşin baş verməsi (və bununla da nüvə partlayışının qarşısını almaq) və ya hələ kəşf edilməmiş və ya sübut olunmamış fizika qanunlarına əsaslanan hansısa hadisənin baş verməsi lazımdır. Müzakirə olunan nəzəriyyəyə qarşı başqa bir arqument bütün təbii canlılarda mövcudluğu ola bilər bioloji ölüm paralel kainatların heç birində bunun qarşısını almaq mümkün deyil (ən azı bu mərhələdə elmin inkişafı)

Digər tərəfdən, termodinamikanın ikinci qanunu statistik qanundur və dalğalanmaların baş verməsi ilə heç bir şey ziddiyyət təşkil etmir (məsələn, kainatda müşahidəçinin həyatı üçün əlverişli şəraitə malik bir bölgənin görünüşü, ümumiyyətlə bir səviyyəyə çatmışdır. termal ölüm vəziyyəti və ya prinsipcə, nüvə partlayışı nəticəsində yaranan bütün hissəciklərin hər biri müşahidəçinin yanından uçacaq şəkildə mümkün hərəkəti; mümkün nəticələr. Bioloji ölümün qaçılmazlığı ilə bağlı arqument ehtimal mülahizələri əsasında da təkzib edilə bilər. Hər bir canlı orqanizm üçün müəyyən bir zamanda onun növbəti saniyə ərzində sağ qalma ehtimalı sıfırdan fərqlidir. Beləliklə, onun növbəti milyard il ərzində sağ qalma ehtimalı da sıfırdan fərqlidir (çünki məhsuldur çox sayda sıfırdan fərqli amillər), çox kiçik olsa da.

Kvant ölümsüzlüyü ideyası ilə bağlı problemli olan odur ki, ona görə, özünü dərk edən varlıq iştirakçının ölmüş kimi göründüyü situasiyalarda baş verəcək son dərəcə mümkün olmayan hadisələri yaşamağa “məcbur olacaq”. Bir çox paralel kainatlarda iştirakçı ölsə də, iştirakçının subyektiv olaraq qavraya bildiyi bir neçə kainat son dərəcə qeyri-mümkün bir ssenaridə inkişaf edəcəkdir. Bu, öz növbəsində, təbiəti kvant fizikasında hələ kifayət qədər aydın olmayan səbəbiyyət prinsipinin pozulmasına hansısa şəkildə səbəb ola bilər.

Kvant ölümsüzlüyü ideyası əsasən “kvant intiharı” təcrübəsindən qaynaqlansa da, Teqmark iddia edir ki, istənilən normal şəraitdə ölümdən əvvəl hər bir düşünən varlıq öz-özlüyündə azalma səviyyəsini (bir neçə saniyədən bir neçə ilə qədər) keçir. kvant mexanikası ilə heç bir əlaqəsi olmayan şüur və iştirakçının bir dünyadan digərinə keçərək varlığını davam etdirmə imkanı yoxdur ki, bu da ona sağ qalmaq imkanı verir.

Burada özünü dərk edən rasional müşahidəçi özünü dərk etdiyi nisbətən az sayda mümkün vəziyyətlərdə, belə desək, “sağlam bədəndə” qalmağa davam edir. Müşahidəçinin şüurunu saxlayaraq şikəst qalması ehtimalı, zərər görmədiyindən qat-qat böyükdür. İstənilən sistem (o cümlədən canlı orqanizm) ideal formada qalmaqdansa, düzgün işləməmək üçün daha çox imkanlara malikdir. Boltzmanın erqodik fərziyyəsi tələb edir ki, ölməz müşahidəçi gec-tez şüurun saxlanmasına uyğun gələn bütün vəziyyətlərdən, o cümlədən dözülməz iztirablar hiss edəcəyi vəziyyətlərdən keçəcək - və orqanizmin optimal fəaliyyət vəziyyətindən daha çox belə vəziyyətlər olacaq. Beləliklə, filosof Devid Lyuisin təklif etdiyi kimi, çoxlu dünyalar şərhinin səhv olduğuna ümid etməliyik.

Şübhəsiz ki, "Şrödingerin pişiyi" kimi bir fenomenin olduğunu bir neçə dəfə eşitmisiniz. Ancaq fizik deyilsinizsə, çox güman ki, bunun hansı pişik olduğu və nə üçün lazım olduğu barədə qeyri-müəyyən bir fikriniz var.
“Şrödingerin pişiyi” həm də Nobel mükafatı laureatı olan məşhur Avstriyalı nəzəri fizik Ervin Şrödingerin məşhur düşüncə təcrübəsinin adıdır. Alim bu uydurma təcrübənin köməyi ilə atomaltı sistemlərdən makroskopik sistemlərə keçiddə kvant mexanikasının natamamlığını göstərmək istəyib.
Bu məqalə izah etməyə çalışır sadə sözlərləŞrödingerin pişik və kvant mexanikası haqqında nəzəriyyəsinin mahiyyəti, ali texniki təhsili olmayan şəxs üçün əlçatan olsun. Məqalədə həmçinin “Böyük Partlayış Nəzəriyyəsi” serialından olanlar da daxil olmaqla, təcrübənin müxtəlif şərhləri təqdim olunacaq.
Məzmun:
1. Təcrübənin təsviri
2. Sadə sözlərlə izahat
3. Böyük Partlayış Nəzəriyyəsindən video
4. Rəylər və şərhlər
Təcrübənin təsviri
Erwin Schrödinger-in orijinal məqaləsi 1935-ci ildə nəşr edilmişdir. Orada təcrübə müqayisə və ya hətta təcəssüm texnikasından istifadə edərək təsvir edilmişdir:

Siz həmçinin olduqca burlesque olduğu hallarda inşa edə bilərsiniz. Qoy bir pişik içəri girsin polad kamera aşağıdakı şeytani maşınla birlikdə (pişiyin müdaxiləsindən asılı olmayaraq): Geiger sayğacının içərisində kiçik miqdarda radioaktiv maddə var, o qədər kiçikdir ki, yalnız bir atom bir saat ərzində parçalana bilər, lakin eyni ehtimalla o, parçalana bilər. ; bu baş verərsə, oxu borusu boşaldılır və rele işə salınır, çəkic buraxılır, bu da kolbanı hidrosiyanik turşu ilə parçalayır.
Əgər bütün bu sistemi bir saat öz ixtiyarına buraxsaq, o zaman deyə bilərik ki, bu müddətdən sonra pişik canlı olacaq, nə qədər ki, atom parçalanmayacaq. Atomun ilk parçalanması pişiyi zəhərləyəcək. Bütövlükdə sistemin psi funksiyası bunu canlı və ölü pişiyi qarışdırmaqla və ya ləkələməklə (ifadəsini bağışlayın) bərabər hissələrdə ifadə edəcək. Belə hallarda qeyri-müəyyənliyin başlanğıcda məhdudlaşdırılması xarakterikdir atom dünyası, birbaşa müşahidə ilə aradan qaldırıla bilən makroskopik qeyri-müəyyənliyə çevrilir. Bu, bizim sadəlövhcəsinə “qaranlıq modelini” reallığı əks etdirən qəbul etməyimizə mane olur. Bu, özlüyündə qeyri-müəyyən və ya ziddiyyətli heç nə demək deyil. Bulanıq və ya fokussuz fotoşəkil ilə bulud və ya duman şəkli arasında fərq var.
________________________________________
Başqa sözlə:
1. Bir qutu və bir pişik var. Qutuda radioaktiv atom nüvəsi və zəhərli qaz konteyneri olan mexanizm var. Eksperimental parametrlər elə seçilmişdir ki, nüvənin 1 saat ərzində parçalanması ehtimalı 50% təşkil edir. Nüvə parçalanırsa, bir qaz qabı açılır və pişik ölür. Nüvə çürüməzsə, pişik canlı və sağlam qalır.
2. Pişiyi qutuya bağlayırıq, bir saat gözləyirik və özümüzə sual veririk: pişik diridir, yoxsa ölü?
3. Kvant mexanikası bizə deyir ki, atom nüvəsi (və buna görə də pişik) eyni vaxtda bütün mümkün vəziyyətlərdədir (bax: kvant superpozisiya). Qutunu açmazdan əvvəl pişik nüvəsi sistemi 50% ehtimalla “nüvə çürüdü, pişik öldü” vəziyyətində və “nüvə çürüməyib, pişik sağdır” vəziyyətindədir. ehtimalı 50%. Məlum olur ki, qutuda oturan pişik eyni anda həm diri, həm də ölüdür.
4. Müasir Kopenhagen təfsirinə görə, pişik heç bir ara dövlət olmadan diri/ölüdür. Və nüvənin çürümə vəziyyətinin seçimi qutunun açıldığı anda deyil, hətta nüvə detektora daxil olduqda baş verir. Çünki “pişik-detektor-nüvə” sisteminin dalğa funksiyasının azalması qutunun insan müşahidəçisi ilə deyil, nüvənin detektor-müşahidəçisi ilə bağlıdır.

Sadə sözlərlə izahat
Kvant mexanikasına görə, əgər atomun nüvəsi müşahidə edilmirsə, onda onun vəziyyəti iki vəziyyətin qarışığı ilə təsvir olunur - çürümüş nüvə və çürüməmiş nüvə, buna görə də qutuda oturan və nüvəni təcəssüm etdirən pişik. atom eyni anda həm diri, həm də ölüdür. Qutu açılırsa, eksperimentator yalnız bir xüsusi vəziyyəti görə bilər - "nüvə çürüdü, pişik öldü" və ya "nüvə çürümədi, pişik sağdır."
İnsan dilində mahiyyət: Şrödinger təcrübəsi göstərdi ki, kvant mexanikası baxımından pişik həm diri, həm də ölüdür, bu ola bilməz. Buna görə də, kvant mexanikasında əhəmiyyətli çatışmazlıqlar var.
Sual olunur: sistem nə vaxt iki dövlətin qarışığı kimi mövcud olmağı dayandırır və konkret birini seçir? Təcrübənin məqsədi dalğa funksiyasının hansı şəraitdə dağıldığını və pişiyin ya öldüyünü, ya da sağ qaldığını, lakin artıq hər ikisinin qarışığı olmadığını göstərən bəzi qaydalar olmadan kvant mexanikasının natamam olduğunu göstərməkdir. Bir pişiyin ya diri, ya da ölü olması (həyat və ölüm arasında heç bir aralıq hal yoxdur) aydın olduğu üçün bu, atom nüvəsi üçün də oxşar olacaq. O, ya çürümüş, ya da çürüməmiş olmalıdır (Vikipediya).
Böyük Partlayış Nəzəriyyəsindən video
Schrödingerin düşüncə təcrübəsinin başqa bir yeni şərhi, Big Bang Theory personajı Şeldon Kuperin daha az təhsilli qonşusu Penniyə danışdığı bir hekayədir. Sheldonun hekayəsinin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, Şrödingerin pişiyi anlayışı insan münasibətlərinə tətbiq oluna bilər. Kişi ilə qadın arasında nə baş verdiyini, onların arasında hansı münasibət olduğunu anlamaq üçün: yaxşı və ya pis, sadəcə qutunu açmaq lazımdır. O vaxta qədər münasibətlər həm yaxşı, həm də pisdir.
Aşağıda Sheldon və Penia arasında bu Böyük Partlayış Nəzəriyyəsi mübadiləsinin video klipi var.
Təcrübə nəticəsində pişik sağ qaldımı?
Məqaləni diqqətlə oxumayan, lakin hələ də pişikdən narahat olanlar üçün yaxşı xəbər: məlumatlarımıza görə, dəli avstriyalı fizikin düşüncə təcrübəsi nəticəsində narahat olmayın.
HEÇ BİR PİŞİYƏ ZƏRİ OLMADI

Heyzenberqin bizə izah etdiyi kimi, qeyri-müəyyənlik prinsipinə görə kvant mikrodünyasındakı cisimlərin təsviri Nyuton makro dünyasında obyektlərin adi təsvirindən fərqli xarakter daşıyır. Mexanik hərəkəti təsvir etmək üçün istifadə etdiyimiz məkan koordinatları və sürət əvəzinə, məsələn, bir top boyunca bilyard stolu, kvant mexanikasında obyektlər sözdə dalğa funksiyası ilə təsvir edilir. "Dalğanın" zirvəsi ölçmə anında kosmosda bir hissəciyin tapılmasının maksimum ehtimalına uyğundur. Belə bir dalğanın hərəkəti kvant sisteminin vəziyyətinin zamanla necə dəyişdiyini izah edən Schrödinger tənliyi ilə təsvir edilir.

İndi pişik haqqında. Hər kəs bilir ki, pişiklər qutularda gizlənməyi sevirlər (). Erwin Schrödinger də bilirdi. Üstəlik, sırf Nordic fanatizmi ilə o, məşhur düşüncə təcrübəsində bu xüsusiyyətdən istifadə etdi. Bunun mahiyyəti ondan ibarət idi ki, bir pişik cəhənnəm maşını ilə qutuya kilidlənmişdi. Maşın rele vasitəsilə kvant sisteminə, məsələn, radioaktiv çürüyən maddəyə qoşulur. Çürümə ehtimalı məlumdur və 50% təşkil edir. Cəhənnəm maşını sistemin kvant vəziyyəti dəyişdikdə (çürümə baş verir) və pişik tamamilə öləndə işə düşür. Əgər “Pişik qutusu-cəhənnəm maşın-kvanta” sistemini bir saat öz başına buraxsanız və bir kvant sisteminin vəziyyətinin ehtimal baxımından təsvir olunduğunu xatırlasanız, yəqin ki, bunu tapmaq mümkün olmayacaq. pişiyin müəyyən bir anda sağ olub-olmaması, necə ki, pulun başlara və ya quyruqlara düşməsini əvvəlcədən dəqiq proqnozlaşdırmaq mümkün olmayacaq. Paradoks çox sadədir: kvant sistemini təsvir edən dalğa funksiyası pişiyin iki vəziyyətini qarışdırır - o, eyni zamanda canlı və ölüdür, necə ki, bağlı elektron kosmosdan bərabər məsafədə olan istənilən yerdə bərabər ehtimalla yerləşdirilə bilər. atom nüvəsi. Qutunu açmasaq, pişiyin necə olduğunu dəqiq bilmirik. Atom nüvəsini müşahidə etmədən (ölçmələri oxumadan) biz onun vəziyyətini yalnız iki vəziyyətin superpozisiyası (qarışması) ilə təsvir edə bilərik: çürümüş və çürüməmiş nüvə. Nüvə asılılığı olan bir pişik eyni anda həm diri, həm də ölüdür. Sual olunur: sistem nə vaxt iki dövlətin qarışığı kimi mövcud olmağı dayandırır və konkret birini seçir?

Təcrübənin Kopenhagen təfsiri bizə deyir ki, sistem vəziyyətlərin qarışığı olmağı dayandırır və müşahidə baş verən anda onlardan birini seçir, bu da ölçüdür (qutu açılır). Yəni ölçmə faktının özü fiziki reallığı dəyişir, dalğa funksiyasının dağılmasına səbəb olur (pişik ya ölür, ya da sağ qalır, lakin hər ikisinin qarışığı olmaqdan çıxır)! Fikir verin, təcrübə və onu müşayiət edən ölçmələr ətrafımızdakı reallığı dəyişir. Şəxsən bu fakt beynimi spirtdən çox narahat edir. Tanınmış Stiv Hokinq də bu paradoksu yaşamaqda çətinlik çəkir və təkrarlayır ki, Şrödingerin pişiyi haqqında eşidəndə əli Brauninqə uzanır. Görkəmli nəzəri fizikin reaksiyasının ciddiliyi onunla bağlıdır ki, onun fikrincə, dalğa funksiyasının dağılmasında (onun iki ehtimaldan birinə çökməsində) müşahidəçinin rolu çox şişirdilmişdir.

Əlbəttə ki, professor Ervin hələ 1935-ci ildə pişiyi istehza edəndə, bu, kvant mexanikasının qeyri-kamilliyini göstərmək üçün dahiyanə bir üsul idi. Əslində pişik eyni anda diri və ölü ola bilməz. Təcrübənin şərhlərindən birinin nəticəsində məlum oldu ki, makro dünyanın qanunları (məsələn, termodinamikanın ikinci qanunu - pişik ya diri, ya da ölüdür) ilə mikro-dünya qanunları arasında ziddiyyət var. dünya (pişik eyni zamanda diri və ölüdür).

Schrödingerin düşüncə təcrübəsinin başqa bir yeni şərhi, Big Bang Theory personajı Şeldon Kuperin daha az təhsilli qonşusu Penniyə danışdığı bir hekayədir. Sheldonun hekayəsinin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, Şrödingerin pişiyi anlayışı insan münasibətlərinə tətbiq oluna bilər. Kişi ilə qadın arasında nə baş verdiyini, onların arasında hansı münasibət olduğunu anlamaq üçün: yaxşı və ya pis, sadəcə qutunu açmaq lazımdır. O vaxta qədər münasibətlər həm yaxşı, həm də pisdir.