Një fizikan amerikan zgjidhi paradoksin e maces së Shrodingerit. "Macja e Schrodinger"

Në vitin 1935, një kundërshtar i flaktë i mekanikës kuantike të sapo shfaqur, Eric Schrödinger, botoi një artikull që pretendonte të ekspozonte dhe provonte mospërputhjen degë e re zhvillimi i fizikës.

Thelbi i artikullit është duke kryer eksperiment mendimi :

Një mace e gjallë vendoset në një kuti plotësisht të mbyllur.
Pranë maces vendoset një numërues Geiger që përmban një atom radioaktiv.
Një balonë e mbushur me acid lidhet drejtpërdrejt me numëruesin Geiger.
Prishja e mundshme e një atomi radioaktiv do të aktivizojë numëruesin Geiger, i cili, nga ana tjetër, do të thyejë balonën dhe acidi i derdhur prej tij do të vrasë macen.
A do të mbetet macja gjallë apo do të vdesë nëse qëndron me fqinjë kaq të papërshtatshëm?
Një orë është caktuar për eksperimentin.

Përgjigja për këtë pyetje kishte për qëllim të vërtetonte mospërputhjen e teorisë kuantike, e cila bazohet në mbivendosjen: ligji i paradoksit - të gjitha mikrogrimcat e botës sonë janë gjithmonë në të njëjtën kohë në dy gjendje, derisa të fillojnë të vëzhgohen.

Kjo do të thotë, duke qenë në një hapësirë të mbyllur (teoria kuantike), macja jonë, si fqinji i tij i paparashikueshëm - atomi, janë njëkohësisht të pranishme. në dy shtete:

Një mace e gjallë dhe në të njëjtën kohë e vdekur.
Një atom i kalbur dhe në të njëjtën kohë jo i kalbur.

E cila, sipas fizikës klasike, është absurditet i plotë. Ekzistenca e njëkohshme e gjërave të tilla ekskluzive reciproke është e pamundur.

Dhe kjo është e saktë, por vetëm nga pikëpamja e makrokozmosit. Ndërsa në mikrobotën zbatohen ligje krejtësisht të ndryshme, dhe për këtë arsye Schrödinger gaboi kur zbatoi ligjet e makrobotës për marrëdhëniet brenda mikrobotës. Moskuptimi i këtij vëzhgimi të qëllimshëm të pasigurive të vazhdueshme të mikrobotës e eliminon këtë të fundit.

Me fjalë të tjera, nëse hapni sistem i mbyllur, në të cilën është vendosur një mace së bashku me një atom radioaktiv, do të shohim vetëm një nga gjendjet e mundshme të subjektit.

Këtë e ka vërtetuar fizikani amerikan nga Universiteti i Arkansas, Art Hobson. Sipas teorisë së tij, nëse lidhni një mikrosistem (atom radioaktiv) me një makrosistem (numërues Geiger), ky i fundit domosdoshmërisht do të jetë i mbushur me gjendjen e ngatërrimit kuantik të të parës dhe do të shkojë në mbivendosje. Dhe, duke qenë se nuk mund të bëjmë një vëzhgim të drejtpërdrejtë të këtij fenomeni, ai do të bëhet i papranueshëm për ne (siç vërtetoi Schrödinger).

Pra, zbuluam se atomi dhe numëruesi i rrezatimit janë në të njëjtin mbivendosje. Atëherë kush apo çfarë, për këtë sistem, mund të quajmë mace? Nëse mendojmë logjikisht, macja, në këtë rast, bëhet një tregues i gjendjes së bërthamës radioaktive (thjesht një tregues):

Macja është e gjallë, bërthama nuk është kalbur.
Macja ka vdekur, thelbi është shpërbërë.

Megjithatë, duhet të kemi parasysh faktin se edhe macja është pjesë e një sistemi të vetëm, pasi është edhe brenda kutisë. Prandaj, sipas teorisë kuantike, macja është në të ashtuquajturën lidhje jo lokale me atomin, d.m.th. në një gjendje konfuze, që do të thotë në një mbivendosje të mikrobotës.

Nga kjo rezulton se nëse ka një ndryshim të papritur në një nga objektet e sistemit, e njëjta gjë do të ndodhë me një objekt tjetër, pavarësisht se sa larg janë ata nga njëri-tjetri. Një ndryshim i menjëhershëm i gjendjes së të dy objekteve dëshmon se kemi të bëjmë me një sistem të vetëm, të ndarë thjesht nga hapësira në dy pjesë.

Kjo do të thotë që mund të themi me besim se macja e Schrödinger-it është në çast ose e gjallë, nëse atomi nuk është kalbur, ose i vdekur, nëse atomi është kalbur.

E megjithatë, ishte falë eksperimentit të mendimit të Schrödinger-it që u ndërtua një pajisje matematikore që përshkruan mbivendosjet e mikrobotës. Kjo njohuri ka gjetur zbatim të gjerë në kriptografi dhe teknologji kompjuterike.

Së fundi, dua të vë në dukje dashurinë e pashtershme për paradoksin misterioz të "Macja e Schrodinger" nga të gjitha llojet e shkrimtarëve dhe kinemasë. Kjo është vetëm disa shembuj:

Një pajisje magjike e quajtur "Macja e Schrodinger" në romanin e Lukyanenkos "The Last Ora".
Në romanin detektiv të Douglas Adams, Dirk Gently's Detective Agency, ka një diskutim të gjallë për problemin e maces së Shrodingerit.
Në romanin e R. E. Heinlein, Macja ecën nëpër mure, personazhi kryesor, një mace, është pothuajse vazhdimisht në dy gjendje njëkohësisht.
Macja e famshme Cheshire e Lewis Carroll në romanin "Alice in Wonderland" pëlqen të shfaqet në disa vende menjëherë.
Në romanin Fahrenheit 451, Ray Bradbury ngre çështjen e maces së Schrödinger-it, në formën e një qeni mekanik të gjallë dhe të vdekur.
Në romanin "Magjistari shërues", Christopher Stasheff përshkruan vizionin e tij për macen e Schrödinger-it në një mënyrë shumë origjinale.

Dhe shumë ide të tjera magjepsëse, krejtësisht të pamundura për një eksperiment të tillë mendimi misterioz.

Përkundër faktit se modeli planetar i atomit e ka vërtetuar vlefshmërinë e tij, teoria ekzistuese në atë kohë nuk mund të shpjegonte plotësisht të gjitha proceset, të cilat janë vërejtur në jeta reale. Doli se në realitet, për disa arsye, mekanika klasike Njutoniane nuk funksionon në nivel mikro. Ato. modeli prototip, i huazuar nga jeta reale, nuk korrespondon me vëzhgimet e shkencëtarëve të asaj kohe në rastin e konsiderimit të atomit në vend të sistemit tonë diellor.

Bazuar në këtë, koncepti u ridizajnua ndjeshëm. Kishte një disiplinë të tillë si Mekanika kuantike. Origjina e këtij drejtimi ishte fizikani i shquar Erwin Schrödinger.

Koncepti i mbivendosjes

Parimi kryesor që e dallon teorinë e re është parimi i mbivendosjes. Sipas këtij parimi, një kuant (elektron, foton ose proton) mund të jetë në dy gjendje në të njëjtën kohë. Nëse e bëjnë më të lehtë për t'u kuptuar me këtë formulim, ne marrim një fakt që është krejtësisht e pamundur të imagjinohet në mendjet tona. Një kuant mund të jetë në dy vende në të njëjtën kohë.

Në kohën e shfaqjes së saj, kjo teori kundërshtoi jo vetëm mekanikën klasike, por edhe sens të përbashkët. Edhe tani, një person i arsimuar larg fizikës vështirë se mund ta imagjinojë një situatë të tillë. Në fund të fundit, ky kuptim përfundimisht nënkupton që ai vetë lexuesi mund të jetë këtu dhe atje tani. Kjo është pikërisht mënyra se si një person përpiqet të imagjinojë kalimin nga bota makro në atë mikrobotë.

Për një person që ishte mësuar të përjetonte veprimin e mekanikës Njutoniane dhe të perceptonte veten në një pikë të hapësirës, ishte jashtëzakonisht e vështirë të imagjinohej të ishte në dy vende njëherësh. Përveç kësaj, nuk kishte teori apo modele si të tilla gjatë kalimit nga makro në mikro. Nuk kishte kuptim të vlerave dhe rregullave numerike specifike.

Megjithatë, instrumentet e asaj kohe bënë të mundur regjistrimin e qartë të kësaj "disonance kuantike". Instrumentet laboratorike konfirmuan se postulatet e formuluara janë vërtet të qëndrueshme dhe kuanti është i aftë të jetë në dy gjendje. Për shembull, u zbulua gaz elektronik rreth bërthamës së një atomi.

Nisur nga kjo, Schrödinger formuloi një koncept të famshëm që tani njihet si teoria e maceve. Qëllimi i këtij formulimi ishte të tregonte se në teoria klasike fizika e formuar dështim i madh, që kërkon studim shtesë.

Macja e Shroedinger-it

Eksperimenti i mendimit për macen ishte ai macja u vendos në një kuti çeliku të mbyllur. Kutia ishte e pajisur një pajisje me një gaz helmues dhe një pajisje me një bërthamë atomike.

Bazuar në postulatet e njohura, bërthama e një atomi mund të shpërbëhet në përbërës brenda një ore, por nuk mund të shpërbëhet. Prandaj, probabiliteti i kësaj ngjarje është 50%.

Nëse bërthama prishet, atëherë aktivizohet kundërregjistruesi dhe në përgjigje të kësaj ngjarje, një substancë toksike lëshohet nga pajisja e përshkruar më parë me të cilën është pajisur kutia. Ato. macja vdes nga helmi. Nëse kjo nuk ndodh, macja nuk vdes në përputhje me rrethanat. Bazuar në një shans 50% të kalbjes, macja ka një shans 50% për të mbijetuar.

Bazuar në teorinë kuantike, një atom mund të jetë në dy gjendje njëherësh. Ato. atomi u prish dhe nuk u prish. Kjo do të thotë se regjistruesi ka punuar, duke thyer enën me helm dhe nuk është shpërbërë. Macja u helmua nga helmi, dhe macja nuk u helmua nga helmi në të njëjtën kohë.

Por është thjesht e pamundur të imagjinohet një pamje e tillë që me hapjen e kutisë, studiuesi zbuloi një mace të ngordhur dhe një mace të gjallë. Macja ose është e gjallë ose e vdekur. Ky është paradoksi i situatës. Është e pamundur që ndërgjegjja e shikuesit të imagjinojë një mace të vdekur-të gjallë.

Paradoksi është se macja është një objekt i makrokozmosit. Prandaj, të thuash për të se ai është i gjallë dhe i vdekur, d.m.th. është në dy gjendje njëherësh, të ngjashme me një kuantike, nuk do të jetë plotësisht e saktë.

Duke përdorur këtë shembull, Schrödinger u përqendrua veçanërisht në faktin se nuk ka paralele të qarta midis makro- dhe mikrobotëve. Komentet e mëvonshme të dhëna nga ekspertët shpjegojnë se duhet të merret parasysh një sistem detektor rrezatimi-mace, jo një sistem mace-spektator. Në një sistem detektor-mace, vetëm një ngjarje ka të ngjarë.

“Kushdo që nuk është i tronditur nga teoria kuantike, nuk e kupton atë," tha Niels Bohr, themeluesi i teorisë kuantike.
Baza e fizikës klasike është programimi i paqartë i botës, përndryshe determinizmi Laplacean, me ardhjen e mekanikës kuantike u zëvendësua nga pushtimi i një bote pasigurish dhe ngjarjesh probabiliste. Dhe këtu eksperimentet e mendimit erdhën në ndihmë për fizikantët teorikë. Këto ishin gurët e provës mbi të cilat u testuan idetë e fundit.

"Macja e Schrodinger" është një eksperiment mendimi, propozuar nga Erwin Schrödinger, me të cilin donte të tregonte paplotësinë e mekanikës kuantike në kalimin nga sistemet nënatomike në sistemet makroskopike.

Një mace vendoset në një kuti të mbyllur. Kutia përmban një mekanizëm që përmban një bërthamë radioaktive dhe një enë me gaz helmues. Probabiliteti që bërthama të kalbet në 1 orë është 1/2. Nëse bërthama shpërbëhet, ajo aktivizon mekanizmin, hap një enë me gaz dhe macja vdes. Sipas mekanikës kuantike, nëse bërthama nuk vëzhgohet, atëherë gjendja e saj përshkruhet nga një mbivendosje (përzierje) e dy gjendjeve - një bërthamë e kalbur dhe një bërthamë e pashkatërruar, prandaj, një mace e ulur në një kuti është e gjallë dhe e vdekur. në të njëjtën kohë. Nëse kutia hapet, atëherë eksperimentuesi mund të shohë vetëm një gjendje specifike - "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" ose "bërthama nuk është kalbur, macja është e gjallë".

Kur pushon së ekzistuari sistemi? Si i përzien dy gjendje dhe zgjedh një të veçantë?

Qëllimi i eksperimentit- tregojnë se mekanika kuantike është e paplotë pa disa rregulla që tregojnë se në cilat kushte funksioni valor shembet (një ndryshim i menjëhershëm në gjendjen kuantike të një objekti që ndodh kur matet), dhe macja ose bëhet e vdekur ose mbetet e gjallë, por pushon së qeni një përzierje e të dyjave.

Meqenëse është e qartë se një mace duhet të jetë ose e gjallë ose e vdekur (nuk ka një gjendje ndërmjetëse midis jetës dhe vdekjes), kjo do të thotë se kjo është e vërtetë edhe për bërthamën atomike. Do të jetë domosdoshmërisht ose i kalbur ose i paprishur.

Artikulli i Schrödinger "Situata aktuale në mekanikën kuantike" që paraqet një eksperiment mendimi me një mace u botua në revistën gjermane " Shkencat e Natyrës” në 1935 për të diskutuar paradoksin EPR.

Punimet nga Einstein-Podolsky-Rosen dhe Schrödinger përshkruan natyrën e çuditshme të "ngatërrimit kuantik" (një term i krijuar nga Schrödinger), karakteristik për gjendjet kuantike që janë një mbivendosje e gjendjeve të dy sistemeve (për shembull, dy grimca nënatomike).

Interpretime të mekanikës kuantike

Gjatë ekzistencës së mekanikës kuantike, shkencëtarët kanë paraqitur interpretime të ndryshme të saj, por më të mbështeturit nga të gjithë sot janë ato "Kopenhagen" dhe "shumë botë".

"Interpretimi i Kopenhagës"- ky interpretim i mekanikës kuantike u formulua nga Niels Bohr dhe Werner Heisenberg gjatë punës së tyre të përbashkët në Kopenhagë (1927). Shkencëtarët janë përpjekur t'u përgjigjen pyetjeve që lindin nga dualiteti valë-grimcë e natyrshme në mekanikën kuantike, në veçanti çështjen e matjes.

Në interpretimin e Kopenhagës, sistemi pushon së qeni një përzierje shtetesh dhe zgjedh njërën prej tyre në momentin kur ndodh vëzhgimi. Eksperimenti me macen tregon se në këtë interpretim natyra e vetë këtij vëzhgimi - matje - nuk është përcaktuar mjaftueshëm. Disa besojnë se përvoja sugjeron që për sa kohë kutia është e mbyllur, sistemi është në të dyja gjendjet njëkohësisht, në një mbivendosje të gjendjeve "bërthamë e kalbur, mace e vdekur" dhe "bërthamë e pa kalbur, mace e gjallë" dhe kur kutia hapet. , atëherë vetëm atëherë funksioni i valës shembet në një nga opsionet. Të tjerë mendojnë se "vëzhgimi" ndodh kur një grimcë nga bërthama godet detektorin; megjithatë (dhe kjo moment kyç eksperimenti i mendimit) në interpretimin e Kopenhagës nuk ka një rregull të qartë që thotë se kur ndodh kjo, dhe për këtë arsye ky interpretim është i paplotë derisa një rregull i tillë të futet në të, ose të tregohet se si mund të futet. Rregulli i saktë është që rastësia shfaqet në pikën ku përdoret për herë të parë përafrimi klasik.

Kështu, mund të mbështetemi në qasjen e mëposhtme: në sistemet makroskopike nuk vëzhgojmë fenomene kuantike (përveç fenomenit të superfluiditetit dhe superpërçueshmërisë); prandaj, nëse imponojmë një funksion të valës makroskopike në një gjendje kuantike, duhet të konkludojmë nga përvoja se mbivendosja prishet. Dhe megjithëse nuk është plotësisht e qartë se çfarë do të thotë që diçka të jetë "makroskopike" në përgjithësi, ajo që është e sigurt për një mace është se ajo është një objekt makroskopik. Kështu, interpretimi i Kopenhagës nuk konsideron se macja është në një gjendje konfuzioni midis të gjallëve dhe të vdekurve përpara se kutia të hapet.

Në "interpretimin e shumë botëve" mekanika kuantike, e cila nuk e konsideron procesin e matjes si diçka të veçantë, të dyja gjendjet e maces ekzistojnë, por dekohere, d.m.th. ndodh një proces në të cilin një sistem mekanik kuantik ndërvepron me të mjedisi dhe merr informacion të disponueshëm në mjedis, ose ndryshe bëhet "ngatërruar" me mjedisin. Dhe kur vëzhguesi hap kutinë, ai ngatërrohet me macen dhe nga kjo formohen dy gjendje të vëzhguesit, që korrespondojnë me një mace të gjallë dhe një mace të vdekur, dhe këto gjendje nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën. I njëjti mekanizëm i dekoherencës kuantike është i rëndësishëm për historitë "të përbashkëta". Në këtë interpretim, vetëm një "mace e vdekur" ose një "mace e gjallë" mund të jetë në një "histori të përbashkët".

Me fjalë të tjera, kur kutia hapet, universi ndahet në dy universe të ndryshëm, njëri në të cilin vëzhguesi shikon një kuti me një mace të ngordhur dhe në tjetrin, vëzhguesi shikon një mace të gjallë.

Paradoksi i "mikut të Wigner"

Paradoksi i shokut të Wigner-it është një eksperiment i ndërlikuar i paradoksit të maceve të Schrödinger-it. Laureat Çmimi Nobël, fizikani amerikan Eugene Wigner prezantoi kategorinë e "miqve". Pas përfundimit të eksperimentit, eksperimentuesi hap kutinë dhe sheh një mace të gjallë. Gjendja e maces në momentin e hapjes së kutisë shkon në gjendjen "bërthama nuk është kalbur, macja është e gjallë". Kështu, në laborator macja u njoh si e gjallë. Jashtë laboratorit është një “mik”. Miku nuk e di ende nëse macja është gjallë apo e vdekur. Miku e njeh macen si të gjallë vetëm kur eksperimentuesi i tregon rezultatin e eksperimentit. Por të gjithë "miqtë" e tjerë nuk e kanë njohur ende macen si të gjallë dhe do ta njohin atë vetëm kur t'u thuhet rezultati i eksperimentit. Kështu, macja mund të njihet si plotësisht e gjallë vetëm kur të gjithë njerëzit në Univers e dinë rezultatin e eksperimentit. Deri në këtë moment, në shkallën e Universit të Madh, macja mbetet gjysmë e gjallë dhe gjysmë e vdekur në të njëjtën kohë.

Sa më sipër përdoret në praktikë: në llogaritjen kuantike dhe kriptografinë kuantike. Një sinjal drite në një mbivendosje të dy gjendjeve dërgohet përmes një kablloje me fibër optike. Nëse sulmuesit lidhen me kabllon diku në mes dhe bëjnë një trokitje të sinjalit atje për të përgjuar informacionin e transmetuar, atëherë kjo do të shembet funksionin e valës (nga këndvështrimi i interpretimit të Kopenhagës, do të bëhet një vëzhgim) dhe drita do të shkojë në një nga shtetet. Duke kryer teste statistikore të dritës në skajin marrës të kabllit, do të jetë e mundur të zbulohet nëse drita është në një mbivendosje të gjendjeve ose tashmë është vëzhguar dhe transmetuar në një pikë tjetër. Kjo bën të mundur krijimin e mjeteve të komunikimit që përjashtojnë përgjimin dhe përgjimin e sinjalit të pazbuluar.

Eksperimenti (i cili në parim mund të kryhet, megjithëse sistemet e kriptografisë kuantike funksionale të afta për të transmetuar sasi të mëdha informacioni nuk janë krijuar ende) gjithashtu tregon se "vëzhgimi" në interpretimin e Kopenhagës nuk ka të bëjë fare me vetëdijen e vëzhguesit. pasi në këtë rast ndryshimi i statistikave nga fundi i kabllit çon në një degë krejtësisht të pajetë të telit.

Dhe në llogaritjen kuantike, gjendja e maceve Schrödinger është një gjendje e veçantë e ngatërruar kubitësh në të cilën ata janë të gjithë në të njëjtin mbivendosje të të gjitha zerave ose njësheve.

("Qubit"është elementi më i vogël për ruajtjen e informacionit në një kompjuter kuantik. Ai pranon dy eigenstate, por mund të jetë edhe në mbivendosjen e tyre. Sa herë që matet gjendja e një kubiti, ai kalon rastësisht në një nga gjendjet e tij.)

Ne realitet! Vëllai i vogël i "Macja e Schrodinger"

Kanë kaluar 75 vjet që kur u shfaq macja e Schrödinger-it, por ende disa nga pasojat e fizikës kuantike duken në kundërshtim me idetë tona të përditshme për materien dhe vetitë e saj. Sipas ligjeve të mekanikës kuantike, duhet të jetë e mundur të krijohet një gjendje "mace" në të cilën ajo është e gjallë dhe e vdekur, d.m.th. do të jetë në gjendje të mbivendosjes kuantike të dy gjendjeve. Sidoqoftë, në praktikë, krijimi i një mbivendosjeje kuantike të një numri kaq të madh atomesh nuk ka qenë ende i mundur. Vështirësia është se sa më shumë atome të ketë në një mbivendosje, aq më pak e qëndrueshme është kjo gjendje, pasi ndikimet e jashtme priren ta shkatërrojnë atë.

Për fizikanët nga Universiteti i Vjenës (botim në revistë Nature Communications", 2011) për herë të parë në botë, u bë e mundur të demonstrohej sjellja kuantike e një molekule organike të përbërë nga 430 atome dhe në një gjendje të mbivendosjes kuantike. Molekula e marrë nga eksperimentuesit duket më shumë si një oktapod. Madhësia e molekulave është rreth 60 angstroms, dhe gjatësia e valës së de Broglie për molekulën ishte vetëm 1 pikometër. Ky "oktapod molekular" ishte në gjendje të demonstronte vetitë e natyrshme në macen e Schrödinger.

Vetëvrasje kuantike

Vetëvrasja kuantike është një eksperiment i menduar në mekanikën kuantike që u propozua në mënyrë të pavarur nga G. Moravec dhe B. Marshall, dhe u zgjerua në 1998 nga kozmologu Max Tegmark. Ky eksperiment mendimi, një modifikim i eksperimentit të mendimit të maceve të Schrödinger-it, tregon qartë ndryshimin midis dy interpretimeve të mekanikës kuantike: interpretimit të Kopenhagës dhe interpretimit të shumë botëve të Everett.

Eksperimenti është në fakt një eksperiment me macen e Schrödinger-it nga këndvështrimi i maces.

Në eksperimentin e propozuar, një armë i drejtohet pjesëmarrësit, i cili qëllon ose nuk shkrep në varësi të kalbjes së një atomi radioaktiv. Ekziston një shans 50% që arma të shpërthejë dhe pjesëmarrësi të vdesë. Nëse interpretimi i Kopenhagës është i saktë, atëherë arma përfundimisht do të fiket dhe pjesëmarrësi do të vdesë.
Nëse interpretimi i shumë botëve i Everett është i saktë, atëherë si rezultat i çdo eksperimenti të kryer, universi ndahet në dy universe, në njërin prej të cilëve pjesëmarrësi mbetet i gjallë dhe në tjetrin vdes. Në botët ku një pjesëmarrës vdes, ai pushon së ekzistuari. Në të kundërt, nga këndvështrimi i pjesëmarrësit jo të vdekur, eksperimenti do të vazhdojë pa shkaktuar zhdukjen e pjesëmarrësit. Kjo ndodh sepse në çdo degë pjesëmarrësi është në gjendje të vëzhgojë rezultatin e eksperimentit vetëm në botën në të cilën ai mbijeton. Dhe nëse interpretimi i shumë botëve është i saktë, atëherë pjesëmarrësi mund të vërejë se ai nuk do të vdesë kurrë gjatë eksperimentit.

Pjesëmarrësi nuk do të jetë kurrë në gjendje të flasë për këto rezultate, pasi nga këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm, probabiliteti i rezultatit të eksperimentit do të jetë i njëjtë si në interpretimet e shumë botëve ashtu edhe në interpretimet e Kopenhagës.

Pavdekësia kuantike

Pavdekësia kuantike është një eksperiment mendimi që rrjedh nga eksperimenti kuantik i mendimit të vetëvrasjes dhe thotë se, sipas interpretimit të shumë botëve të mekanikës kuantike, qeniet që kanë aftësinë për vetëdije janë të pavdekshme.

Le të imagjinojmë që një pjesëmarrës në një eksperiment shpërthen një bombë bërthamore pranë tij. Pothuajse në të gjitha Universet paralele, një shpërthim bërthamor do të shkatërrojë pjesëmarrësin. Por pavarësisht kësaj, duhet të ketë një numër të vogël Universesh alternative në të cilat pjesëmarrësi mbijeton disi (d.m.th., Universe në të cilat është i mundur një skenar i mundshëm shpëtimi). Ideja e pavdekësisë kuantike është që pjesëmarrësi të mbetet i gjallë dhe në këtë mënyrë të jetë në gjendje të perceptojë realitetin rrethues, në të paktën një nga Universet në grup, edhe nëse numri i këtyre universeve është jashtëzakonisht i vogël në krahasim me numrin e të gjitha Universet e mundshme. Kështu, me kalimin e kohës, pjesëmarrësi do të zbulojë se mund të jetojë përgjithmonë. Disa paralele me këtë përfundim mund të gjenden në konceptin e parimit antropik.

Një shembull tjetër buron nga ideja e vetëvrasjes kuantike. Në këtë eksperiment mendimi, pjesëmarrësi i drejton vetes një armë, e cila mund ose nuk mund të shkrepë në varësi të rezultatit të kalbjes së një atomi radioaktiv. Ekziston një shans 50% që arma të shpërthejë dhe pjesëmarrësi të vdesë. Nëse interpretimi i Kopenhagës është i saktë, atëherë arma përfundimisht do të fiket dhe pjesëmarrësi do të vdesë.

Nëse interpretimi i shumë botëve i Everett është i saktë, atëherë si rezultat i çdo eksperimenti të kryer, universi ndahet në dy universe, në njërin prej të cilëve pjesëmarrësi mbetet i gjallë dhe në tjetrin vdes. Në botët ku një pjesëmarrës vdes, ai pushon së ekzistuari. Në të kundërt, nga këndvështrimi i pjesëmarrësit jo të vdekur, eksperimenti do të vazhdojë pa shkaktuar zhdukjen e pjesëmarrësit, pasi pas çdo ndarjeje të universit, ai do të jetë në gjendje të jetë i vetëdijshëm për veten vetëm në ato universe ku mbijetoi. Kështu, nëse interpretimi i shumë botëve i Everett-it është i saktë, atëherë pjesëmarrësi mund të vërejë se ai nuk do të vdesë kurrë në eksperiment, duke "dëshmuar" kështu pavdekësinë e tij, të paktën nga këndvështrimi i tij.

Përkrahësit e pavdekësisë kuantike theksojnë se kjo teori nuk bie ndesh me asnjë ligj të njohur të fizikës (ky pozicion është larg të qenit i pranuar unanimisht në botën shkencore). Në arsyetimin e tyre, ata mbështeten në dy supozimet e diskutueshme të mëposhtme:
- Interpretimi i shumë botëve i Everett është i saktë, jo interpretimi i Kopenhagës, pasi ky i fundit mohon ekzistencën e universeve paralele;
- të gjithë skenarët e mundshëm në të cilët një pjesëmarrës mund të vdesë gjatë eksperimentit përmbajnë të paktën një nëngrup të vogël skenarësh në të cilët pjesëmarrësi mbetet i gjallë.

Një argument i mundshëm kundër teorisë së pavdekësisë kuantike është se supozimi i dytë nuk rrjedh domosdoshmërisht nga interpretimi i shumë botëve të Everett dhe mund të bie ndesh me ligjet e fizikës, të cilat besohet se zbatohen për të gjitha realitetet e mundshme. Interpretimi nga shumë botë i fizikës kuantike nuk nënkupton domosdoshmërisht se "çdo gjë është e mundur". Tregon vetëm se në një moment të caktuar kohor universi mund të ndahet në një numër të tjerash, secila prej të cilave do të korrespondojë me një nga rezultatet e shumta të mundshme. Për shembull, ligji i dytë i termodinamikës besohet se zbatohet për të gjitha universet e mundshme. Kjo do të thotë se, teorikisht, ekzistenca e këtij ligji pengon formimin e universeve paralele ku do të cenohej. Pasoja e kësaj mund të jetë arritja, nga pikëpamja e eksperimentuesit, e një gjendje realiteti ku mbijetesa e tij e mëtejshme bëhet e pamundur, pasi kjo do të kërkonte një shkelje të ligjit të fizikës, i cili, sipas supozimit të deklaruar më parë. , vlen për të gjitha realitetet e mundshme.

Për shembull, në një shpërthim bombe berthamore të përshkruar më sipër, është mjaft e vështirë të përshkruhet një skenar i besueshëm që nuk shkel parimet bazë biologjike në të cilat pjesëmarrësi do të mbijetojë. Qelizat e gjalla thjesht nuk mund të ekzistojnë në temperaturat e arritura në qendër shpërthim bërthamor. Në mënyrë që teoria e pavdekësisë kuantike të mbetet e vlefshme, është e nevojshme që ose të ndodhë një gabim (dhe në këtë mënyrë të shmanget një shpërthim bërthamor), ose të ndodhë ndonjë ngjarje që bazohet në ligje ende të pazbuluara ose të paprovuara të fizikës. Një argument tjetër kundër teorisë në diskutim mund të jetë prania e vdekjes natyrore biologjike në të gjitha krijesat, e cila nuk mund të shmanget në asnjë nga Universet paralele (të paktën në në këtë fazë zhvillimi i shkencës)

Nga ana tjetër, ligji i dytë i termodinamikës është një ligj statistikor dhe asgjë nuk kundërshtohet nga shfaqja e luhatjeve (për shembull, shfaqja e një rajoni me kushte të përshtatshme për jetën e një vëzhguesi në një univers që në përgjithësi ka arritur një gjendja e vdekjes termike; ose, në parim, lëvizja e mundshme e të gjitha grimcave që vijnë nga shpërthimi bërthamor, në mënyrë të tillë që secila prej tyre të kalojë pranë vëzhguesit), megjithëse një luhatje e tillë do të ndodhë vetëm në një pjesë jashtëzakonisht të vogël të të gjithëve. rezultatet e mundshme. Argumenti në lidhje me pashmangshmërinë e vdekjes biologjike gjithashtu mund të kundërshtohet në bazë të konsideratave probabiliste. Për çdo organizëm të gjallë në një moment të caktuar kohor, ekziston një probabilitet jo zero që ai të mbetet i gjallë gjatë sekondës së ardhshme. Kështu, probabiliteti që ai të mbetet gjallë për miliardë vitet e ardhshme është gjithashtu jo zero (pasi është prodhimi numer i madh faktorë jo zero), megjithëse shumë të vegjël.

Ajo që është problematike në lidhje me idenë e pavdekësisë kuantike është se sipas saj, një qenie e vetëdijshme do të "detyrohet" të përjetojë ngjarje jashtëzakonisht të pamundura që do të lindin në situata në të cilat pjesëmarrësi do të duket se vdes. Edhe pse në shumë universe paralele pjesëmarrësi vdes, ato pak universe që pjesëmarrësi është në gjendje t'i perceptojë subjektivisht do të zhvillohen në një skenar jashtëzakonisht të pamundur. Kjo, nga ana tjetër, mund të shkaktojë në një farë mënyre një shkelje të parimit të shkakësisë, natyra e të cilit në fizikën kuantike nuk është ende mjaft e qartë.

Megjithëse ideja e pavdekësisë kuantike buron kryesisht nga eksperimenti i "vetëvrasjes kuantike", Tegmark argumenton se në çdo kusht normal, çdo qenie që mendon përpara vdekjes kalon nëpër një fazë (nga disa sekonda në disa vjet) të uljes së nivelit të vetë-vrasjes. ndërgjegjësimi, i cili nuk ka lidhje me mekanikën kuantike dhe pjesëmarrësi nuk ka mundësi të vazhdojë ekzistencën duke lëvizur nga një botë në tjetrën, gjë që i jep mundësinë të mbijetojë.

Këtu, një vëzhgues racional i vetëdijshëm vazhdon të mbetet, si të thuash, në një "trup të shëndetshëm" vetëm në një numër relativisht të vogël të gjendjeve të mundshme në të cilat ai ruan vetëdijen. Mundësia që vëzhguesi, duke ruajtur vetëdijen, të mbetet i gjymtuar është shumë më i madh sesa nëse ai mbetet i padëmtuar. Çdo sistem (duke përfshirë një organizëm të gjallë) ka shumë më tepër mundësi për të funksionuar gabimisht sesa për të qëndruar në formë ideale. Hipoteza ergodike e Boltzmann-it kërkon që vëzhguesi i pavdekshëm herët a vonë do të kalojë nëpër të gjitha gjendjet në përputhje me ruajtjen e vetëdijes, përfshirë ato në të cilat ai do të ndjejë vuajtje të padurueshme - dhe do të ketë dukshëm më shumë gjendje të tilla sesa gjendje të funksionimit optimal të organizmit. Kështu, siç sugjeron filozofi David Lewis, ne duhet të shpresojmë që interpretimi i shumë botëve është i gabuar.

Me siguri keni dëgjuar më shumë se një herë se ekziston një fenomen i tillë si "Macja e Schrödinger". Por nëse nuk jeni fizikan, atëherë ka shumë të ngjarë që keni vetëm një ide të paqartë se çfarë lloj mace është kjo dhe pse është e nevojshme.
“Macja e Schrödinger-it” quhet eksperimenti i famshëm i mendimit të fizikanit të famshëm teorik austriak Erwin Schrödinger, i cili është edhe fitues i çmimit Nobel. Me ndihmën e këtij eksperimenti fiktiv, shkencëtari donte të tregonte paplotësinë e mekanikës kuantike në kalimin nga sistemet nënatomike në sistemet makroskopike.
Ky artikull përpiqet të shpjegojë me fjalë të thjeshta thelbi i teorisë së Schrödinger-it për macen dhe mekanikën kuantike, në mënyrë që ajo të jetë e arritshme për një person që nuk ka një arsim të lartë teknik. Artikulli do të paraqesë gjithashtu interpretime të ndryshme të eksperimentit, duke përfshirë ato nga seriali televiziv "The Big Bang Theory".
Përmbajtja:
1. Përshkrimi i eksperimentit
2. Shpjegimi me fjalë të thjeshta
3. Video nga The Big Bang Theory
4. Shqyrtime dhe komente
Përshkrimi i eksperimentit
Artikulli origjinal nga Erwin Schrödinger u botua në 1935. Në të, eksperimenti u përshkrua duke përdorur teknikën e krahasimit apo edhe personifikimit:

Mund të ndërtoni edhe raste në të cilat ka mjaft burleskë. Lëreni një mace të mbyllet brenda dhoma e çelikut së bashku me makinën djallëzore të mëposhtme (e cila duhet të jetë pavarësisht nga ndërhyrja e maces): brenda numëruesit Geiger ka një sasi të vogël të substancës radioaktive, aq e vogël sa që vetëm një atom mund të kalbet brenda një ore, por me të njëjtën probabilitet mund të mos jetë ; nëse kjo ndodh, tubi i leximit shkarkohet dhe stafeta aktivizohet, duke lëshuar çekiçin, i cili thyen balonën me acid hidrocianik.
Nëse e lëmë të gjithë këtë sistem në vetvete për një orë, atëherë mund të themi se macja do të jetë e gjallë pas kësaj kohe, për sa kohë që atomi nuk shpërbëhet. Shpërbërja e parë e atomit do ta helmonte macen. Psi-funksioni i sistemit në tërësi do ta shprehë këtë duke përzier ose lyer një mace të gjallë dhe një mace të vdekur (të falni shprehjen) në pjesë të barabarta. Është tipike në raste të tilla që pasiguria fillimisht e kufizuar bota atomike, shndërrohet në pasiguri makroskopike, e cila mund të eliminohet me vëzhgim të drejtpërdrejtë. Kjo na pengon të pranojmë me naivitet "modelin e turbullt" si pasqyrim të realitetit. Kjo në vetvete nuk do të thotë asgjë e paqartë apo kontradiktore. Ka një ndryshim midis një fotografie të paqartë ose jashtë fokusit dhe një fotografie me re ose mjegull.
________________________________________
Me fjale te tjera:
1. Ka një kuti dhe një mace. Kutia përmban një mekanizëm që përmban një bërthamë atomike radioaktive dhe një enë me gaz helmues. Parametrat eksperimentalë u zgjodhën në mënyrë që probabiliteti i prishjes bërthamore në 1 orë të jetë 50%. Nëse bërthama shpërbëhet, një enë me gaz hapet dhe macja vdes. Nëse bërthama nuk prishet, macja mbetet e gjallë dhe mirë.
2. E mbyllim macen në një kuti, presim një orë dhe pyesim veten: macja është gjallë apo e vdekur?
3. Mekanika kuantike duket se na tregon se bërthama atomike (dhe rrjedhimisht macja) është në të gjitha gjendjet e mundshme njëkohësisht (shih mbivendosjen kuantike). Para se të hapim kutinë, sistemi i bërthamës së maces është në gjendjen "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" me një probabilitet prej 50% dhe në gjendjen "bërthama nuk është kalbur, macja është gjallë" me një probabiliteti prej 50%. Rezulton se macja e ulur në kuti është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë.
4. Sipas interpretimit modern të Kopenhagës, macja është e gjallë/e vdekur pa asnjë gjendje të ndërmjetme. Dhe zgjedhja e gjendjes së kalbjes së bërthamës nuk ndodh në momentin e hapjes së kutisë, por edhe kur bërthama hyn në detektor. Sepse reduktimi i funksionit valor të sistemit “mace-detektor-bërthamë” nuk shoqërohet me vëzhguesin njerëzor të kutisë, por shoqërohet me detektor-vëzhgues të bërthamës.

Shpjegimi me fjalë të thjeshta
Sipas mekanikës kuantike, nëse bërthama e një atomi nuk vërehet, atëherë gjendja e tij përshkruhet nga një përzierje e dy gjendjeve - një bërthamë e kalbur dhe një bërthamë e pashkatërruar, pra, një mace e ulur në një kuti dhe duke personifikuar bërthamën e një atomi është i gjallë dhe i vdekur në të njëjtën kohë. Nëse kutia hapet, atëherë eksperimentuesi mund të shohë vetëm një gjendje specifike - "bërthama është kalbur, macja ka vdekur" ose "bërthama nuk është kalbur, macja është e gjallë".
Thelbi në gjuhën njerëzore: Eksperimenti i Shrodingerit tregoi se, nga pikëpamja e mekanikës kuantike, macja është e gjallë dhe e vdekur, gjë që nuk mund të jetë. Prandaj, mekanika kuantike ka të meta të rëndësishme.
Pyetja është: kur një sistem pushon së ekzistuari si një përzierje e dy gjendjeve dhe kur zgjedh një të veçantë? Qëllimi i eksperimentit është të tregojë se mekanika kuantike është e paplotë pa disa rregulla që tregojnë se në cilat kushte funksioni i valës shembet, dhe macja ose bëhet e vdekur ose mbetet e gjallë, por pushon së qeni një përzierje e të dyjave. Meqenëse është e qartë se një mace duhet të jetë ose e gjallë ose e vdekur (nuk ka një gjendje ndërmjetëse midis jetës dhe vdekjes), kjo do të jetë e ngjashme për bërthamën atomike. Duhet të jetë ose i kalbur ose i paprishur (Wikipedia).
Video nga The Big Bang Theory
Një tjetër interpretim më i fundit i eksperimentit të mendimit të Shrodingerit është një histori që personazhi i Big Bang Theory Sheldon Cooper i tha fqinjit të tij më pak të arsimuar Penny. Thelbi i tregimit të Sheldon është se koncepti i maces së Shrodingerit mund të zbatohet në marrëdhëniet njerëzore. Për të kuptuar se çfarë po ndodh midis një burri dhe një gruaje, çfarë lloj marrëdhënieje ka midis tyre: e mirë apo e keqe, thjesht duhet të hapni kutinë. Deri atëherë, marrëdhënia është e mirë dhe e keqe.
Më poshtë është një videoklip i këtij shkëmbimi të Teorisë së Big Bang midis Sheldon dhe Penia.
A mbeti gjallë macja si rezultat i eksperimentit?
Për ata që nuk e lexuan me vëmendje artikullin, por janë ende të shqetësuar për macen, një lajm i mirë: mos u shqetësoni, sipas të dhënave tona, si rezultat i një eksperimenti mendimi nga një fizikan i çmendur austriak.
Asnjë mace nuk u lëndua

Siç na shpjegoi Heisenberg, për shkak të parimit të pasigurisë, përshkrimi i objekteve në mikrobotën kuantike është i një natyre të ndryshme nga përshkrimi i zakonshëm i objekteve në makrobotën e Njutonit. Në vend të koordinatave hapësinore dhe shpejtësisë, të cilat jemi mësuar të përshkruajmë lëvizjen mekanike, për shembull, një top përgjatë tavolina e bilardos, në mekanikën kuantike, objektet përshkruhen nga i ashtuquajturi funksion valor. Kreshta e "valës" korrespondon me probabilitetin maksimal për të gjetur një grimcë në hapësirë në momentin e matjes. Lëvizja e një vale të tillë përshkruhet nga ekuacioni i Shrodingerit, i cili na tregon se si ndryshon gjendja e një sistemi kuantik me kalimin e kohës.

Tani për macen. Të gjithë e dinë që macet duan të fshihen në kuti (). Erwin Schrödinger ishte gjithashtu në dijeni. Për më tepër, me fanatizëm thjesht nordik, ai e përdori këtë veçori në një eksperiment të famshëm mendimi. Thelbi i saj ishte se një mace ishte mbyllur në një kuti me një makinë skëterrë. Makina është e lidhur përmes një stafete me një sistem kuantik, për shembull, një substancë që kalbet radioaktivisht. Probabiliteti i kalbjes është i njohur dhe është 50%. Makina infernale aktivizohet kur gjendja kuantike e sistemit ndryshon (ndodh prishja) dhe macja vdes plotësisht. Nëse e lini sistemin "Cat-box-dreqin e makinës-kuantë" në vetvete për një orë dhe mbani mend se gjendja e një sistemi kuantik përshkruhet në terma të probabilitetit, atëherë bëhet e qartë se ndoshta nuk do të jetë e mundur të zbulohet. nëse macja është gjallë apo jo në një moment të caktuar kohor, ashtu siç është e pamundur të parashikohet me saktësi rrëzimi i një monedhe në kokë ose bisht paraprakisht. Paradoksi është shumë i thjeshtë: funksioni valor që përshkruan një sistem kuantik përzien dy gjendjet e një mace - ajo është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë, ashtu si një elektron i lidhur mund të gjendet me probabilitet të barabartë në çdo vend të hapësirës në distancë të barabartë nga bërthama atomike. Nëse nuk e hapim kutinë, nuk e dimë saktësisht se si po shkon macja. Pa bërë vëzhgime (lexo matje) të një bërthame atomike, ne mund të përshkruajmë gjendjen e saj vetëm me mbivendosje (përzierje) të dy gjendjeve: një bërthame të kalbur dhe të pashkatërruar. Një mace në varësinë bërthamore është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Pyetja është: kur një sistem pushon së ekzistuari si një përzierje e dy gjendjeve dhe kur zgjedh një të veçantë?

Interpretimi i eksperimentit në Kopenhagë na tregon se sistemi pushon së qeni një përzierje gjendjesh dhe zgjedh njërën prej tyre në momentin kur ndodh një vëzhgim, i cili është gjithashtu një matje (hapet kutia). Kjo do të thotë, vetë fakti i matjes ndryshon realitetin fizik, duke çuar në kolapsin e funksionit të valës (macja ose bëhet e vdekur ose mbetet e gjallë, por pushon së qeni një përzierje e të dyjave)! Mendoni pak, eksperimenti dhe matjet që e shoqërojnë ndryshojnë realitetin rreth nesh. Personalisht, ky fakt më shqetëson trurin tim më shumë se alkooli. Edhe i njohuri Steve Hawking e ka të vështirë ta përjetojë këtë paradoks, duke përsëritur se kur dëgjon për macen e Schrödinger-it, dora e tij shtrihet drejt Browningut. Ashpërsia e reagimit të fizikanit të shquar teorik është për faktin se, sipas mendimit të tij, roli i vëzhguesit në kolapsin e funksionit të valës (duke e rrëzuar atë në një nga dy gjendjet probabiliste) është shumë i ekzagjeruar.

Sigurisht, kur profesori Erwin konceptoi torturën e tij të maces në vitin 1935, ishte një mënyrë e zgjuar për të treguar papërsosmërinë e mekanikës kuantike. Në fakt, një mace nuk mund të jetë e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë. Si rezultat i një prej interpretimeve të eksperimentit, u bë e qartë se kishte një kontradiktë midis ligjeve të makro-botës (për shembull, ligji i dytë i termodinamikës - macja është ose e gjallë ose e vdekur) dhe mikro- botë (macja është e gjallë dhe e vdekur në të njëjtën kohë).

Një tjetër interpretim më i fundit i eksperimentit të mendimit të Shrodingerit është një histori që personazhi i Big Bang Theory Sheldon Cooper i tha fqinjit të tij më pak të arsimuar Penny. Thelbi i tregimit të Sheldon është se koncepti i maces së Shrodingerit mund të zbatohet në marrëdhëniet njerëzore. Për të kuptuar se çfarë po ndodh midis një burri dhe një gruaje, çfarë lloj marrëdhënieje ka midis tyre: e mirë apo e keqe, thjesht duhet të hapni kutinë. Deri atëherë, marrëdhënia është e mirë dhe e keqe.