निश्चित रूप से आपने एक से अधिक बार सुना होगा कि "श्रोडिंगर की बिल्ली" जैसी कोई घटना होती है। लेकिन यदि आप भौतिक विज्ञानी नहीं हैं, तो सबसे अधिक संभावना है कि आपके पास केवल एक अस्पष्ट विचार है कि यह किस प्रकार की बिल्ली है और इसकी आवश्यकता क्यों है।

« श्रोडिंगर की बिल्ली“- यह प्रसिद्ध ऑस्ट्रियाई सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर के प्रसिद्ध विचार प्रयोग का नाम है, जो नोबेल पुरस्कार विजेता भी हैं। इस काल्पनिक प्रयोग की सहायता से वैज्ञानिक उपपरमाण्विक प्रणालियों से स्थूल प्रणालियों में संक्रमण में क्वांटम यांत्रिकी की अपूर्णता को दिखाना चाहते थे।

यह लेख बिल्ली और क्वांटम यांत्रिकी के बारे में श्रोडिंगर के सिद्धांत के सार को सरल शब्दों में समझाने का एक प्रयास है, ताकि यह उस व्यक्ति के लिए भी सुलभ हो जिसके पास उच्च तकनीकी शिक्षा नहीं है। लेख में प्रयोग की विभिन्न व्याख्याएँ भी प्रस्तुत की जाएंगी, जिनमें टीवी श्रृंखला "द बिग बैंग थ्योरी" भी शामिल है।

प्रयोग का विवरण

इरविन श्रोडिंगर का मूल लेख 1935 में प्रकाशित हुआ था। इसमें, प्रयोग का वर्णन किया गया था या यहां तक ​​कि मानवीकरण भी किया गया था:

आप ऐसे मामले भी बना सकते हैं जिनमें काफी बोझिलता हो। किसी बिल्ली को निम्नलिखित शैतानी मशीन के साथ एक स्टील चैंबर में बंद कर दिया जाए (जो कि बिल्ली के हस्तक्षेप की परवाह किए बिना होना चाहिए): गीगर काउंटर के अंदर थोड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी पदार्थ होता है, इतना छोटा कि एक घंटे में केवल एक परमाणु ही क्षय हो सकता है, लेकिन उसी संभावना के साथ विघटित नहीं हो सकता; यदि ऐसा होता है, तो रीडिंग ट्यूब डिस्चार्ज हो जाती है और रिले सक्रिय हो जाता है, जिससे हथौड़ा छूट जाता है, जो हाइड्रोसायनिक एसिड के साथ फ्लास्क को तोड़ देता है।

यदि हम इस पूरे सिस्टम को एक घंटे के लिए अपने ऊपर छोड़ दें तो हम कह सकते हैं कि बिल्ली इस समय के बाद भी जीवित रहेगी, जब तक कि परमाणु विघटित न हो जाए। पहला परमाणु क्षय बिल्ली को जहर देगा। समग्र रूप से सिस्टम का पीएसआई-फ़ंक्शन एक जीवित और एक मृत बिल्ली (अभिव्यक्ति को क्षमा करें) को समान भागों में मिलाकर या धुंधला करके इसे व्यक्त करेगा। ऐसे मामलों में जो विशेषता है वह यह है कि मूल रूप से परमाणु दुनिया तक सीमित अनिश्चितता स्थूल अनिश्चितता में बदल जाती है, जिसे प्रत्यक्ष अवलोकन द्वारा समाप्त किया जा सकता है। यह हमें वास्तविकता को प्रतिबिंबित करने वाले "धुंधले मॉडल" को स्वीकार करने से रोकता है। इसका अपने आप में कोई अस्पष्ट या विरोधाभासी मतलब नहीं है। धुंधली या फोकस से बाहर की तस्वीर और बादलों या कोहरे की तस्वीर के बीच अंतर है।

दूसरे शब्दों में:

1. वहाँ एक बक्सा और एक बिल्ली है. बॉक्स में एक तंत्र होता है जिसमें एक रेडियोधर्मी परमाणु नाभिक और जहरीली गैस का एक कंटेनर होता है। प्रायोगिक मापदंडों का चयन इसलिए किया गया ताकि 1 घंटे में परमाणु क्षय की संभावना 50% हो। यदि नाभिक विघटित हो जाता है, तो गैस का एक कंटेनर खुल जाता है और बिल्ली मर जाती है। यदि नाभिक का क्षय नहीं होता है, तो बिल्ली जीवित और स्वस्थ रहती है।
2. हम बिल्ली को एक बक्से में बंद करते हैं, एक घंटे तक प्रतीक्षा करते हैं और सवाल पूछते हैं: क्या बिल्ली जीवित है या मर गई है?
3. क्वांटम यांत्रिकी हमें यह बताती प्रतीत होती है कि परमाणु नाभिक (और इसलिए बिल्ली) एक साथ सभी संभावित अवस्थाओं में है (क्वांटम सुपरपोज़िशन देखें)। बॉक्स खोलने से पहले, कैट-कोर सिस्टम 50% की संभावना के साथ "नाभिक क्षय हो गया है, बिल्ली मर गई है" स्थिति में है और "नाभिक क्षय नहीं हुआ है, बिल्ली जीवित है" स्थिति में है 50% की संभावना. पता चला कि डिब्बे में बैठी बिल्ली एक ही समय में जीवित और मृत दोनों है।
4. आधुनिक कोपेनहेगन व्याख्या के अनुसार, बिल्ली बिना किसी मध्यवर्ती अवस्था के जीवित/मृत है। और नाभिक की क्षय अवस्था का चुनाव बॉक्स खोलने के समय नहीं होता है, बल्कि तब भी होता है जब नाभिक डिटेक्टर में प्रवेश करता है। क्योंकि "कैट-डिटेक्टर-न्यूक्लियस" प्रणाली के तरंग फ़ंक्शन की कमी बॉक्स के मानव पर्यवेक्षक से जुड़ी नहीं है, बल्कि न्यूक्लियस के डिटेक्टर-पर्यवेक्षक से जुड़ी है।

सरल शब्दों में व्याख्या

क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, यदि किसी परमाणु के नाभिक का अवलोकन नहीं किया जाता है, तो इसकी स्थिति को दो अवस्थाओं के मिश्रण से वर्णित किया जाता है - एक क्षयकारी नाभिक और एक अविघटित नाभिक, इसलिए, एक बिल्ली एक बक्से में बैठी है और एक परमाणु के नाभिक का मानवीकरण कर रही है। एक ही समय में जीवित और मृत दोनों है। यदि बॉक्स खोला जाता है, तो प्रयोगकर्ता केवल एक विशिष्ट स्थिति देख सकता है - "नाभिक क्षय हो गया है, बिल्ली मर गई है" या "नाभिक क्षय नहीं हुआ है, बिल्ली जीवित है।"

मानव भाषा में सार: श्रोडिंगर के प्रयोग से पता चला कि, क्वांटम यांत्रिकी के दृष्टिकोण से, बिल्ली जीवित और मृत दोनों है, जो नहीं हो सकती। इसलिए, क्वांटम यांत्रिकी में महत्वपूर्ण खामियां हैं।

सवाल यह है: कब एक प्रणाली दो राज्यों के मिश्रण के रूप में अस्तित्व में रहना बंद कर देती है और एक विशिष्ट राज्य को चुनती है? प्रयोग का उद्देश्य यह दिखाना है कि क्वांटम यांत्रिकी कुछ नियमों के बिना अधूरी है जो इंगित करती है कि किन परिस्थितियों में तरंग फ़ंक्शन ढह जाता है, और बिल्ली या तो मृत हो जाती है या जीवित रहती है, लेकिन दोनों का मिश्रण नहीं रह जाती है। चूँकि यह स्पष्ट है कि एक बिल्ली या तो जीवित या मृत होनी चाहिए (जीवन और मृत्यु के बीच कोई मध्यवर्ती स्थिति नहीं है), यह परमाणु नाभिक के लिए समान होगा। इसे या तो क्षयग्रस्त या अक्षयित होना चाहिए (विकिपीडिया)।

बिग बैंग थ्योरी से वीडियो

श्रोडिंगर के विचार प्रयोग की एक और हालिया व्याख्या एक कहानी है जो बिग बैंग थ्योरी के चरित्र शेल्डन कूपर ने अपने कम शिक्षित पड़ोसी पेनी को बताई थी। शेल्डन की कहानी का मुद्दा यह है कि श्रोडिंगर की बिल्ली की अवधारणा को मानवीय रिश्तों पर लागू किया जा सकता है। यह समझने के लिए कि एक पुरुष और एक महिला के बीच क्या हो रहा है, उनके बीच किस तरह का रिश्ता है: अच्छा या बुरा, आपको बस बॉक्स खोलने की जरूरत है। तब तक रिश्ता अच्छा भी होता है और बुरा भी।

नीचे शेल्डन और पेनिया के बीच इस बिग बैंग थ्योरी एक्सचेंज का एक वीडियो क्लिप है।

क्या प्रयोग के परिणामस्वरूप बिल्ली जीवित रही?

उन लोगों के लिए जिन्होंने लेख को ध्यान से नहीं पढ़ा, लेकिन अभी भी बिल्ली के बारे में चिंतित हैं, अच्छी खबर: चिंता न करें, हमारे आंकड़ों के अनुसार, यह एक पागल ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी के विचार प्रयोग का परिणाम है।

किसी बिल्ली को चोट नहीं आई

एक प्रकार का "द्वितीयक" गुण था। वह स्वयं शायद ही कभी किसी विशिष्ट वैज्ञानिक समस्या से निपटते थे। उनके काम की पसंदीदा शैली किसी और के वैज्ञानिक अनुसंधान, इस काम के विकास या इसकी आलोचना की प्रतिक्रिया थी। इस तथ्य के बावजूद कि श्रोडिंगर स्वयं स्वभाव से एक व्यक्तिवादी थे, उन्हें आगे के काम के लिए हमेशा किसी और के विचार, समर्थन की आवश्यकता होती थी। इस अनोखे दृष्टिकोण के बावजूद, श्रोडिंगर कई खोजें करने में कामयाब रहे।

जीवन संबन्धित जानकारी

श्रोडिंगर का सिद्धांत अब न केवल भौतिकी और गणित विभाग के छात्रों को पता है। यह लोकप्रिय विज्ञान में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए रुचिकर होगा। यह सिद्धांत प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी ई. श्रोडिंगर द्वारा बनाया गया था, जो इतिहास में क्वांटम यांत्रिकी के रचनाकारों में से एक के रूप में दर्ज हुए। वैज्ञानिक का जन्म 12 अगस्त, 1887 को एक ऑयलक्लोथ फैक्ट्री के मालिक के परिवार में हुआ था। अपनी पहेली के लिए दुनिया भर में मशहूर भावी वैज्ञानिक को बचपन में वनस्पति विज्ञान और चित्रकारी का शौक था। उनके पहले गुरु उनके पिता थे। 1906 में, श्रोडिंगर ने वियना विश्वविद्यालय में अपनी पढ़ाई शुरू की, जिसके दौरान उन्होंने भौतिकी की प्रशंसा करना शुरू कर दिया। जब प्रथम विश्व युद्ध आया, तो वैज्ञानिक एक तोपची के रूप में सेवा करने चले गये। अपने खाली समय में उन्होंने अल्बर्ट आइंस्टीन के सिद्धांतों का अध्ययन किया।

1927 की शुरुआत तक विज्ञान में एक नाटकीय स्थिति विकसित हो गई थी। ई. श्रोडिंगर का मानना ​​था कि क्वांटम प्रक्रियाओं के सिद्धांत का आधार तरंग निरंतरता का विचार होना चाहिए। इसके विपरीत, हाइजेनबर्ग का मानना ​​था कि ज्ञान के इस क्षेत्र की नींव तरंगों की विसंगति की अवधारणा के साथ-साथ क्वांटम छलांग का विचार भी होनी चाहिए। नील्स बोह्र ने कोई भी पद स्वीकार नहीं किया।

विज्ञान में प्रगति

श्रोडिंगर को 1933 में तरंग यांत्रिकी की अवधारणा के निर्माण के लिए नोबेल पुरस्कार मिला। हालाँकि, शास्त्रीय भौतिकी की परंपराओं में पले-बढ़े वैज्ञानिक अन्य श्रेणियों में नहीं सोच सकते थे और क्वांटम यांत्रिकी को ज्ञान की पूर्ण शाखा नहीं मानते थे। वह कणों के दोहरे व्यवहार से संतुष्ट नहीं हो सके और उन्होंने इसे विशेष रूप से तरंग व्यवहार तक सीमित करने का प्रयास किया। एन. बोह्र के साथ अपनी चर्चा में, श्रोडिंगर ने इसे इस तरह रखा: "अगर हम विज्ञान में इन क्वांटम छलांगों को संरक्षित करने की योजना बनाते हैं, तो मुझे आमतौर पर अफसोस होता है कि मैंने अपने जीवन को परमाणु भौतिकी से जोड़ा।"

शोधकर्ता का आगे का कार्य

इसके अलावा, श्रोडिंगर न केवल आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी के रचनाकारों में से एक थे। यह वह वैज्ञानिक थे जिन्होंने "वर्णन की वस्तुनिष्ठता" शब्द को वैज्ञानिक उपयोग में लाया। यह पर्यवेक्षक की भागीदारी के बिना वास्तविकता का वर्णन करने की वैज्ञानिक सिद्धांतों की क्षमता है। उनका आगे का शोध सापेक्षता के सिद्धांत, थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं और नॉनलाइनियर बॉर्न इलेक्ट्रोडायनामिक्स के लिए समर्पित था। वैज्ञानिकों ने एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत बनाने के लिए भी कई प्रयास किए हैं। इसके अलावा, ई. श्रोडिंगर छह भाषाएँ बोलते थे।

सबसे मशहूर पहेली

श्रोडिंगर का सिद्धांत, जिसमें वही बिल्ली दिखाई देती है, क्वांटम सिद्धांत की वैज्ञानिक आलोचना से विकसित हुई। इसके मुख्य सिद्धांतों में से एक में कहा गया है कि हालांकि सिस्टम का अवलोकन नहीं किया जा रहा है, यह सुपरपोजिशन की स्थिति में है। अर्थात्, दो या दो से अधिक राज्यों में जो एक दूसरे के अस्तित्व को बाहर करते हैं। विज्ञान में सुपरपोज़िशन की स्थिति की निम्नलिखित परिभाषा है: यह एक क्वांटम की क्षमता है, जो एक इलेक्ट्रॉन, फोटॉन या, उदाहरण के लिए, एक परमाणु का नाभिक भी हो सकता है, एक साथ दो अवस्थाओं में या दो बिंदुओं पर भी हो सकता है अंतरिक्ष में ऐसे क्षण में जब कोई उसे देख नहीं रहा हो।

विभिन्न दुनियाओं में वस्तुएँ

एक सामान्य व्यक्ति के लिए ऐसी परिभाषा को समझना बहुत कठिन है। आख़िरकार, भौतिक संसार की प्रत्येक वस्तु या तो अंतरिक्ष में एक बिंदु पर या दूसरे पर हो सकती है। इस घटना को इस प्रकार चित्रित किया जा सकता है। पर्यवेक्षक दो बक्से लेता है और उनमें से एक में टेनिस बॉल रखता है। इससे साफ हो जाएगा कि यह एक डिब्बे में है, दूसरे में नहीं. लेकिन यदि आप किसी एक पात्र में एक इलेक्ट्रॉन डालते हैं, तो निम्नलिखित कथन सत्य होगा: यह कण एक साथ दो बक्सों में है, चाहे यह कितना भी विरोधाभासी क्यों न लगे। उसी तरह, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन एक समय या किसी अन्य पर कड़ाई से परिभाषित बिंदु पर स्थित नहीं होता है। यह कक्षा के सभी बिंदुओं पर एक साथ स्थित होकर, कोर के चारों ओर घूमता है। विज्ञान में, इस घटना को "इलेक्ट्रॉन बादल" कहा जाता है।

वैज्ञानिक क्या सिद्ध करना चाहते थे?

इस प्रकार, छोटी और बड़ी वस्तुओं का व्यवहार पूरी तरह से अलग-अलग नियमों के अनुसार लागू किया जाता है। क्वांटम दुनिया में कुछ कानून हैं, और मैक्रोवर्ल्ड में - पूरी तरह से अलग। हालाँकि, ऐसी कोई अवधारणा नहीं है जो लोगों से परिचित भौतिक वस्तुओं की दुनिया से सूक्ष्म जगत में संक्रमण की व्याख्या कर सके। श्रोडिंगर का सिद्धांत भौतिकी के क्षेत्र में अनुसंधान की अपर्याप्तता को प्रदर्शित करने के लिए बनाया गया था। वैज्ञानिक यह दिखाना चाहते थे कि एक विज्ञान है जिसका लक्ष्य छोटी वस्तुओं का वर्णन करना है, और ज्ञान का एक क्षेत्र है जो सामान्य वस्तुओं का अध्ययन करता है। वैज्ञानिक के काम के लिए धन्यवाद, भौतिकी को दो क्षेत्रों में विभाजित किया गया था: क्वांटम और शास्त्रीय।

श्रोडिंगर का सिद्धांत: विवरण

वैज्ञानिक ने 1935 में अपने प्रसिद्ध विचार प्रयोग का वर्णन किया। इसे क्रियान्वित करने में, श्रोडिंगर ने सुपरपोज़िशन के सिद्धांत पर भरोसा किया। श्रोडिंगर ने इस बात पर जोर दिया कि जब तक हम फोटॉन का निरीक्षण नहीं करते, यह या तो एक कण या तरंग हो सकता है; लाल और हरा दोनों; गोल और चौकोर दोनों। अनिश्चितता का यह सिद्धांत, जो सीधे क्वांटम द्वैतवाद की अवधारणा से आता है, का उपयोग श्रोडिंगर ने बिल्ली के बारे में अपनी प्रसिद्ध पहेली में किया था। प्रयोग का अर्थ संक्षेप में इस प्रकार है:

• एक बिल्ली को एक बंद बक्से में रखा गया है, साथ ही एक कंटेनर में हाइड्रोसायनिक एसिड और एक रेडियोधर्मी पदार्थ रखा गया है।
• नाभिक एक घंटे के भीतर विघटित हो सकता है। इसकी संभावना 50% है.
• यदि किसी परमाणु नाभिक का क्षय होता है, तो इसे गीगर काउंटर द्वारा रिकॉर्ड किया जाएगा। तंत्र काम करेगा और जहर का डिब्बा टूट जायेगा. बिल्ली मर जायेगी.
• यदि क्षय नहीं होता है, तो श्रोडिंगर की बिल्ली जीवित रहेगी।

इस सिद्धांत के अनुसार, जब तक बिल्ली को नहीं देखा जाता, तब तक वह एक परमाणु के नाभिक की तरह (मृत और जीवित नहीं) एक साथ दो अवस्थाओं में होती है। बेशक, यह केवल क्वांटम दुनिया के नियमों के अनुसार ही संभव है। स्थूल जगत में, एक बिल्ली एक ही समय में जीवित और मृत दोनों नहीं हो सकती।

पर्यवेक्षक का विरोधाभास

श्रोडिंगर के सिद्धांत के सार को समझने के लिए पर्यवेक्षक के विरोधाभास को समझना भी आवश्यक है। इसका अर्थ यह है कि सूक्ष्म जगत की वस्तुएँ एक साथ दो अवस्थाओं में तभी हो सकती हैं जब उनका अवलोकन न किया जाये। उदाहरण के लिए, तथाकथित "2 स्लिट और एक पर्यवेक्षक के साथ प्रयोग" विज्ञान में जाना जाता है। वैज्ञानिकों ने इलेक्ट्रॉनों की एक किरण को एक अपारदर्शी प्लेट पर निर्देशित किया जिसमें दो ऊर्ध्वाधर स्लिट बने थे। प्लेट के पीछे स्क्रीन पर, इलेक्ट्रॉनों ने एक तरंग पैटर्न चित्रित किया। दूसरे शब्दों में, उन्होंने काली और सफेद धारियाँ छोड़ीं। जब शोधकर्ताओं ने यह देखना चाहा कि इलेक्ट्रॉन स्लिट के माध्यम से कैसे उड़ते हैं, तो कणों ने स्क्रीन पर केवल दो ऊर्ध्वाधर धारियां प्रदर्शित कीं। वे तरंगों की तरह नहीं, कणों की तरह व्यवहार करते थे।

कोपेनहेगन स्पष्टीकरण

श्रोडिंगर के सिद्धांत की आधुनिक व्याख्या कोपेनहेगन कहा जाता है। पर्यवेक्षक के विरोधाभास के आधार पर, यह इस तरह लगता है: जब तक कोई भी सिस्टम में परमाणु के नाभिक का निरीक्षण नहीं करता है, तब तक यह एक साथ दो अवस्थाओं में होता है - क्षयग्रस्त और अक्षयित। हालाँकि, यह कथन कि एक बिल्ली एक ही समय में जीवित और मृत है, बेहद गलत है। आख़िरकार, स्थूल जगत में वही घटनाएँ कभी नहीं देखी जातीं जो सूक्ष्म जगत में देखी जाती हैं।

इसलिए, हम "कैट-न्यूक्लियस" प्रणाली के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, बल्कि इस तथ्य के बारे में कि गीगर काउंटर और परमाणु नाभिक आपस में जुड़े हुए हैं। माप किए जाने के समय कर्नेल एक या दूसरे राज्य को चुन सकता है। हालाँकि, यह चुनाव उस समय नहीं होता जब प्रयोगकर्ता श्रोडिंगर की बिल्ली वाला बॉक्स खोलता है। वास्तव में, बक्से का उद्घाटन स्थूल जगत में होता है। दूसरे शब्दों में, एक ऐसी प्रणाली में जो परमाणु दुनिया से बहुत दूर है। इसलिए, नाभिक ठीक उसी समय अपनी स्थिति का चयन करता है जब वह गीजर काउंटर डिटेक्टर से टकराता है। इस प्रकार, इरविन श्रोडिंगर ने अपने विचार प्रयोग में प्रणाली का पूरी तरह से वर्णन नहीं किया।

सामान्य निष्कर्ष

इस प्रकार, मैक्रोसिस्टम को सूक्ष्म जगत से जोड़ना पूरी तरह से सही नहीं है। स्थूल जगत में, क्वांटम नियम अपना बल खो देते हैं। परमाणु का नाभिक केवल सूक्ष्म जगत में ही एक साथ दो अवस्थाओं में हो सकता है। बिल्ली के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता, क्योंकि वह स्थूल जगत की एक वस्तु है। इसलिए, केवल पहली नज़र में ऐसा लगता है कि बॉक्स खुलने के समय बिल्ली सुपरपोज़िशन से किसी एक राज्य में चली जाती है। वास्तव में, इसका भाग्य उस समय निर्धारित होता है जब परमाणु नाभिक डिटेक्टर के साथ संपर्क करता है। निष्कर्ष इस प्रकार निकाला जा सकता है: इरविन श्रोडिंगर की पहेली में सिस्टम की स्थिति का व्यक्ति से कोई लेना-देना नहीं है। यह प्रयोगकर्ता पर नहीं, बल्कि डिटेक्टर पर निर्भर करता है - वह वस्तु जो नाभिक का "अवलोकन" करती है।

अवधारणा की निरंतरता

श्रोडिंगर के सिद्धांत को सरल शब्दों में इस प्रकार वर्णित किया गया है: जबकि पर्यवेक्षक प्रणाली को नहीं देख रहा है, यह एक साथ दो अवस्थाओं में हो सकता है। हालाँकि, एक अन्य वैज्ञानिक, यूजीन विग्नर, आगे बढ़े और उन्होंने श्रोडिंगर की अवधारणा को पूरी तरह से बेतुकेपन के बिंदु पर लाने का फैसला किया। "क्षमा करें!" विग्नर ने कहा, "क्या होगा यदि उसका सहयोगी प्रयोगकर्ता के बगल में खड़ा होकर बिल्ली को देख रहा हो?" साथी को यह नहीं पता कि प्रयोगकर्ता ने उस समय वास्तव में क्या देखा जब उसने बिल्ली के साथ बक्सा खोला। श्रोडिंगर की बिल्ली सुपरपोज़िशन से निकलती है। हालाँकि, किसी साथी पर्यवेक्षक के लिए नहीं। केवल उस समय जब बिल्ली के भाग्य के बारे में बाद वाले को पता चल जाएगा, जानवर को अंततः जीवित या मृत कहा जा सकता है। इसके अलावा, अरबों लोग पृथ्वी ग्रह पर रहते हैं। और अंतिम निर्णय तभी हो सकता है जब प्रयोग का परिणाम सभी जीवित प्राणियों की संपत्ति बन जाए। बेशक, आप सभी लोगों को बिल्ली के भाग्य और श्रोडिंगर के सिद्धांत के बारे में संक्षेप में बता सकते हैं, लेकिन यह एक बहुत लंबी और श्रम-गहन प्रक्रिया है।

श्रोडिंगर के विचार प्रयोग द्वारा भौतिकी में क्वांटम द्वैतवाद के सिद्धांतों का कभी खंडन नहीं किया गया। एक अर्थ में, प्रत्येक प्राणी को तब तक न तो जीवित और न ही मृत (सुपरपोज़िशन में) कहा जा सकता है, जब तक कि कम से कम एक व्यक्ति उसे नहीं देख रहा हो।

यहां "पूर्वी रहस्यवाद", चम्मच मोड़ने या अतीन्द्रिय बोध की तलाश न करें। क्वांटम यांत्रिकी की सच्ची कहानी की तलाश करें, जिसकी सच्चाई किसी भी कल्पना से अधिक आश्चर्यजनक है। यह विज्ञान है: इसे किसी अन्य दर्शन से संगठनों की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि यह स्वयं सुंदरता, रहस्य और आश्चर्य से भरा है। यह पुस्तक विशिष्ट प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करती है: "वास्तविकता क्या है?" और उत्तर (या उत्तर) आपको आश्चर्यचकित कर सकता है। आपको शायद यकीन न हो. लेकिन आप समझ जाएंगे कि आधुनिक विज्ञान दुनिया को कैसे देखता है।

शीर्षक में बिल्ली एक पौराणिक प्राणी है, लेकिन श्रोडिंगर वास्तव में अस्तित्व में था। इरविन श्रोडिंगर एक ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक थे, जिन्होंने 1920 के दशक के मध्य में विज्ञान की एक शाखा के समीकरण बनाने में प्रमुख भूमिका निभाई थी जिसे अब क्वांटम यांत्रिकी कहा जाता है। हालाँकि, यह कहना कि क्वांटम यांत्रिकी विज्ञान की सिर्फ एक शाखा है, शायद ही सच है, क्योंकि यह सभी आधुनिक विज्ञान का आधार है। इसके समीकरण बहुत छोटी वस्तुओं - परमाणुओं के आकार और उससे छोटी - के व्यवहार का वर्णन करते हैं और प्रतिनिधित्व करते हैं एकमात्र वस्तुसबसे छोटे कणों की दुनिया का वर्णन. इन समीकरणों के बिना, भौतिक विज्ञानी कार्यशील परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (या बमों) को डिजाइन करने, लेजर बनाने या यह समझाने में सक्षम नहीं होंगे कि सूर्य का तापमान कैसे कम नहीं होता है। क्वांटम यांत्रिकी के बिना, रसायन विज्ञान अभी भी अंधकार युग में होता और आणविक जीव विज्ञान बिल्कुल भी प्रकट नहीं होता: डीएनए का कोई ज्ञान नहीं होता, कोई आनुवंशिक इंजीनियरिंग नहीं होती, कुछ भी नहीं होता।

क्वांटम सिद्धांत विज्ञान की सबसे बड़ी उपलब्धि है, सापेक्षता के सिद्धांत की तुलना में कहीं अधिक महत्वपूर्ण और प्रत्यक्ष, व्यावहारिक अर्थ में कहीं अधिक लागू है। और फिर भी वह कुछ अजीब भविष्यवाणियाँ करती है। क्वांटम यांत्रिकी की दुनिया वास्तव में इतनी असामान्य है कि अल्बर्ट आइंस्टीन ने भी इसे समझ से बाहर पाया और श्रोडिंगर और उनके सहयोगियों द्वारा प्राप्त सिद्धांत के सभी परिणामों को स्वीकार करने से इनकार कर दिया। कई अन्य वैज्ञानिकों की तरह, आइंस्टीन ने निर्णय लिया कि यह विश्वास करना अधिक सुविधाजनक होगा कि क्वांटम यांत्रिकी के समीकरण सिर्फ एक प्रकार की गणितीय चाल थे जो गलती से परमाणु और उप-परमाणु कणों के व्यवहार के लिए एक उचित स्पष्टीकरण प्रदान करते थे, लेकिन उनमें एक गहरी सच्चाई थी जो बेहतर थी वास्तविकता की हमारी सामान्य समझ से संबंधित है। आख़िरकार, क्वांटम यांत्रिकी कहती है कि कोई वास्तविक चीज़ नहीं है और जब हम चीज़ों का निरीक्षण नहीं करते हैं तो हम उनके व्यवहार के बारे में कुछ नहीं कह सकते हैं। श्रोडिंगर की पौराणिक बिल्ली का उद्देश्य क्वांटम और सामान्य दुनिया के बीच अंतर को स्पष्ट करना था।

क्वांटम यांत्रिकी की दुनिया में, सामान्य दुनिया से परिचित भौतिकी के नियम काम करना बंद कर देते हैं। इसके बजाय, घटनाएँ संभावनाओं से संचालित होती हैं। उदाहरण के लिए, एक रेडियोधर्मी परमाणु क्षय हो सकता है और, मान लीजिए, एक इलेक्ट्रॉन छोड़ सकता है, या नहीं भी। आप कल्पना करके एक प्रयोग कर सकते हैं कि बिल्कुल पचास प्रतिशत संभावना है कि रेडियोधर्मी पदार्थ के एक समूह के परमाणुओं में से एक एक निश्चित क्षण में क्षय हो जाएगा और यदि ऐसा होता है तो डिटेक्टर इस क्षय को पंजीकृत करेगा। आइंस्टीन की तरह क्वांटम सिद्धांत के निष्कर्षों से परेशान श्रोडिंगर ने एक बंद कमरे या बक्से में एक जीवित बिल्ली और जहर की एक बोतल और यदि क्षय होता है, तो ऐसे प्रयोग की कल्पना करके अपनी बेतुकीता प्रदर्शित करने की कोशिश की। जहर टूट जाता है और बिल्ली मर जाती है। सामान्य दुनिया में, बिल्ली के मरने की संभावना पचास प्रतिशत है और, बॉक्स को देखे बिना, हम सुरक्षित रूप से केवल एक ही बात कह सकते हैं: अंदर की बिल्ली या तो जीवित है या मर चुकी है। लेकिन यहीं पर क्वांटम दुनिया की विचित्रता का पता चलता है। सिद्धांत के अनुसार कोई नहींरेडियोधर्मी पदार्थ और इसलिए बिल्ली के लिए मौजूद दो संभावनाओं में से, यह तब तक यथार्थवादी नहीं लगता जब तक कि जो हो रहा है उसका अवलोकन न किया जाए। परमाणु क्षय नहीं हुआ और नहीं हुआ, बिल्ली नहीं मरी और नहीं मरी, जब तक हम यह पता लगाने के लिए बॉक्स में नहीं देखते कि क्या हुआ था। क्वांटम यांत्रिकी के शुद्ध संस्करण को स्वीकार करने वाले सिद्धांतकारों का तर्क है कि बिल्ली कुछ अनिश्चित स्थिति में मौजूद है, न तो जीवित है और न ही मृत है, जब तक कि एक पर्यवेक्षक बॉक्स में नहीं देखता और देखता कि स्थिति कैसे बदल गई है। जब तक अवलोकन न किया जाए, कुछ भी वास्तविक नहीं है।

इस विचार से आइंस्टीन के साथ-साथ कई अन्य लोगों को भी नफरत थी। "भगवान पासा नहीं खेलते हैं," उन्होंने इस सिद्धांत का जिक्र करते हुए कहा कि दुनिया क्वांटम स्तर पर संभावनाओं के अनिवार्य रूप से यादृच्छिक "चयन" के परिणामों की समग्रता से निर्धारित होती है। श्रोडिंगर की बिल्ली की स्थिति की असत्यता के लिए, आइंस्टीन ने इसे ध्यान में नहीं रखा, यह सुझाव देते हुए कि कुछ गहरा "तंत्र" होना चाहिए जो चीजों की वास्तविक मौलिक वास्तविकता को निर्धारित करता है। कई वर्षों तक उन्होंने ऐसे प्रयोग विकसित करने की कोशिश की जो इस गहरी वास्तविकता को काम में दिखाने में मदद करेंगे, लेकिन ऐसा प्रयोग करना संभव होने से पहले ही उनकी मृत्यु हो गई। शायद यह उनके लिए अच्छा ही था कि उन्होंने जो तर्क-शृंखला शुरू की थी उसका परिणाम देखने के लिए वह जीवित नहीं रहे।

1982 की गर्मियों में, एलेन एस्पे के नेतृत्व में पेरिस-सूद विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के एक समूह ने अवास्तविक क्वांटम दुनिया को परिभाषित करने वाली अंतर्निहित वास्तविकता को प्रकट करने के लिए डिज़ाइन किए गए प्रयोगों की एक श्रृंखला पूरी की। इस गहरी वास्तविकता - मौलिक तंत्र - को "छिपे हुए पैरामीटर" नाम दिया गया था। प्रयोग का सार एक स्रोत से विपरीत दिशाओं में उड़ रहे दो फोटॉन या प्रकाश के कणों के व्यवहार का निरीक्षण करना था। प्रयोग का पूरा वर्णन अध्याय दस में किया गया है, लेकिन कुल मिलाकर इसे एक वास्तविकता जांच माना जा सकता है। एक ही स्रोत से दो फोटॉनों का पता दो डिटेक्टरों द्वारा लगाया जा सकता है, जो ध्रुवीकरण नामक गुण को मापते हैं। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, यह गुण तब तक अस्तित्व में नहीं है जब तक इसे मापा न जाए। "छिपे हुए मापदंडों" के विचार के अनुसार, प्रत्येक फोटॉन का उसके निर्माण के क्षण से ही "वास्तविक" ध्रुवीकरण होता है। क्योंकि दो फोटॉन एक साथ उत्सर्जित होते हैं, उनके ध्रुवीकरण मान एक दूसरे पर निर्भर करते हैं, लेकिन वास्तव में मापी गई निर्भरता की प्रकृति वास्तविकता के दो दृष्टिकोणों के अनुसार भिन्न होती है।

इस महत्वपूर्ण प्रयोग के परिणाम स्पष्ट हैं. छिपे हुए मापदंडों के सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई निर्भरता की खोज नहीं की गई थी, लेकिन क्वांटम यांत्रिकी द्वारा भविष्यवाणी की गई निर्भरता की खोज की गई थी। इसके अलावा, जैसा कि क्वांटम सिद्धांत ने भविष्यवाणी की थी, एक फोटॉन पर किए गए माप का दूसरे फोटॉन की प्रकृति पर तत्काल प्रभाव पड़ता था। कुछ अंतःक्रियाओं ने फोटॉन को अटूट रूप से जोड़ा, हालांकि वे प्रकाश की गति से अलग-अलग दिशाओं में बिखरे हुए थे, और सापेक्षता के सिद्धांत में कहा गया है कि कोई भी संकेत प्रकाश से अधिक तेजी से प्रसारित नहीं किया जा सकता है। प्रयोगों से सिद्ध हो गया है कि संसार में कोई गहरी वास्तविकता नहीं है। सामान्य अर्थों में "वास्तविकता" ब्रह्मांड को बनाने वाले मूलभूत कणों के व्यवहार के बारे में सोचने के लिए उपयुक्त नहीं है, और ये कण एक ही समय में किसी अविभाज्य संपूर्ण में एक साथ जुड़े हुए प्रतीत होते हैं, जहां हर कोई जानता है कि उनके साथ क्या होता है अन्य।

श्रोडिंगर की बिल्ली की खोज क्वांटम वास्तविकता की खोज है। इस संक्षिप्त समीक्षा से ऐसा लग सकता है कि इस खोज को सफलता नहीं मिली, क्योंकि क्वांटम दुनिया में शब्द के सामान्य अर्थों में वास्तविकता मौजूद नहीं है। लेकिन कहानी यहीं ख़त्म नहीं होती है, और श्रोडिंगर की बिल्ली की खोज हमें वास्तविकता की एक नई समझ की ओर ले जा सकती है जो क्वांटम यांत्रिकी की पारंपरिक व्याख्या से परे है और साथ ही इसमें शामिल है। हालाँकि, खोज में लंबा समय लगेगा, और आपको एक ऐसे वैज्ञानिक से शुरुआत करनी होगी, जो शायद, आइंस्टीन से भी अधिक भयभीत होता अगर उसे उन सवालों के जवाब खोजने का मौका मिलता जो हमने अब दिए हैं। तीन शताब्दी पहले प्रकाश की प्रकृति का अध्ययन करते हुए, आइजैक न्यूटन को शायद इस बात का अंदाजा नहीं था कि वह पहले ही श्रोडिंगर की बिल्ली की ओर जाने वाले रास्ते पर कदम रख चुके हैं।

जो कोई भी क्वांटम सिद्धांत से हैरान नहीं है, उसने इसे नहीं समझा है।

नील्स बोह्र 1885-1962

आइजैक न्यूटन ने भौतिकी का आविष्कार किया और बाकी विज्ञान इसी पर आधारित है। जबकि न्यूटन ने निश्चित रूप से दूसरों के काम पर निर्माण किया, यह तीन शताब्दियों पहले गति के तीन नियमों और गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत का उनका प्रकाशन था जिसने विज्ञान को उस पथ पर स्थापित किया जो अंततः अंतरिक्ष अन्वेषण, लेजर, परमाणु ऊर्जा, आनुवंशिक इंजीनियरिंग, रसायन विज्ञान की समझ, और बाकी सब कुछ। दो शताब्दियों तक, न्यूटोनियन भौतिकी (जिसे अब "शास्त्रीय भौतिकी" कहा जाता है) ने विज्ञान की दुनिया पर शासन किया। क्रांतिकारी नए विचारों ने बीसवीं सदी के भौतिकी को न्यूटन से कहीं आगे बढ़ाया, लेकिन उन दो शताब्दियों के वैज्ञानिक विकास के बिना, ये विचार कभी सामने नहीं आए होते। यह पुस्तक विज्ञान का इतिहास नहीं है: यह नई भौतिकी - क्वांटम के बारे में बात करती है, न कि उन शास्त्रीय विचारों के बारे में। हालाँकि, तीन सौ साल पहले न्यूटन के काम में भी, पहले से ही संकेत हैं कि परिवर्तन अपरिहार्य है: वे ग्रहों की गति और उनकी कक्षाओं पर उनके कार्यों में नहीं, बल्कि प्रकाश की प्रकृति के उनके अध्ययन में निहित हैं।

जॉन ग्रिबिन

श्रोडिंगर की बिल्ली की तलाश में। क्वांटम भौतिकी और वास्तविकता

मुझे यह सब पसंद नहीं है, और मुझे अफसोस है कि मैं इसमें बिल्कुल भी शामिल था।

इरविन श्रोडिंगर 1887-1961

कुछ भी असली नहीं है।

जॉन लेनन 1940-1980

श्रोडिंगर की बिल्ली की तलाश में

क्वांटम भौतिकी और वास्तविकता

Z. A. Mamedyarova, E. A. फोमेंको द्वारा अंग्रेजी से अनुवाद

© 1984 जॉन और मैरी ग्रिबिन द्वारा

स्वीकृतियाँ

क्वांटम सिद्धांत से मेरा परिचय बीस साल पहले हुआ था, स्कूल में, जब मुझे पता चला कि परमाणु की शैल संरचना के सिद्धांत ने तत्वों की संपूर्ण आवधिक प्रणाली और लगभग सभी रसायन शास्त्र को जादुई रूप से समझाया है जिसके साथ मैंने संघर्ष किया था कई उबाऊ सबक. मैंने तुरंत आगे की खोज शुरू कर दी, अपने सीमित वैज्ञानिक प्रशिक्षण के लिए "बहुत जटिल" कही जाने वाली पुस्तकालय की पुस्तकों का सहारा लिया, और तुरंत क्वांटम सिद्धांत के परिप्रेक्ष्य से परमाणु स्पेक्ट्रम की व्याख्या की सुंदर सरलता पर ध्यान दिया और पहली बार पता चला कि विज्ञान में सर्वश्रेष्ठ एक साथ सुंदर और सरल है, और यह एक तथ्य है कि बहुत से शिक्षक - गलती से या जानबूझकर - अपने छात्रों से छिपाते हैं। मुझे बिल्कुल सी. पी. स्नो के उपन्यास "द सर्च" के नायक जैसा महसूस हुआ (हालाँकि मैंने इसे बहुत बाद में पढ़ा), जिसने वही चीज़ खोजी:

मैंने देखा कि कैसे उलझे हुए बेतरतीब तथ्य अचानक अपनी जगह पर आ गए... "लेकिन यह सच है," मैंने खुद से कहा। - यह बेहतरीन है। और यही सच्चाई है।" (संस्करण ए, 1963, पृ. 27.)

यह आंशिक रूप से इस अंतर्दृष्टि के कारण था कि मैंने विश्वविद्यालय में भौतिकी का अध्ययन करने का निर्णय लिया। समय के साथ, मेरी महत्वाकांक्षाएँ साकार हुईं और मैं ब्राइटन में ससेक्स विश्वविद्यालय का छात्र बन गया। लेकिन वहां, क्वांटम यांत्रिकी के समीकरणों का उपयोग करके विशिष्ट समस्याओं को हल करने के लिए विभिन्न प्रकार के विवरणों और गणितीय तरीकों से गहरे विचारों की सादगी और सुंदरता पर ग्रहण लग गया। आधुनिक भौतिकी की दुनिया में इन विचारों के अनुप्रयोग ने, शायद, गहरी सुंदरता और सच्चाई का वही विचार दिया जो पायलटिंग देता है बोइंग 747हैंग ग्लाइडिंग के बारे में. हालाँकि मूल अंतर्दृष्टि की शक्ति का मेरे करियर पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव रहा, लंबे समय तक मैंने क्वांटम दुनिया को नजरअंदाज किया और विज्ञान के अन्य आनंद की खोज की।

उस प्रारंभिक रुचि के अंगारे कारकों के संयोजन से पुनः प्रज्वलित हो गए। 1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक की शुरुआत में, ऐसी किताबें और लेख सामने आने लगे, जिनमें अलग-अलग सफलता की डिग्री के साथ, गैर-वैज्ञानिक दर्शकों को अजीब क्वांटम दुनिया को समझाने की कोशिश की गई। कुछ तथाकथित "लोकप्रिय ग्रंथ" सत्य से इतने दूर थे कि मैं कल्पना भी नहीं कर सकता था कि कोई पाठक होगा जो उनका अध्ययन करके विज्ञान की सच्चाई और सुंदरता को समझेगा, और इसलिए इसे इस तरह बताना चाहता था है। उसी समय, वैज्ञानिक प्रयोगों की एक लंबी श्रृंखला के बारे में जानकारी सामने आई, जिसने क्वांटम सिद्धांत के कुछ सबसे अजीब पहलुओं की वास्तविकता को साबित किया, और इस जानकारी ने मुझे पुस्तकालयों में वापस जाने और इन अद्भुत चीजों के बारे में अपनी समझ को ताज़ा करने के लिए मजबूर किया। और आख़िरकार, एक क्रिसमस पर, बीबीसी ने मुझे एक रेडियो कार्यक्रम में मैल्कम मुगेरिज के वैज्ञानिक प्रतिद्वंद्वी के रूप में उपस्थित होने के लिए आमंत्रित किया, जिन्होंने हाल ही में कैथोलिक धर्म में अपने रूपांतरण की घोषणा की थी और त्योहारी सीज़न के मुख्य अतिथि थे। इस महान व्यक्ति द्वारा अपनी बात कहने के बाद, ईसाई धर्म के रहस्य पर जोर देते हुए, वह मेरी ओर मुड़े और कहा, "लेकिन यहाँ कोई है जो सभी उत्तर जानता है - या उन सभी को जानने का दावा करता है।" समय सीमित था, और मैंने एक सभ्य प्रतिक्रिया देने की कोशिश की, यह बताते हुए कि विज्ञान सभी उत्तरों का दावा नहीं करता है, और यह धर्म है, विज्ञान नहीं, जो पूरी तरह से असीम विश्वास और इस विश्वास पर निर्भर करता है कि सत्य ज्ञात है। "मैं किसी भी चीज़ में विश्वास नहीं करता," मैंने कहा और अपनी स्थिति स्पष्ट करने लगा, लेकिन उसी क्षण कार्यक्रम समाप्त हो गया। क्रिसमस की छुट्टियों के दौरान, दोस्तों और परिचितों ने मुझे ये शब्द याद दिलाए, और मैंने यह दोहराते हुए घंटों बिताए कि किसी भी चीज में असीमित विश्वास की कमी ने मुझे सामान्य जीवन जीने से नहीं रोका, पूरी तरह से उचित कामकाजी परिकल्पना का उपयोग करते हुए कि सूरज के गायब होने की संभावना नहीं है रात भर.

इस सबने मुझे क्वांटम दुनिया की बुनियादी वास्तविकता - या अवास्तविकता - के बारे में लंबी चर्चा के दौरान विज्ञान की प्रकृति के बारे में अपने विचारों को सुलझाने में मदद की, और यह मुझे यह समझाने के लिए पर्याप्त था कि मैं वह पुस्तक लिख सकता हूं जो अब आपके हाथों में है। इस पर काम करते समय, मैंने टॉमी वेंस द्वारा होस्ट किए गए ब्रिटिश फोर्सेज ब्रॉडकास्टिंग कॉर्पोरेशन के विज्ञान रेडियो कार्यक्रम में अपनी नियमित उपस्थिति के दौरान कई अधिक सूक्ष्म तर्कों का परीक्षण किया। टॉम के जिज्ञासु सवालों ने मेरी प्रस्तुति की खामियों को तुरंत उजागर कर दिया और उनकी मदद से मैं अपने विचारों को बेहतर तरीके से व्यवस्थित करने में सक्षम हो गया। पुस्तक लिखने में मेरे द्वारा उपयोग की गई संदर्भ सामग्री का मुख्य स्रोत ससेक्स विश्वविद्यालय की लाइब्रेरी थी, जिसमें शायद दुनिया में क्वांटम सिद्धांत पर पुस्तकों का सबसे अच्छा संग्रह है, और पत्रिका से मैंडी कैपलिन द्वारा मेरे लिए अधिक दुर्लभ सामग्री का चयन किया गया था। नये वैज्ञानिक,जिन्होंने लगातार मुझे टेलेटाइप संदेश भेजे जबकि क्रिस्टीना सटन ने कण भौतिकी और क्षेत्र सिद्धांत के बारे में मेरी गलतफहमियों को सुधारा। मेरी पत्नी ने न केवल मुझे साहित्य की समीक्षा करने और सामग्री को व्यवस्थित करने में अमूल्य सहायता प्रदान की, बल्कि कई कठिन पहलुओं को भी नरम किया। मैं क्लॉक-इन-द-बॉक्स प्रयोग की कुछ जटिलताओं और आइंस्टीन-पोडॉल्स्की-रोसेन विरोधाभास के बारे में विस्तार से समझाने के लिए प्रोफेसर रुडोल्फ पर्ल्स का भी आभारी हूं।

इस पुस्तक के बारे में जो कुछ भी अच्छा है वह इस कारण से है: "कठिन" रसायन विज्ञान ग्रंथ, जिनके नाम अब मुझे याद नहीं हैं, जिन्हें मैंने सोलह साल की उम्र में केंट काउंटी लाइब्रेरी में खोजा था; क्वांटम विचारों के "लोकप्रिय" लोगों पर धिक्कार है जिन्होंने मुझे आश्वस्त किया कि मैं उनका बेहतर वर्णन कर सकता हूँ; मैल्कम मुगेरिज और बीबीसी; ससेक्स विश्वविद्यालय पुस्तकालय; टॉमी वेंस और बीएफबीएस;मैंडी कैपलिन और क्रिस्टीना सटन और विशेष रूप से मिन। निस्संदेह, इस पुस्तक में जो कमियाँ अभी भी बची हुई हैं, उनके संबंध में कोई भी शिकायत मुझे संबोधित की जानी चाहिए।

जॉन ग्रिबिन

जुलाई 1983

परिचय

यदि आप सामान्य लोगों के लिए लिखी गई सापेक्षता के सिद्धांत पर सभी पुस्तकों और लेखों को जोड़ दें, तो ढेर संभवतः चंद्रमा तक पहुंच जाएगा। "हर कोई जानता है" कि आइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत 20वीं सदी की सबसे बड़ी वैज्ञानिक उपलब्धि है, और हर कोई गलत है। हालाँकि, यदि आप क्वांटम सिद्धांत पर आम लोगों के लिए लिखी गई सभी पुस्तकों और लेखों को जोड़ दें, तो वे आसानी से मेरी मेज पर फिट हो जाएंगे। इसका मतलब यह नहीं है कि क्वांटम सिद्धांत को अकादमियों की दीवारों के बाहर नहीं सुना गया है। क्वांटम यांत्रिकी कुछ क्षेत्रों में लोकप्रिय भी हो गई: इसकी मदद से उन्होंने टेलीपैथी और झुकते चम्मचों को समझाने की कोशिश की, और उन्होंने कई विज्ञान कथा कहानियों के लिए इससे प्रेरणा ली। लोकप्रिय पौराणिक कथाओं में, क्वांटम यांत्रिकी जुड़ा हुआ है - यदि बिल्कुल भी - गुप्त और अतीन्द्रिय धारणा के साथ, यानी, विज्ञान की एक अजीब, गूढ़ शाखा जिसे कोई नहीं समझता है और जिसके लिए कोई भी व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं पा सकता है।

यह पुस्तक इस धारणा के विरोध में लिखी गई है कि वैज्ञानिक ज्ञान का सबसे मौलिक और महत्वपूर्ण क्षेत्र क्या है। इस पुस्तक की उत्पत्ति 1982 की गर्मियों में उत्पन्न हुई कई परिस्थितियों से हुई है। सबसे पहले, मैंने अभी-अभी सापेक्षता के सिद्धांत पर द कर्वेचर्स ऑफ स्पेस नामक पुस्तक पढ़ी है और निर्णय लिया है कि अब बीसवीं सदी के विज्ञान की अन्य महान शाखा के रहस्यों को उजागर करने का कार्य करने का समय आ गया है। दूसरे, उस समय विज्ञान से दूर लोगों के बीच क्वांटम सिद्धांत के नाम पर मौजूद गलत विचारों से मुझे बहुत चिढ़ होने लगी थी। फ्रिड्टजॉफ कैप्रा की उत्कृष्ट पुस्तक द ताओ ऑफ फिजिक्स ने कई नकलचियों को जन्म दिया जो न तो भौतिकी को समझते थे और न ही ताओ को, लेकिन उन्हें लगा कि पश्चिमी विज्ञान को पूर्वी दर्शन के साथ जोड़कर पैसा कमाया जा सकता है। और अंततः, अगस्त 1982 में, पेरिस से खबर आई कि वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक महत्वपूर्ण प्रयोग को सफलतापूर्वक अंजाम दिया है, जिसने पुष्टि की - उन लोगों के लिए जो अभी भी संदेह करते थे - ब्रह्मांड के क्वांटम यांत्रिक दृश्य की सटीकता।

यहां "पूर्वी रहस्यवाद", चम्मच मोड़ने या अतीन्द्रिय बोध की तलाश न करें। क्वांटम यांत्रिकी की सच्ची कहानी की तलाश करें, जिसकी सच्चाई किसी भी कल्पना से अधिक आश्चर्यजनक है। यह विज्ञान है: इसे किसी अन्य दर्शन से संगठनों की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि यह स्वयं सुंदरता, रहस्य और आश्चर्य से भरा है। यह पुस्तक विशिष्ट प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करती है: "वास्तविकता क्या है?" और उत्तर (या उत्तर) आपको आश्चर्यचकित कर सकता है। आपको शायद यकीन न हो. लेकिन आप समझ जाएंगे कि आधुनिक विज्ञान दुनिया को कैसे देखता है।

कुछ भी असली नहीं है

शीर्षक में बिल्ली एक पौराणिक प्राणी है, लेकिन श्रोडिंगर वास्तव में अस्तित्व में था। इरविन श्रोडिंगर एक ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक थे, जिन्होंने 1920 के दशक के मध्य में विज्ञान की एक शाखा के समीकरण बनाने में प्रमुख भूमिका निभाई थी जिसे अब क्वांटम यांत्रिकी कहा जाता है। हालाँकि, यह कहना कि क्वांटम यांत्रिकी विज्ञान की सिर्फ एक शाखा है, शायद ही सच है, क्योंकि यह सभी आधुनिक विज्ञान का आधार है। इसके समीकरण बहुत छोटी वस्तुओं - परमाणुओं के आकार और उससे छोटी - के व्यवहार का वर्णन करते हैं और प्रतिनिधित्व करते हैं एकमात्र वस्तुसबसे छोटे कणों की दुनिया का वर्णन. इन समीकरणों के बिना, भौतिक विज्ञानी कार्यशील परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (या बमों) को डिजाइन करने, लेजर बनाने या यह समझाने में सक्षम नहीं होंगे कि सूर्य का तापमान कैसे कम नहीं होता है। क्वांटम यांत्रिकी के बिना, रसायन विज्ञान अभी भी अंधकार युग में होता और आणविक जीव विज्ञान बिल्कुल भी प्रकट नहीं होता: डीएनए का कोई ज्ञान नहीं होता, कोई आनुवंशिक इंजीनियरिंग नहीं होती, कुछ भी नहीं होता।

यदि आप क्वांटम भौतिकी के किसी विषय पर एक लेख में रुचि रखते हैं, तो इस बात की बहुत अधिक संभावना है कि आपको टीवी श्रृंखला "द बिग बैंग थ्योरी" पसंद आएगी। तो, शेल्डन कूपर एक नई व्याख्या लेकर आए श्रोडिंगर का विचार प्रयोग(आपको लेख के अंत में इस अंश के साथ एक वीडियो मिलेगा)। लेकिन अपने पड़ोसी पेनी के साथ शेल्डन के संवाद को समझने के लिए, आइए पहले शास्त्रीय व्याख्या की ओर मुड़ें। तो, सरल शब्दों में श्रोडिंगर की बिल्ली।

इस लेख में हम देखेंगे:

• संक्षिप्त ऐतिहासिक पृष्ठभूमि
• श्रोडिंगर की बिल्ली के साथ प्रयोग का विवरण
• श्रोडिंगर की बिल्ली विरोधाभास का समाधान

तुरंत अच्छी खबर. प्रयोग के दौरान श्रोडिंगर की बिल्ली को कोई नुकसान नहीं पहुँचाया गया. क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी के रचनाकारों में से एक, भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने केवल एक विचार प्रयोग किया था।

प्रयोग के विवरण में गोता लगाने से पहले, आइए इतिहास में एक लघु भ्रमण करें।

पिछली शताब्दी की शुरुआत में, वैज्ञानिक सूक्ष्म जगत पर नज़र डालने में कामयाब रहे। "सूर्य-पृथ्वी" मॉडल के साथ "परमाणु-इलेक्ट्रॉन" मॉडल की बाहरी समानता के बावजूद, यह पता चला कि शास्त्रीय भौतिकी के परिचित न्यूटोनियन नियम सूक्ष्म जगत में काम नहीं करते हैं। इसलिए, एक नया विज्ञान सामने आया - क्वांटम भौतिकी और उसका घटक - क्वांटम यांत्रिकी। सूक्ष्म जगत की सभी सूक्ष्म वस्तुओं को क्वांटा कहा जाता था।

ध्यान! क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों में से एक "सुपरपोज़िशन" है। श्रोडिंगर के प्रयोग का सार समझना हमारे लिए उपयोगी होगा।

"सुपरपोज़िशन" एक क्वांटम की क्षमता है (यह एक इलेक्ट्रॉन, एक फोटॉन, एक परमाणु का नाभिक हो सकता है) एक में नहीं, बल्कि एक ही समय में कई राज्यों में या एक ही समय में अंतरिक्ष के कई बिंदुओं में होने के लिए समय, अगर कोई उसे नहीं देख रहा है

हमारे लिए इसे समझना कठिन है, क्योंकि हमारी दुनिया में किसी वस्तु की केवल एक ही अवस्था हो सकती है, उदाहरण के लिए, जीवित या मृत होना। और यह अंतरिक्ष में केवल एक विशिष्ट स्थान पर ही हो सकता है। आप "सुपरपोज़िशन" और क्वांटम भौतिकी प्रयोगों के आश्चर्यजनक परिणामों के बारे में पढ़ सकते हैं इस आलेख में.

यहां सूक्ष्म और स्थूल वस्तुओं के व्यवहार के बीच अंतर का एक सरल उदाहरण दिया गया है। 2 बक्सों में से एक में एक गेंद रखें। क्योंकि गेंद हमारी स्थूल दुनिया की एक वस्तु है, आप विश्वास के साथ कहेंगे: "गेंद केवल एक बक्से में है, जबकि दूसरा खाली है।" यदि आप एक गेंद के स्थान पर एक इलेक्ट्रॉन लेते हैं, तो यह कथन सत्य होगा कि यह एक साथ 2 बक्सों में है। माइक्रोवर्ल्ड के नियम इसी तरह काम करते हैं। उदाहरण:वास्तव में इलेक्ट्रॉन परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमता नहीं है, बल्कि नाभिक के चारों ओर गोले के सभी बिंदुओं पर एक साथ स्थित होता है। भौतिकी और रसायन विज्ञान में, इस घटना को "इलेक्ट्रॉन बादल" कहा जाता है।

सारांश।हमने महसूस किया कि एक बहुत छोटी वस्तु और एक बड़ी वस्तु का व्यवहार अलग-अलग कानूनों के अधीन है। क्रमशः क्वांटम भौतिकी के नियम और शास्त्रीय भौतिकी के नियम।

लेकिन ऐसा कोई विज्ञान नहीं है जो स्थूल जगत से सूक्ष्म जगत में संक्रमण का वर्णन कर सके। इसलिए, इरविन श्रोडिंगर ने भौतिकी के सामान्य सिद्धांत की अपूर्णता को प्रदर्शित करने के लिए अपने विचार प्रयोग का सटीक वर्णन किया। वह चाहते थे कि श्रोडिंगर का विरोधाभास यह दिखाए कि बड़ी वस्तुओं (शास्त्रीय भौतिकी) का वर्णन करने के लिए एक विज्ञान है और सूक्ष्म वस्तुओं (क्वांटम भौतिकी) का वर्णन करने के लिए एक विज्ञान है। लेकिन क्वांटम सिस्टम से मैक्रोसिस्टम में संक्रमण का वर्णन करने के लिए पर्याप्त विज्ञान नहीं है.

श्रोडिंगर की बिल्ली के साथ प्रयोग का विवरण

इरविन श्रोडिंगर ने 1935 में एक बिल्ली के साथ एक विचार प्रयोग का वर्णन किया। प्रयोग विवरण का मूल संस्करण विकिपीडिया पर प्रस्तुत किया गया है ( श्रोडिंगर की बिल्ली विकिपीडिया).

यहाँ सरल शब्दों में श्रोडिंगर के बिल्ली प्रयोग के विवरण का एक संस्करण दिया गया है:

• एक बिल्ली को स्टील के एक बंद बक्से में रखा गया था।
• श्रोडिंगर बॉक्स में एक रेडियोधर्मी नाभिक और एक कंटेनर में रखी जहरीली गैस वाला एक उपकरण होता है।
• नाभिक 1 घंटे के भीतर क्षय हो सकता है या नहीं। क्षय की संभावना - 50%।
• यदि नाभिक का क्षय होता है, तो गीगर काउंटर इसे रिकॉर्ड करेगा। रिले काम करेगा और हथौड़ा गैस कंटेनर को तोड़ देगा। श्रोडिंगर की बिल्ली मर जाएगी.
• यदि नहीं, तो श्रोडिंगर की बिल्ली जीवित रहेगी।

क्वांटम यांत्रिकी के "सुपरपोज़िशन" के नियम के अनुसार, ऐसे समय में जब हम सिस्टम का अवलोकन नहीं कर रहे होते हैं, एक परमाणु (और इसलिए बिल्ली) का नाभिक एक साथ 2 अवस्थाओं में होता है। केन्द्रक क्षय/अक्षय अवस्था में होता है। और बिल्ली एक ही समय में जीवित/मृत होने की स्थिति में है।

लेकिन हम निश्चित रूप से जानते हैं कि यदि "श्रोडिंगर बॉक्स" खोला जाता है, तो बिल्ली केवल एक ही स्थिति में हो सकती है:

• यदि नाभिक का क्षय नहीं होता है, तो हमारी बिल्ली जीवित है
• यदि केन्द्रक सड़ जाता है, तो बिल्ली मर जाती है

प्रयोग का विरोधाभास यह है क्वांटम भौतिकी के अनुसार: बॉक्स खोलने से पहले, बिल्ली एक ही समय में जीवित और मृत दोनों होती है, लेकिन हमारी दुनिया के भौतिकी के नियमों के अनुसार, यह असंभव है। बिल्ली एक विशिष्ट अवस्था में हो सकता है - जीवित होना या मृत होना. एक ही समय में "बिल्ली जीवित/मृत है" जैसी कोई मिश्रित स्थिति नहीं है।

उत्तर पाने से पहले, श्रोडिंगर के बिल्ली प्रयोग के विरोधाभास का यह अद्भुत वीडियो चित्रण देखें (2 मिनट से कम):

श्रोडिंगर की बिल्ली विरोधाभास का समाधान - कोपेनहेगन व्याख्या

अब समाधान. क्वांटम यांत्रिकी के विशेष रहस्य पर ध्यान दें - प्रेक्षक विरोधाभास. माइक्रोवर्ल्ड की एक वस्तु (हमारे मामले में, कोर) एक साथ कई अवस्थाओं में होती है केवल तब जब हम सिस्टम का अवलोकन नहीं कर रहे हों.

उदाहरण के लिए, 2 स्लिट और एक प्रेक्षक के साथ प्रसिद्ध प्रयोग।जब इलेक्ट्रॉनों की एक किरण को 2 ऊर्ध्वाधर स्लिट के साथ एक अपारदर्शी प्लेट पर निर्देशित किया गया था, तो इलेक्ट्रॉनों ने प्लेट के पीछे स्क्रीन पर एक "तरंग पैटर्न" चित्रित किया - ऊर्ध्वाधर बारी-बारी से अंधेरे और हल्की धारियां। लेकिन जब प्रयोगकर्ताओं ने "देखना" चाहा कि इलेक्ट्रॉन स्लिट के माध्यम से कैसे उड़ते हैं और स्क्रीन के किनारे पर एक "पर्यवेक्षक" स्थापित किया, तो इलेक्ट्रॉनों ने स्क्रीन पर "तरंग पैटर्न" नहीं, बल्कि 2 ऊर्ध्वाधर धारियां बनाईं। वे। लहरों की तरह नहीं, बल्कि कणों की तरह व्यवहार किया।

ऐसा लगता है कि क्वांटम कण स्वयं तय करते हैं कि "मापे जाने" के समय उन्हें किस स्थिति में रहना चाहिए।

इसके आधार पर, "श्रोडिंगर की बिल्ली" घटना की आधुनिक कोपेनहेगन व्याख्या (व्याख्या) इस तरह लगती है:

जबकि कोई भी "कैट-कोर" प्रणाली का अवलोकन नहीं कर रहा है, नाभिक एक ही समय में क्षय/अक्षय अवस्था में है। लेकिन यह कहना ग़लत है कि बिल्ली एक ही समय में जीवित/मृत है। क्यों? हाँ, क्योंकि क्वांटम घटनाएँ मैक्रोसिस्टम में नहीं देखी जाती हैं। "कैट-कोर" प्रणाली के बारे में नहीं, बल्कि "कोर-डिटेक्टर (गीजर काउंटर)" प्रणाली के बारे में बात करना अधिक सही होगा।

अवलोकन (या माप) के समय नाभिक किसी एक अवस्था (क्षयित/अक्षयित) का चयन करता है। लेकिन यह विकल्प उस समय नहीं होता है जब प्रयोगकर्ता बॉक्स खोलता है (बॉक्स का उद्घाटन मैक्रोवर्ल्ड में होता है, जो नाभिक की दुनिया से बहुत दूर होता है)। नाभिक डिटेक्टर से टकराते ही अपनी स्थिति का चयन कर लेता है।तथ्य यह है कि प्रयोग में प्रणाली का पर्याप्त वर्णन नहीं किया गया है।

इस प्रकार, श्रोडिंगर की बिल्ली विरोधाभास की कोपेनहेगन व्याख्या इस बात से इनकार करती है कि बॉक्स खोले जाने तक, श्रोडिंगर की बिल्ली सुपरपोजिशन की स्थिति में थी - यह एक ही समय में एक जीवित/मृत बिल्ली की स्थिति में थी। स्थूल जगत में एक बिल्ली केवल एक ही अवस्था में मौजूद रह सकती है और रहती भी है।

सारांश।श्रोडिंगर ने प्रयोग का पूरी तरह से वर्णन नहीं किया। मैक्रोस्कोपिक और क्वांटम सिस्टम सही नहीं हैं (अधिक सटीक रूप से, कनेक्ट करना असंभव है)। क्वांटम नियम हमारे मैक्रोसिस्टम में लागू नहीं होते हैं। इस प्रयोग में, यह "कैट-कोर" नहीं है जो इंटरैक्ट करता है, बल्कि "कैट-डिटेक्टर-कोर" है।बिल्ली स्थूल जगत से है, और "डिटेक्टर-कोर" प्रणाली सूक्ष्म जगत से है। और केवल इसकी क्वांटम दुनिया में ही एक नाभिक एक ही समय में दो अवस्थाओं में हो सकता है। यह नाभिक को मापने या डिटेक्टर के साथ इंटरैक्ट करने से पहले होता है। लेकिन अपने स्थूल जगत में एक बिल्ली केवल एक ही अवस्था में मौजूद रह सकती है और होती भी है। इसीलिए, पहली नज़र में ही ऐसा लगता है कि बिल्ली की "जीवित या मृत" स्थिति का निर्धारण बक्सा खोलते ही हो जाता है। वास्तव में, इसका भाग्य उस समय निर्धारित होता है जब डिटेक्टर नाभिक के साथ संपर्क करता है।

अंतिम सारांश."डिटेक्टर-न्यूक्लियस-कैट" प्रणाली की स्थिति व्यक्ति - बॉक्स के पर्यवेक्षक - से संबंधित नहीं है, बल्कि डिटेक्टर - न्यूक्लियस के पर्यवेक्षक के साथ जुड़ी हुई है।

उफ़्फ़. मेरा दिमाग लगभग उबलने लगा! लेकिन विरोधाभास का समाधान स्वयं समझना कितना अच्छा है! जैसा कि पुराने छात्र ने शिक्षक के बारे में मजाक में कहा था: "जब मैं यह बता रहा था, मैं इसे समझ गया!"

श्रोडिंगर की बिल्ली विरोधाभास की शेल्डन की व्याख्या

अब आप आराम से बैठ सकते हैं और श्रोडिंगर के विचार प्रयोग की शेल्डन की नवीनतम व्याख्या सुन सकते हैं। उनकी व्याख्या का सार यह है कि इसे लोगों के बीच संबंधों में लागू किया जा सकता है। यह समझने के लिए कि एक पुरुष और एक महिला के बीच रिश्ता अच्छा है या बुरा, आपको बॉक्स खोलना होगा (डेट पर जाना होगा)। और उससे पहले वे एक ही समय में अच्छे और बुरे दोनों थे।

खैर, आपको यह "प्यारा प्रयोग" कैसा लगा? आजकल, एक बिल्ली के साथ ऐसे क्रूर विचार प्रयोगों के लिए श्रोडिंगर को पशु अधिकार कार्यकर्ताओं से बहुत सज़ा मिलती थी। या शायद यह बिल्ली नहीं, बल्कि श्रोडिंगर की बिल्ली थी?! बेचारी लड़की, उसे इस श्रोडिंगर से काफी कष्ट सहना पड़ा (((

अगले प्रकाशनों में मिलते हैं!

मैं सभी को अच्छे दिन और सुखद शाम की शुभकामनाएं देता हूं!

पी.एस. टिप्पणियों में अपने विचारों का साझा करें। और प्रश्न पूछें.

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