En amerikansk fysiker løste paradokset ved Schrödingers kat. "Schrodingers kat"

I 1935 udgav en ivrig modstander af den nyligt opståede kvantemekanik, Eric Schrödinger, en artikel, der foregav at afsløre og bevise inkonsekvensen ny filial udvikling af fysik.

Essensen af artiklen er udfører tankeeksperiment :

En levende kat placeres i en fuldstændig forseglet boks.
En geigertæller indeholdende ét radioaktivt atom er placeret ved siden af katten.
En kolbe fyldt med syre tilsluttes direkte til geigertælleren.
Det mulige henfald af et radioaktivt atom vil aktivere Geiger-tælleren, som igen vil knække kolben, og syren, der spildes fra den, vil dræbe katten.
Vil katten holde sig i live eller dø, hvis den bliver hos så ubelejlige naboer?
Der er afsat en time til forsøget.

Svaret på dette spørgsmål og blev opfordret til at bevise uoverensstemmelsen kvanteteori, som er baseret på superposition: paradoksets lov - alle mikropartikler i vores verden er altid samtidigt i to tilstande, indtil de begynder at blive observeret.

Det vil sige, at være i et lukket rum (kvanteteori), er vores kat, ligesom sin uforudsigelige nabo - atomet, samtidig til stede i to stater:

En levende og samtidig død kat.
Et henfaldet og samtidig ikke henfaldet atom.

Hvilket ifølge klassisk fysik er fuldstændig absurditet. Den samtidige eksistens af sådanne gensidigt udelukkende ting er umulig.

Og dette er korrekt, men kun fra makrokosmos synspunkt. Hvorimod der i mikroverdenen gælder helt andre love, og derfor tog Schrödinger fejl, da han anvendte makroverdenens love på relationer inden for mikroverdenen. Ikke at forstå den målrettede observation af mikroverdenens igangværende usikkerheder eliminerer sidstnævnte.

Med andre ord, hvis du åbner lukket system, hvor en kat er placeret sammen med et radioaktivt atom, vil vi kun se en af de mulige tilstande af emnet.

Dette blev bevist af den amerikanske fysiker fra University of Arkansas, Art Hobson. Ifølge hans teori, hvis du forbinder et mikrosystem (radioaktivt atom) med et makrosystem (Geiger-tæller), vil sidstnævnte nødvendigvis blive gennemsyret af tilstanden af kvantesammenfiltring af førstnævnte og gå i superposition. Og da vi ikke kan foretage en direkte observation af dette fænomen, vil det blive uacceptabelt for os (som Schrödinger beviste).

Så vi fandt ud af, at atomet og strålingstælleren er i samme superposition. Hvem eller hvad kan vi så kalde en kat for dette system? Hvis vi tænker logisk, bliver katten i dette tilfælde en indikator for tilstanden af den radioaktive kerne (simpelthen en indikator):

Katten er i live, kernen er ikke forfaldet.
Katten er død, kernen er gået i opløsning.

Vi skal dog tage højde for, at katten også er en del af et enkelt system, da den også er inde i kassen. Derfor er katten ifølge kvanteteorien i en såkaldt ikke-lokal forbindelse med atomet, dvs. i en forvirret tilstand, hvilket betyder i en superposition af mikroverdenen.

Det følger heraf, at hvis der sker en pludselig ændring i et af systemets objekter, vil det samme ske med et andet objekt, uanset hvor langt de er fra hinanden. En øjeblikkelig ændring i tilstanden af begge objekter beviser, at vi har at gøre med et enkelt system, simpelthen opdelt af rummet i to dele.

Det betyder, at vi med tillid kan sige, at Schrödingers kat umiddelbart enten er i live, hvis atomet ikke er henfaldet, eller død, hvis atomet er henfaldet.

Og alligevel var det takket være Schrödingers tankeeksperiment, at der blev konstrueret et matematisk apparat, der beskriver mikroverdenens superpositioner. Denne viden har fundet bred anvendelse inden for kryptografi og computerteknologi.

Til sidst vil jeg gerne bemærke den uudtømmelige kærlighed til det mystiske paradoks ved "Schrodingers kat" hos alle slags forfattere og biografer. Det er bare nogle eksempler:

Et magisk apparat kaldet "Schrodinger's Cat" i Lukyanenkos roman "The Last Watch".
I Douglas Adams' detektivroman, Dirk Gently's Detective Agency, er der en livlig diskussion om problemet med Schrödingers kat.
I R. E. Heinleins roman The Cat Walks Through Walls, hovedperson, en kat, er næsten konstant i to tilstande samtidigt.
Lewis Carrolls berømte Cheshire-kat i romanen "Alice i Eventyrland" elsker at optræde flere steder på én gang.
I romanen Fahrenheit 451 rejser Ray Bradbury spørgsmålet om Schrödingers kat i form af en levende-død mekanisk hund.
I romanen "The Healing Magician" beskriver Christopher Stasheff sin vision af Schrödingers kat på en meget original måde.

Og mange andre fortryllende, fuldstændig umulige ideer om sådan et mystisk tankeeksperiment.

På trods af at den planetariske model af atomet har bevist sin gyldighed, teorien, der eksisterede på det tidspunkt, kunne ikke fuldt ud forklare alle processer, som blev observeret i det virkelige liv. Det viste sig, at den klassiske Newtonske mekanik af en eller anden grund i virkeligheden ikke fungerer på mikroniveau. Dem. prototypemodellen, lånt fra det virkelige liv, svarer ikke til datidens videnskabsmænds observationer i tilfælde af at betragte atomet i stedet for vores solsystem.

Baseret på dette blev konceptet væsentligt redesignet. En sådan disciplin er opstået som kvantemekanik. Oprindelsen til denne retning var den fremragende fysiker Erwin Schrödinger.

Begrebet superposition

Hovedprincippet, der adskiller den nye teori er superpositionsprincippet. Ifølge dette princip kan et kvante (elektron, foton eller proton) være i to tilstande på samme tid. Hvis gøre det lettere at forstå denne formulering, får vi et faktum, som er fuldstændig umuligt at forestille sig i vores sind. Et kvante kan være to steder på samme tid.

På det tidspunkt, hvor den dukkede op, modsagde denne teori ikke kun klassisk mekanik, men også sund fornuft. Selv nu kan en uddannet person langt fra fysikken næppe forestille sig en sådan situation. Denne forståelse indebærer jo i sidste ende, at han selv læseren kan være her og der nu. Det er præcis, hvordan en person forsøger at forestille sig overgangen fra makroverdenen til mikroverdenen.

For en person, der var vant til at opleve den newtonske mekaniks handling og opfatte sig selv på et tidspunkt i rummet, var det ekstremt svært at forestille sig at være to steder på én gang. Udover, der var ingen teori eller mønstre som sådan under overgangen fra makro til mikro. Der var ingen forståelse af specifikke numeriske værdier og regler.

Imidlertid, datidens instrumenter gjorde det muligt klart at registrere denne "kvantedissonans". Laboratorieinstrumenter bekræftede, at de formulerede postulater faktisk er konsistente, og at kvantummet er i stand til at være i to tilstande. For eksempel blev elektrongas omkring kernen af et atom detekteret.

Baseret på dette, Schrödinger formulerede et berømt koncept, der nu er kendt som katteteorien. Formålet med denne formulering var at vise, at i klassisk teori fysik dannet kæmpe fiasko, der kræver yderligere undersøgelse.

Schrödingers kat

Tankeeksperimentet om katten var det katten blev anbragt i en lukket stålkasse. Kassen var udstyret en enhed med en giftig gas og en enhed med en atomkerne.

Baseret på kendte postulater, kernen i et atom kan desintegrere til komponenter inden for en time, men kan ikke gå i opløsning. Derfor er sandsynligheden for denne hændelse 50%.

Hvis kernen henfalder, udløses modoptageren, og som reaktion på denne hændelse frigives et giftigt stof fra den tidligere beskrevne enhed, som kassen er udstyret med. Dem. katten dør af gift. Sker dette ikke, dør katten ikke tilsvarende. Baseret på en 50% chance for forfald, har katten 50% chance for at overleve.

Baseret på kvanteteori, et atom kan være i to tilstande på én gang. Dem. atomet både henfaldt og ikke henfaldt. Det betyder, at optageren virkede, brækkede beholderen med gift og ikke gik i opløsning. Katten blev forgiftet af gift, og katten blev ikke samtidig forgiftet af gift.

Men det er simpelthen umuligt at forestille sig sådan et billede, at forskeren ved åbning af æsken opdagede både en død og en levende kat. Katten er enten levende eller død. Dette er situationens paradoks. Det er umuligt for beskuerens bevidsthed at forestille sig en død-levende kat.

Det paradoksale er det katten er et objekt i makrokosmos. I overensstemmelse hermed at sige om ham, at han er levende og død, dvs. er i to tilstande på én gang, svarende til et kvante, vil ikke være helt korrekt.

Ved at bruge dette eksempel, Schrödinger fokuserede specifikt på, at der ikke er nogen klare paralleller mellem makro- og mikroverdenen. Efterfølgende kommentarer givet af eksperter forklarer, at et strålingsdetektor-kat-system bør overvejes, ikke et kat-tilskuersystem. I et detektor-kat-system er kun én hændelse sandsynlig.

"Enhver, der ikke er chokeret over kvanteteorien, forstår det ikke,” sagde Niels Bohr, grundlæggeren af kvanteteorien.
Grundlaget for klassisk fysik er den utvetydige programmering af verden, ellers laplaceansk determinisme, med fremkomsten af kvantemekanikken blev den erstattet af invasionen af en verden af usikkerheder og sandsynlighedsbegivenheder. Og her kom tankeeksperimenter til nytte for teoretiske fysikere. Det var prøvesten, som nye ideer blev afprøvet på.

"Schrodingers kat" er et tankeeksperiment, foreslået af Erwin Schrödinger, med hvem han ønskede at vise kvantemekanikkens ufuldstændighed i overgangen fra subatomare systemer til makroskopiske systemer.

En kat anbringes i en lukket boks. Æsken indeholder en mekanisme indeholdende en radioaktiv kerne og en beholder med giftig gas. Sandsynligheden for at kernen henfalder på 1 time er 1/2. Hvis kernen går i opløsning, aktiverer den mekanismen, den åbner en beholder med gas, og katten dør. Ifølge kvantemekanikken, hvis der ikke foretages nogen observation af kernen, så beskrives dens tilstand ved en superposition (blanding) af to tilstande - en henfalden kerne og en uforfalden kerne, derfor er en kat, der sidder i en kasse både levende og død på samme tid. Hvis kassen åbnes, kan eksperimentatoren kun se én bestemt tilstand - "kernen er forfaldet, katten er død" eller "kernen er ikke forfalden, katten er i live."

Hvornår ophører systemet med at eksistere? Hvordan blander man to stater og vælger en bestemt?

Formålet med forsøget- vise, at kvantemekanikken er ufuldstændig uden nogle regler, der indikerer, under hvilke forhold bølgefunktionen kollapser (en øjeblikkelig ændring i et objekts kvantetilstand, der opstår ved måling), og katten enten bliver død eller forbliver i live, men holder op med at være en blanding af begge.

Da det er klart, at en kat enten skal være levende eller død (der er ingen tilstand mellem liv og død), betyder det, at dette også gælder for atomkernen. Det vil nødvendigvis enten være forfaldet eller uforfaldet.

Schrödingers artikel "The Current Situation in Quantum Mechanics", der præsenterer et tankeeksperiment med en kat, blev publiceret i det tyske tidsskrift " Naturvidenskab” i 1935 for at diskutere EPJ-paradokset.

Artiklerne af Einstein-Podolsky-Rosen og Schrödinger skitserede den mærkelige natur af "kvantesammenfiltring" (et begreb opfundet af Schrödinger), karakteristisk for kvantetilstande, der er en superposition af to systemers tilstande (for eksempel to subatomære partikler).

Fortolkninger af kvantemekanik

Under eksistensen af kvantemekanikken har videnskabsmænd fremsat forskellige fortolkninger af den, men de mest støttede af alle i dag er "København" og "mange verdener".

"Københavnsfortolkning"- denne fortolkning af kvantemekanikken blev formuleret af Niels Bohr og Werner Heisenberg under deres fælles arbejde i København (1927). Forskere har forsøgt at besvare spørgsmål, der stammer fra den bølge-partikel-dualitet, der er iboende i kvantemekanikken, især spørgsmålet om måling.

I den københavnske fortolkning ophører systemet med at være en blanding af tilstande og vælger en af dem i det øjeblik, hvor observationen sker. Forsøget med katten viser, at i denne fortolkning er karakteren af netop denne observation - måling - ikke tilstrækkeligt defineret. Nogle mener, at erfaringen tyder på, at så længe kassen er lukket, er systemet i begge tilstande samtidigt, i en superposition af tilstandene "henfalden kerne, død kat" og "uforfalden kerne, levende kat", og når kassen åbnes. , så først da kollapser wave-funktionen til en af mulighederne. Andre gætter på, at "observationen" opstår, når en partikel fra kernen rammer detektoren; dog (og dette nøglepunkt tankeeksperiment) i københavnerfortolkningen er der ingen klar regel, der siger, hvornår dette sker, og derfor er denne fortolkning ufuldstændig, indtil en sådan regel er indført i den, eller får at vide, hvordan den kan indføres. Den nøjagtige regel er, at tilfældighed vises på det punkt, hvor den klassiske tilnærmelse først bruges.

Vi kan således stole på følgende tilgang: I makroskopiske systemer observerer vi ikke kvantefænomener (bortset fra fænomenet superfluiditet og superledningsevne); hvis vi pålægger en kvantetilstand en makroskopisk bølgefunktion, må vi derfor af erfaring konkludere, at superpositionen bryder sammen. Og selvom det ikke er helt klart, hvad det vil sige, at noget generelt er "makroskopisk", så er det sikkert ved en kat, at det er et makroskopisk objekt. Den københavnske fortolkning vurderer således ikke, at katten er i en tilstand af forvirring mellem levende og død, inden kassen åbnes.

I "mange verdener fortolkning" kvantemekanik, som ikke anser måleprocessen for at være noget særligt, begge kattens tilstande eksisterer, men dekoherer, dvs. der sker en proces, hvor et kvantemekanisk system interagerer med miljø og erhverver information tilgængelig i miljøet, eller på anden måde bliver "viklet ind" i miljøet. Og når observatøren åbner kassen, bliver han viklet ind i katten og heraf dannes to observatørens tilstande, svarende til en levende og en død kat, og disse tilstande interagerer ikke med hinanden. Den samme mekanisme for kvantedekohærens er vigtig for "fælles" historier. I denne fortolkning kan kun en "død kat" eller en "levende kat" være i en "delt historie."

Med andre ord, når kassen åbnes, opdeles universet i to forskellige universer, det ene hvor iagttageren ser på en kasse med en død kat, og i det andet ser iagttageren på en levende kat.

Paradokset ved "Wigners ven"

Wigners vens paradoks er et kompliceret eksperiment af Schrödingers katteparadoks. Prismodtager Nobelprisen, introducerede den amerikanske fysiker Eugene Wigner kategorien "venner". Efter at have afsluttet eksperimentet åbner forsøgslederen kassen og ser en levende kat. Kattens tilstand i det øjeblik, hvor kassen åbnes, går i tilstanden "kernen er ikke henfaldet, katten er i live." Således blev katten i laboratoriet anerkendt som levende. Der er en "ven" uden for laboratoriet. Vennen ved endnu ikke, om katten er i live eller død. Vennen genkender først katten som levende, da forsøgslederen fortæller ham resultatet af eksperimentet. Men alle de andre "venner" har endnu ikke genkendt katten som levende, og de vil først genkende den, når de får at vide resultatet af eksperimentet. Således kan katten kun genkendes som fuldt ud i live, når alle mennesker i universet kender resultatet af eksperimentet. Indtil dette øjeblik, på skalaen fra det store univers, forbliver katten halvt levende og halvdød på samme tid.

Ovenstående bruges i praksis: i kvanteberegning og kvantekryptografi. Et lyssignal i en superposition af to tilstande sendes gennem et fiberoptisk kabel. Hvis angribere kobler sig til kablet et sted i midten og laver et signaltappe der for at aflytte den transmitterede information, så vil dette kollapse bølgefunktionen (set fra Københavns fortolkningssynspunkt vil der blive foretaget en observation) og lyset vil gå ind i en af staterne. Ved at udføre statistiske test af lys i den modtagende ende af kablet, vil det være muligt at detektere, om lyset er i en superposition af tilstande eller allerede er blevet observeret og transmitteret til et andet punkt. Dette gør det muligt at skabe kommunikationsmidler, der udelukker uopdagelig signalaflytning og aflytning.

Eksperimentet (som i princippet kan udføres, selvom der endnu ikke er oprettet fungerende kvantekryptografisystemer, der er i stand til at transmittere store mængder information) viser også, at "observation" i den københavnske fortolkning ikke har noget at gøre med observatørens bevidsthed , da ændringen i statistikken ved enden af kablet i dette tilfælde fører til en fuldstændig livløs gren af ledningen.

Og inden for kvanteberegning er Schrödinger-kattetilstanden en speciel sammenfiltret tilstand af qubits, hvor de alle er i den samme superposition af alle nuller eller ettaller.

("Qubit" er det mindste element til lagring af information i en kvantecomputer. Det tillader to egentilstande, men det kan også være i deres superposition. Når tilstanden af en qubit måles, overgår den tilfældigt til en af dens egne tilstande.)

I virkeligheden! Lillebror til "Schrodingers kat"

Det er 75 år siden, at Schrödingers kat dukkede op, men alligevel synes nogle af kvantefysikkens konsekvenser at være i modstrid med vores hverdagsforestillinger om stof og dets egenskaber. Ifølge kvantemekanikkens love skulle det være muligt at skabe en "kat"-tilstand, hvor den både er levende og død, dvs. vil være i en tilstand af kvantesuperposition af to tilstande. Men i praksis har det endnu ikke været muligt at skabe en kvantesuperposition af et så stort antal atomer. Vanskeligheden er, at jo flere atomer der er i en superposition, jo mindre stabil er denne tilstand, da ydre påvirkninger har en tendens til at ødelægge den.

Til fysikere fra universitetet i Wien (publikation i tidsskriftet Naturkommunikation", 2011) for første gang i verden var det muligt at demonstrere kvanteadfærden af et organisk molekyle bestående af 430 atomer og i en tilstand af kvantesuperposition. Molekylet opnået af forsøgslederne ligner mere en blæksprutte. Størrelsen af molekylerne er omkring 60 ångstrøm, og de Broglie-bølgelængden for molekylet var kun 1 picometer. Denne "molekylære blæksprutte" var i stand til at demonstrere egenskaberne i Schrödingers kat.

Kvante selvmord

Kvanteselvmord er et tankeeksperiment i kvantemekanik, der blev foreslået uafhængigt af G. Moravec og B. Marshall, og blev udvidet i 1998 af kosmolog Max Tegmark. Dette tankeeksperiment, en modifikation af Schrödingers kat-tankeeksperimentet, viser tydeligt forskellen mellem to fortolkninger af kvantemekanik: København-fortolkningen og Everett-mange-verden-fortolkningen.

Forsøget er faktisk et forsøg med Schrödingers kat set fra kattens synspunkt.

I det foreslåede eksperiment rettes en pistol mod deltageren, som affyrer eller ikke skyder afhængigt af et radioaktivt atoms henfald. Der er 50 % chance for, at pistolen går af, og deltageren dør. Hvis den københavnske fortolkning er korrekt, vil pistolen til sidst gå af, og deltageren dør.
Hvis Everetts mange-verdener-fortolkning er korrekt, opdeles universet som et resultat af hvert udført eksperiment i to universer, hvoraf deltageren forbliver i live, og i den anden dør. I verdener, hvor en deltager dør, holder han op med at eksistere. I modsætning hertil, set fra den ikke-døde deltagers perspektiv, vil eksperimentet fortsætte uden at få deltageren til at forsvinde. Dette sker, fordi deltageren i enhver gren kun er i stand til at observere resultatet af eksperimentet i den verden, hvor han overlever. Og hvis mange-verdenernes fortolkning er korrekt, så kan deltageren bemærke, at han aldrig vil dø under eksperimentet.

Deltageren vil aldrig være i stand til at tale om disse resultater, da fra en udefrakommende observatørs synspunkt vil sandsynligheden for forsøgets udfald være den samme i både mange-verdenerne og københavnerfortolkningerne.

Kvante udødelighed

Kvanteudødelighed er et tankeeksperiment, der stammer fra kvante-selvmordstankeeksperimentet og fastslår, at ifølge mange-verdenernes fortolkning af kvantemekanikken, er væsener, der har evnen til selvbevidsthed, udødelige.

Lad os forestille os, at en deltager i et eksperiment detonerer en atombombe i nærheden af ham. I næsten alle parallelle universer vil en atomeksplosion ødelægge deltageren. Men på trods af dette skal der være et lille antal alternative universer, hvor deltageren på en eller anden måde overlever (det vil sige universer, hvor et potentielt redningsscenarie er muligt). Ideen om kvanteudødelighed er, at deltageren forbliver i live, og derved er i stand til at opfatte den omgivende virkelighed, i mindst et af universerne i sættet, selvom antallet af sådanne universer er ekstremt lille sammenlignet med antallet af alle mulige universer. Således vil deltageren med tiden opdage, at han kan leve evigt. Nogle paralleller til denne konklusion kan findes i begrebet det antropiske princip.

Et andet eksempel stammer fra ideen om kvante selvmord. I dette tankeeksperiment peger deltageren en pistol mod sig selv, som måske eller måske ikke skyder afhængigt af resultatet af henfaldet af et radioaktivt atom. Der er 50 % chance for, at pistolen går af, og deltageren dør. Hvis den københavnske fortolkning er korrekt, vil pistolen til sidst gå af, og deltageren dør.

Hvis Everetts mange-verdener-fortolkning er korrekt, opdeles universet som et resultat af hvert udført eksperiment i to universer, hvoraf deltageren forbliver i live, og i den anden dør. I verdener, hvor en deltager dør, holder han op med at eksistere. Tværtimod, set fra den ikke-døde deltagers synspunkt, vil eksperimentet fortsætte uden at få deltageren til at forsvinde, da han efter hver opdeling af universer kun vil være i stand til at genkende sig selv i de universer, hvor han overlevede. Således, hvis Everetts mange-verdener fortolkning er korrekt, så kan deltageren bemærke, at han aldrig vil dø i eksperimentet, og derved "bevise" sin udødelighed, i det mindste fra hans synspunkt.

Tilhængere af kvanteudødelighed påpeger, at denne teori ikke modsiger nogen kendte fysiklove (denne holdning er langt fra enstemmig accepteret i den videnskabelige verden). I deres begrundelse stoler de på følgende to kontroversielle antagelser:
- Everetts mangeverdensfortolkning er korrekt, ikke københavnerfortolkningen, da sidstnævnte benægter eksistensen af parallelle universer;
- alle mulige scenarier, hvor en deltager kan dø under eksperimentet, indeholder mindst et lille undersæt af scenarier, hvor deltageren forbliver i live.

Et muligt argument mod teorien om kvanteudødelighed er, at den anden antagelse ikke nødvendigvis følger af Everetts mangeverdensfortolkning, og den kan være i konflikt med fysikkens love, som menes at gælde for alle mulige virkeligheder. Mange verdeners fortolkning af kvantefysik betyder ikke nødvendigvis, at "alt er muligt." Det indikerer kun, at universet på et bestemt tidspunkt kan opdeles i en række andre, som hver vil svare til et af de mange mulige udfald. For eksempel menes termodynamikkens anden lov at gælde for alle sandsynlige universer. Dette betyder, at teoretisk set forhindrer eksistensen af denne lov dannelsen af parallelle universer, hvor den ville blive overtrådt. Konsekvensen af dette kan være opnåelsen, set fra forsøgslederens synspunkt, af en virkelighedstilstand, hvor hans videre overlevelse bliver umulig, da dette ville kræve en krænkelse af fysikkens lov, som ifølge den tidligere angivne antagelse , er gyldig for alle mulige realiteter.

For eksempel i en eksplosion atombombe beskrevet ovenfor, er det ret vanskeligt at beskrive et plausibelt scenarie, der ikke bryder grundlæggende biologiske principper, hvor deltageren vil overleve. Levende celler kan simpelthen ikke eksistere ved de temperaturer, der nås i midten atomeksplosion. For at teorien om kvanteudødelighed forbliver gyldig, er det nødvendigt, at der enten opstår en fejlild (og derved undgår en atomeksplosion), eller at der sker en begivenhed, der er baseret på endnu uopdagede eller ubeviste fysiklove. Et andet argument mod teorien under diskussion kan være tilstedeværelsen i alle naturlige skabninger biologisk død, som ikke kan undgås i nogen af de parallelle universer (i det mindste i på dette stadium udvikling af videnskab)

På den anden side er termodynamikkens anden lov en statistisk lov, og intet modsiges af forekomsten af fluktuationer (f.eks. fremkomsten af et område med betingelser, der er egnede til en observatørs liv i et univers, der generelt har nået en tilstand af termisk død eller i princippet den mulige bevægelse af alle partikler som følge af atomeksplosion, på en sådan måde, at hver af dem vil flyve forbi observatøren), selvom en sådan udsving kun vil forekomme i en ekstremt lille del af alle; mulige resultater. Argumentet om uundgåeligheden af biologisk død kan også tilbagevises ud fra sandsynlighedsbetragtninger. For hver levende organisme på et givet tidspunkt er der en sandsynlighed for, at den vil forblive i live i løbet af det næste sekund, der ikke er nul. Således er sandsynligheden for, at han vil forblive i live de næste milliard år, også lig nul (da det er produktet stort antal ikke-nul faktorer), selvom de er meget små.

Det problematiske ved ideen om kvanteudødelighed er, at ifølge den vil et selvbevidst væsen blive "tvunget" til at opleve ekstremt usandsynlige begivenheder, der vil opstå i situationer, hvor deltageren ser ud til at dø. Selvom deltageren i mange parallelle universer dør, vil de få universer, som deltageren subjektivt er i stand til at opfatte, udvikle sig i et ekstremt usandsynligt scenarie. Dette kan igen på en eller anden måde forårsage en krænkelse af kausalitetsprincippet, hvis karakter i kvantefysikken endnu ikke er klar nok.

Selvom ideen om kvanteudødelighed i vid udstrækning stammer fra "kvante-selvmord"-eksperimentet, hævder Tegmark, at under alle normale forhold går ethvert tænkende væsen før døden igennem et stadium (fra få sekunder til flere år) med faldende niveau af selv- bevidsthed, som ikke har noget med kvantemekanik at gøre, og deltageren har ingen mulighed for fortsat eksistens ved at flytte fra en verden til en anden, hvilket giver ham mulighed for at overleve.

Her forbliver en selvbevidst rationel observatør så at sige i en "sund krop" kun i et relativt lille antal mulige tilstande, hvori han bevarer selvbevidstheden. Muligheden for, at observatøren, mens han bevarer bevidstheden, vil forblive forkrøblet, er meget større, end hvis han forbliver uskadt. Ethvert system (inklusive en levende organisme) har meget flere muligheder for at fungere forkert end at forblive i ideel form. Boltzmanns ergodiske hypotese kræver, at den udødelige iagttager før eller siden vil gennemgå alle tilstande, der er forenelige med bevarelse af bevidstheden, inklusive dem, hvor han vil føle uudholdelig lidelse – og der vil være væsentligt flere sådanne tilstande end tilstande af optimal funktion af organismen. Som filosoffen David Lewis foreslår, bør vi således håbe, at mange-verdenernes fortolkning er forkert.

Du har sikkert hørt mere end én gang, at der er sådan et fænomen som "Schrödingers kat". Men hvis du ikke er fysiker, har du højst sandsynligt kun en vag idé om, hvilken slags kat dette er, og hvorfor det er nødvendigt.
"Schrödingers kat" er navnet på det berømte tankeeksperiment af den berømte østrigske teoretiske fysiker Erwin Schrödinger, som også er nobelprisvinder. Ved hjælp af dette fiktive eksperiment ønskede videnskabsmanden at vise kvantemekanikkens ufuldstændighed i overgangen fra subatomare systemer til makroskopiske systemer.
Denne artikel forsøger at forklare med enkle ord essensen af Schrödingers teori om katten og kvantemekanikken, så den er tilgængelig for en person, der ikke har en videregående teknisk uddannelse. Artiklen vil også præsentere forskellige fortolkninger af eksperimentet, herunder dem fra tv-serien "The Big Bang Theory."
Tilfreds:
1. Beskrivelse af forsøget
2. Forklaring i enkle ord
3. Video fra The Big Bang Theory
4. Anmeldelser og kommentarer
Beskrivelse af forsøget
Den originale artikel af Erwin Schrödinger blev offentliggjort i 1935. I det blev eksperimentet beskrevet ved hjælp af teknikken til sammenligning eller endda personificering:

Du kan også konstruere sager, hvor der er noget af en burlesk. Lad en kat blive lukket inde stål kammer sammen med følgende djævelske maskine (som burde være uanset kattens indgriben): inde i Geiger-tælleren er der en lillebitte mængde radioaktivt stof, så lille, at kun et atom kan henfalde inden for en time, men med samme sandsynlighed kan det ikke ; hvis dette sker, aflades læserøret, og relæet aktiveres, hvorved hammeren udløses, som knækker kolben med blåsyre.
Hvis vi overlader hele dette system til sig selv i en time, så kan vi sige, at katten vil være i live efter dette tidspunkt, så længe atomet ikke går i opløsning. Den allerførste opløsning af atomet ville forgifte katten. psi-funktionen af systemet som helhed vil udtrykke dette ved at blande eller smøre en levende og en død kat (undskyld udtrykket) i lige store dele. Det er typisk i sådanne tilfælde, at usikkerheden i starten begrænsede atomare verden, omdannes til makroskopisk usikkerhed, som kan elimineres ved direkte observation. Dette forhindrer os i naivt at acceptere "sløringsmodellen" som afspejler virkeligheden. Dette betyder i sig selv ikke noget uklart eller selvmodsigende. Der er forskel på et sløret eller ude af fokus billede og et billede af skyer eller tåge.
________________________________________
Med andre ord:
1. Der er en boks og en kat. Æsken indeholder en mekanisme indeholdende en radioaktiv atomkerne og en beholder med giftig gas. De eksperimentelle parametre blev valgt således, at sandsynligheden for nukleart henfald på 1 time er 50 %. Hvis kernen går i opløsning, åbner en beholder med gas sig, og katten dør. Hvis kernen ikke henfalder, forbliver katten i live og har det godt.
2. Vi lukker katten i en boks, venter en time og spørger os selv: er katten levende eller død?
3. Kvantemekanikken synes at fortælle os, at atomkernen (og derfor katten) er i alle mulige tilstande samtidigt (se kvantesuperposition). Inden vi åbner boksen, er kattekernesystemet i tilstanden "kernen er henfaldet, katten er død" med en sandsynlighed på 50% og i tilstanden "kernen er ikke henfalden, katten er i live" med en sandsynlighed på 50 %. Det viser sig, at katten, der sidder i kassen, både er levende og død på samme tid.
4. Ifølge den moderne københavnerfortolkning er katten levende/død uden nogen mellemtilstande. Og valget af kernens henfaldstilstand sker ikke i det øjeblik, boksen åbnes, men selv når kernen kommer ind i detektoren. Fordi reduktionen af bølgefunktionen af "cat-detector-nucleus"-systemet ikke er forbundet med den menneskelige observatør af kassen, men er forbundet med detektor-observatøren af kernen.

Forklaring i enkle ord
Ifølge kvantemekanikken, hvis der ikke foretages nogen observation af kernen i et atom, så beskrives dets tilstand af en blanding af to tilstande - en henfalden kerne og en uforfalden kerne, derfor en kat, der sidder i en kasse og personificerer kernen af et atom er både levende og dødt på samme tid. Hvis kassen åbnes, kan eksperimentatoren kun se én bestemt tilstand - "kernen er forfaldet, katten er død" eller "kernen er ikke forfalden, katten er i live."
Essensen i det menneskelige sprog: Schrödingers eksperiment viste, at fra et kvantemekanisk synspunkt er katten både levende og død, hvilket ikke kan være. Derfor har kvantemekanikken betydelige mangler.
Spørgsmålet er: hvornår ophører et system med at eksistere som en blanding af to stater og vælger én bestemt? Formålet med forsøget er at vise, at kvantemekanikken er ufuldstændig uden nogle regler, der indikerer, under hvilke forhold bølgefunktionen kollapser og katten enten bliver død eller forbliver i live, men er ikke længere en blanding af begge dele. Da det er klart, at en kat enten skal være levende eller død (der er ingen tilstand mellem liv og død), vil dette være ens for atomkernen. Den skal enten være forfalden eller uforfalden (Wikipedia).
Video fra The Big Bang Theory
En anden nyere fortolkning af Schrödingers tankeeksperiment er en historie, som Sheldon Cooper, helten fra Big Bang Theory, fortalte sin mindre uddannede nabo Penny. Pointen med Sheldons historie er, at begrebet Schrödingers kat kan anvendes på menneskelige relationer. For at forstå, hvad der sker mellem en mand og en kvinde, hvilken slags forhold er mellem dem: godt eller dårligt, du skal bare åbne kassen. Indtil da er forholdet både godt og dårligt.
Nedenfor er et videoklip af denne Big Bang Theory-udveksling mellem Sheldon og Penia.
Forblev katten i live som følge af eksperimentet?
For dem, der ikke læste artiklen omhyggeligt, men stadig er bekymrede for katten, gode nyheder: bare rolig, ifølge vores data, som et resultat af et tankeeksperiment af en skør østrigsk fysiker
INGEN KAT BLEV SKADT

Som Heisenberg forklarede os, er beskrivelsen af objekter i kvantemikroverdenen på grund af usikkerhedsprincippet af en anden karakter end den sædvanlige beskrivelse af objekter i den newtonske makroverden. I stedet for rumlige koordinater og hastighed, som vi er vant til at beskrive mekanisk bevægelse, f.eks. en bold langs billardbord, i kvantemekanikken er objekter beskrevet af den såkaldte bølgefunktion. Toppen af "bølgen" svarer til den maksimale sandsynlighed for at finde en partikel i rummet i måleøjeblikket. Bevægelsen af en sådan bølge er beskrevet af Schrödinger-ligningen, som fortæller os, hvordan tilstanden af et kvantesystem ændrer sig over tid.

Nu om katten. Alle ved, at katte elsker at gemme sig i kasser (). Erwin Schrödinger var også ved. Desuden brugte han med ren nordisk fanatisme dette træk i et berømt tankeeksperiment. Essensen af det var, at der var en kat låst inde i en kasse med en infernalsk maskine. Maskinen er via et relæ forbundet til et kvantesystem, for eksempel et radioaktivt henfaldende stof. Sandsynligheden for henfald er kendt og er 50%. Den infernalske maskine udløses, når systemets kvantetilstand ændrer sig (der opstår henfald), og katten dør fuldstændigt. Hvis du lader "Kattekassen-helvedesmaskine-kvanta"-systemet være for sig selv i en time og husker, at tilstanden af et kvantesystem er beskrevet i form af sandsynlighed, så bliver det klart, at det nok ikke vil være muligt at finde ud af om katten er i live eller ej på et givet tidspunkt, ligesom det ikke på forhånd vil være muligt præcist at forudsige en møntfald på hoveder eller hale. Paradokset er meget simpelt: Bølgefunktionen, der beskriver et kvantesystem, blander en kats to tilstande – den er levende og død på samme tid, ligesom en bundet elektron med lige stor sandsynlighed kan lokaliseres et hvilket som helst sted i rummet med lige stor afstand fra atomkernen. Hvis vi ikke åbner kassen, ved vi ikke præcis, hvordan katten har det. Uden at foretage observationer (læs målinger) af en atomkerne, kan vi kun beskrive dens tilstand ved superposition (blanding) af to tilstande: en henfalden og uforfalden kerne. En kat i nuklear afhængighed er både levende og død på samme tid. Spørgsmålet er: hvornår ophører et system med at eksistere som en blanding af to stater og vælger én bestemt?

Den københavnske fortolkning af eksperimentet fortæller os, at systemet ophører med at være en blanding af tilstande og vælger en af dem i det øjeblik, hvor der sker en observation, hvilket også er en måling (boksen åbner). Det vil sige, at selve målingen ændrer den fysiske virkelighed, hvilket fører til kollaps af bølgefunktionen (katten bliver enten død eller forbliver i live, men holder op med at være en blanding af begge dele)! Tænk over det, eksperimentet og de målinger, der ledsager det, ændrer virkeligheden omkring os. Personligt generer dette faktum min hjerne meget mere end alkohol. Den velkendte Steve Hawking har også svært ved at opleve dette paradoks, og gentager, at når han hører om Schrödingers kat, rækker hans hånd ud til Browningen. Sværhedsgraden af reaktionen fra den fremragende teoretiske fysiker skyldes, at efter hans mening er observatørens rolle i sammenbruddet af bølgefunktionen (dens sammenbrud i en af to sandsynlige) tilstande meget overdrevet.

Da professor Erwin udtænkte sin kattehån tilbage i 1935, var det selvfølgelig en genial måde at vise kvantemekanikkens ufuldkommenhed. Faktisk kan en kat ikke være levende og død på samme tid. Som et resultat af en af fortolkningerne af eksperimentet blev det tydeligt, at der var en modsætning mellem makroverdenens love (for eksempel termodynamikkens anden lov - katten er enten levende eller død) og mikro- verden (katten er levende og død på samme tid).

En anden nyere fortolkning af Schrödingers tankeeksperiment er en historie, som Sheldon Cooper, helten fra Big Bang Theory, fortalte sin mindre uddannede nabo Penny. Pointen med Sheldons historie er, at begrebet Schrödingers kat kan anvendes på menneskelige relationer. For at forstå, hvad der sker mellem en mand og en kvinde, hvilken slags forhold er mellem dem: godt eller dårligt, du skal bare åbne kassen. Indtil da er forholdet både godt og dårligt.