1935'te, yeni ortaya çıkan kuantum mekaniğinin ateşli bir rakibi olan Eric Schrödinger, tutarsızlığı açığa vurma ve kanıtlama iddiasında olan bir makale yayınladı. yeni dal fiziğin gelişimi.

Makalenin özü şu: uygulamak Düşünce deneyi :

1. Canlı bir kedi tamamen kapalı bir kutuya yerleştirilir.
2. Kedinin yanına bir radyoaktif atom içeren bir Geiger sayacı yerleştirilir.
3. Asitle dolu bir şişe doğrudan Geiger sayacına bağlanır.
4. Radyoaktif bir atomun olası bozunması Geiger sayacını harekete geçirecek, bu da şişeyi kıracak ve içinden dökülen asit kediyi öldürecektir.
5. Kedi böyle rahatsız edici komşuların yanında kalırsa hayatta kalacak mı yoksa ölecek mi?
6. Deney için bir saat ayrılmıştır.

Bu sorunun cevabı, süperpozisyona dayanan kuantum teorisinin tutarsızlığını kanıtlamayı amaçlıyordu: paradoks yasası - dünyamızdaki tüm mikropartiküller, gözlemlenmeye başlayıncaya kadar her zaman aynı anda iki durumda bulunur.

Yani, kapalı bir alanda (kuantum teorisi) bulunan kedimiz, öngörülemeyen komşusu atom gibi aynı anda mevcuttur. iki eyalette:

1. Hem yaşayan hem de ölü bir kedi.
2. Çürümüş ve aynı zamanda çürümemiş bir atom.

Klasik fiziğe göre bu tamamen saçmalıktır. Birbirini dışlayan bu tür şeylerin aynı anda var olması imkansızdır.

Ve bu doğrudur, ancak yalnızca makrokozmos açısından. Oysa mikro dünyada tamamen farklı yasalar geçerliydi ve bu nedenle Schrödinger, makro dünyanın yasalarını mikro dünya içindeki ilişkilere uygularken yanılmıştı. Mikro dünyanın devam eden belirsizliklerinin bilinçli olarak gözlemlenmesinin ikincisini ortadan kaldırdığını anlamamak.

Başka bir deyişle, eğer açarsanız kapalı sistem Bir kedinin radyoaktif bir atomla birlikte yerleştirildiği durumda, konunun olası durumlarından yalnızca birini göreceğiz.

Bu, Arkansas Üniversitesi'nden Amerikalı fizikçi Art Hobson tarafından kanıtlandı. Onun teorisine göre, eğer bir mikrosistemi (radyoaktif atom) bir makrosisteme (Geiger sayacı) bağlarsanız, ikincisi zorunlu olarak birincinin kuantum dolaşıklık durumuyla aşılanacak ve süperpozisyona girecektir. Ve bu fenomeni doğrudan gözlemleyemediğimiz için, bu bizim için kabul edilemez hale gelecektir (Schrödinger'in kanıtladığı gibi).

Böylece atomun ve radyasyon sayacının aynı süperpozisyonda olduğunu bulduk. Peki bu sistem için kime veya neye kedi diyebiliriz? Mantıksal olarak düşünürsek, bu durumda kedi radyoaktif çekirdeğin durumunun bir göstergesi (sadece bir gösterge) haline gelir:

1. Kedi yaşıyor, çekirdeği çürümemiş.
2. Kedi ölmüş, çekirdeği parçalanmış.

Ancak kedinin de kutunun içinde olması nedeniyle tek bir sistemin parçası olduğunu da hesaba katmamız gerekiyor. Dolayısıyla kuantum teorisine göre kedi, atomla yerel olmayan bir bağlantı içindedir. kafası karışık bir durumda Bu, mikro dünyanın süperpozisyonu anlamına gelir.

Buradan şu sonuç çıkar: Sistemdeki nesnelerden birinde ani bir değişiklik olduğunda, birbirlerinden ne kadar uzakta olursa olsun, diğer bir nesnede de aynı durum meydana gelecektir. Her iki nesnenin durumundaki ani bir değişiklik, uzay tarafından basitçe iki parçaya bölünmüş tek bir sistemle karşı karşıya olduğumuzu kanıtlar.

Bu, Schrödinger'in kedisinin ya atom çürümemişse canlı, ya da atom bozunmuşsa ölü olduğunu güvenle söyleyebileceğimiz anlamına gelir.

Ancak yine de mikro dünyanın süperpozisyonlarını tanımlayan matematiksel bir cihazın inşa edilmesi tam da Schrödinger'in düşünce deneyi sayesinde oldu. Bu bilgi kriptografi ve bilgisayar teknolojisinde geniş uygulama alanı bulmuştur.

Son olarak, her türden yazarın ve sinemanın "Schrödinger'in kedisi" gizemli paradoksuna duyduğu tükenmez sevgiyi belirtmek isterim. Bu sadece birkaç örnek:

1. Lukyanenko'nun "Son Nöbet" romanında "Schrodinger'in Kedisi" adı verilen büyülü bir cihaz.
2. Douglas Adams'ın polisiye romanı Dirk Gently'nin Dedektiflik Bürosu'nda Schrödinger'in kedisi sorununa dair canlı bir tartışma vardır.
3. R. E. Heinlein'in The Cat Walks Through Walls adlı romanında, ana karakter Bir kedi neredeyse sürekli olarak aynı anda iki durumda bulunur.
4. Lewis Carroll'un "Alice Harikalar Diyarında" romanındaki ünlü Cheshire kedisi aynı anda birçok yerde görünmeyi seviyor.
5. Fahrenheit 451 romanında Ray Bradbury, Schrödinger'in kedisinin yaşayan ölü bir mekanik köpek biçiminde olması konusunu gündeme getiriyor.
6. Christopher Stasheff, "Şifa Sihirbazı" adlı romanında Schrödinger'in kedisine dair vizyonunu çok orijinal bir şekilde anlatıyor.

Ve böylesine gizemli bir düşünce deneyi hakkında daha birçok büyüleyici, tamamen imkansız fikir.

Atomun gezegen modelinin geçerliliği kanıtlanmış olmasına rağmen, o dönemde var olan teori tüm süreçleri tam olarak açıklayamıyordu, içinde gözlemlenen gerçek hayat. Gerçekte bazı nedenlerden dolayı klasik Newton mekaniğinin mikro düzeyde çalışmadığı ortaya çıktı. Onlar. Gerçek hayattan alınan prototip model, güneş sistemimiz yerine atomun dikkate alınması durumunda o zamanın bilim adamlarının gözlemleriyle örtüşmüyor.

Buna dayanarak konsept önemli ölçüde yeniden tasarlandı. Öyle bir disiplin vardı ki Kuantum mekaniği. Bu yönün kökenleri seçkin fizikçi Erwin Schrödinger'e dayanıyordu.

Süperpozisyon kavramı

Yeni teoriyi ayıran temel prensip şudur: Üstüste binme ilkesi. Bu prensibe göre bir kuantum (elektron, foton veya proton) aynı anda iki durumda bulunabilir. Eğer anlaşılmasını kolaylaştırmak Bu formülasyonla, zihnimizde hayal edilmesi tamamen imkansız olan bir gerçeğe ulaşıyoruz. Bir kuantum aynı anda iki yerde olabilir.

Ortaya çıktığı dönemde bu teori yalnızca klasik mekanikle değil, aynı zamanda sağduyu. Şimdi bile fizikten uzak, eğitimli bir insanın böyle bir durumu hayal etmesi pek mümkün değildir. Sonuçta bu anlayış sonuçta kendisinin de olduğunu ima ediyor. okuyucu şimdi burada ve orada olabilir. İnsan makro dünyadan mikro dünyaya geçişi tam olarak bu şekilde hayal etmeye çalışır.

Newton mekaniğinin etkisini deneyimlemeye ve kendisini uzayda bir noktada algılamaya alışmış bir kişi için aynı anda iki yerde olmayı hayal etmek son derece zordu. Ayrıca, Makrodan mikroya geçişte böyle bir teori ya da model yoktu.. Belirli sayısal değerler ve kurallar konusunda bir anlayış yoktu.

Fakat, o zamanın cihazları bu “kuantum uyumsuzluğunu” net bir şekilde kaydetmeyi mümkün kıldı. Laboratuvar araçları, formüle edilen önermelerin gerçekten tutarlı olduğunu ve kuantumun iki durumda bulunabildiğini doğruladı. Örneğin bir atomun çekirdeği etrafında elektron gazı tespit edildi.

Buna dayanarak, Schrödinger, şimdi kedi teorisi olarak bilinen ünlü bir kavramı formüle etti. Bu formülasyonun amacı şunu göstermekti: klasik teori fizik oluştu büyük başarısızlık, ek çalışma gerektirir.

Shroedinger'ın kedisi

Kedi hakkındaki düşünce deneyi şuydu: kedi kapalı çelik bir kutuya yerleştirildi. Kutu donatılmıştı zehirli gaz içeren bir cihaz ve atom çekirdeğine sahip bir cihaz.

Bilinen varsayımlara dayanarak, bir atomun çekirdeği Bir saat içinde bileşenlere ayrışabilir ancak parçalanmayabilir. Buna göre bu olayın gerçekleşme olasılığı %50'dir.

Çekirdek bozulursa, karşı kayıt cihazı tetiklenir ve bu olaya yanıt olarak, kutunun donatıldığı daha önce açıklanan cihazdan zehirli bir madde salınır. Onlar. kedi zehirden ölür. Bu olmazsa kedi buna göre ölmez. Çürüme ihtimalinin %50 olduğu dikkate alındığında kedinin hayatta kalma şansı %50'dir.

Kuantum teorisine dayanarak, Bir atom aynı anda iki durumda olabilir. Onlar. atom hem bozundu hem de bozunmadı. Bu, kayıt cihazının çalıştığı, kabı zehirle kırdığı ve parçalanmadığı anlamına gelir. Kedi zehirden zehirlendi ve aynı zamanda kedi zehirden zehirlenmedi.

Ancak öyle bir resim hayal etmek imkansızdır ki, kutuyu açtığında araştırmacı hem ölü hem de canlı bir kediyi keşfetmiştir. Kedi ya yaşıyor ya da ölü. Bu, durumun paradoksudur. İzleyicinin bilincinin ölü-diri bir kediyi hayal etmesi imkansızdır.

Paradoks şu ki kedi makrokozmosun bir nesnesidir. Buna göre onun hakkında diri ve ölü olduğunu söylemek, yani. Kuantuma benzer şekilde aynı anda iki durumda olması tamamen doğru olmayacaktır.

Bu örneği kullanarak, Schrödinger özellikle makro ve mikro dünyalar arasında açık paralelliklerin olmadığı gerçeğine odaklandı.. Uzmanların daha sonraki yorumları, kedi-seyirci sistemi değil, radyasyon dedektörü-kedi sisteminin düşünülmesi gerektiğini açıklıyor. Bir dedektör-kedi sisteminde yalnızca bir olay olasıdır.

"Kuantum teorisi karşısında şok olmayan herkes, anlamıyor" dedi kuantum teorisinin kurucusu Niels Bohr.
Klasik fiziğin temeli, dünyanın kesin programlanmasıdır, aksi takdirde Laplace determinizmi, kuantum mekaniğinin gelişiyle yerini belirsizlikler ve olasılıksal olaylar dünyasının istilasına bıraktı. Ve burada düşünce deneyleri teorik fizikçiler için kullanışlı oldu. Bunlar en son fikirlerin test edildiği mihenk taşlarıydı.

"Schrödinger'in Kedisi" bir düşünce deneyidir Atom altı sistemlerden makroskobik sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermek istediği Erwin Schrödinger tarafından önerildi.

Bir kedi kapalı bir kutuya yerleştirilir. Kutu, radyoaktif bir çekirdek ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizma içerir. Çekirdeğin 1 saat içinde bozunma olasılığı 1/2'dir. Çekirdek parçalanırsa mekanizmayı harekete geçirir, gaz dolu bir kabı açar ve kedi ölür. Kuantum mekaniğine göre, eğer çekirdek hakkında hiçbir gözlem yapılmazsa, durumu iki durumun üst üste binmesi (karışımı) ile tanımlanır - çürümüş bir çekirdek ve çürümemiş bir çekirdek, dolayısıyla bir kutuda oturan bir kedi hem canlı hem de ölüdür. aynı zamanda. Kutu açılırsa deneyci yalnızca belirli bir durumu görebilir: "çekirdek çürümüş, kedi ölmüş" veya "çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor."

Sistem ne zaman ortadan kalkar?İki durum nasıl karıştırılıp belirli bir durum seçilir?

Deneyin amacı- Dalga fonksiyonunun hangi koşullar altında çöktüğünü (ölçüldüğünde bir nesnenin kuantum durumunda meydana gelen ani bir değişiklik) ve kedinin ya öldüğünü ya da canlı kaldığını, ancak bir kedi olmaktan çıktığını belirten bazı kurallar olmadan kuantum mekaniğinin eksik olduğunu gösterin. her ikisinin karışımı.

Bir kedinin ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğundan (yaşam ile ölüm arasında bir ara durum yoktur), bu durum atom çekirdeği için de geçerli olduğu anlamına gelir. Mutlaka ya çürümüş ya da çürümemiş olacaktır.

Schrödinger'in bir kediyle yapılan düşünce deneyini anlatan "Kuantum Mekaniğinde Güncel Durum" başlıklı makalesi Alman dergisinde yayımlandı Doğa Bilimleri” 1935'te EPR paradoksunu tartışmak için.

Einstein-Podolsky-Rosen ve Schrödinger'in makaleleri, iki sistemin (örneğin, iki atom altı parçacık) durumlarının üst üste binmesi olan kuantum durumlarının karakteristiği olan "kuantum dolaşıklığının" (Schrödinger tarafından türetilen bir terim) tuhaf doğasının ana hatlarını çizdi.

Kuantum mekaniğinin yorumlanması

Kuantum mekaniğinin var olduğu dönemde bilim insanları bu konuda farklı yorumlar ortaya koymuşlardır ancak günümüzde en çok desteklenenleri “Kopenhag” ve “çoklu dünyalar” yorumlarıdır.

"Kopenhag Yorumu" Kuantum mekaniğinin bu yorumu Niels Bohr ve Werner Heisenberg tarafından Kopenhag'daki (1927) ortak çalışmaları sırasında formüle edildi. Bilim insanları, kuantum mekaniğinin doğasında olan dalga-parçacık ikiliğinden kaynaklanan soruları, özellikle de ölçüm sorununu yanıtlamaya çalıştılar.

Kopenhag yorumuna göre sistem, gözlemin gerçekleştiği anda durumların karışımı olmaktan çıkar ve bunlardan birini seçer. Kediyle yapılan deney, bu yorumda bu gözlemin - ölçümün - doğasının yeterince tanımlanmadığını göstermektedir. Bazıları, deneyimlerin, kutu kapalı olduğu sürece sistemin aynı anda her iki durumda da bulunduğunu, "çürümüş çekirdek, ölü kedi" ve "çürümemiş çekirdek, yaşayan kedi" durumlarının üst üste bindiğini ve kutu açıldığında olduğunu öne sürdüğüne inanıyor. ancak o zaman dalga fonksiyonu seçeneklerden birine çöker. Diğerleri "gözlemin" çekirdekten gelen bir parçacığın dedektöre çarpmasıyla gerçekleştiğini tahmin ediyor; ancak (ve bu önemli an düşünce deneyi) Kopenhag yorumunda bunun ne zaman olacağını söyleyen açık bir kural yoktur ve dolayısıyla bu yorum, böyle bir kural kendisine dahil edilene veya nasıl getirilebileceği söylenene kadar eksiktir. Kesin kural, klasik yaklaşımın ilk kullanıldığı noktada rastgeleliğin ortaya çıkmasıdır.

Dolayısıyla şu yaklaşıma güvenebiliriz: makroskobik sistemlerde kuantum olaylarını gözlemlemiyoruz (süper akışkanlık ve süperiletkenlik olgusu hariç); bu nedenle, eğer bir kuantum durumuna makroskobik bir dalga fonksiyonu uygularsak, deneyimlerden süperpozisyonun bozulduğu sonucunu çıkarmamız gerekir. Bir şeyin genel olarak “makroskobik” olmasının ne anlama geldiği tam olarak açık olmasa da kedi hakkında kesin olan şey, onun makroskobik bir nesne olmasıdır. Dolayısıyla Kopenhag yorumu, kedinin kutu açılmadan önce canlı ile ölü arasında bir kafa karışıklığı içinde olduğunu dikkate almamaktadır.

"Birçok dünya yorumunda"Ölçüm sürecini özel bir şey olarak görmeyen kuantum mekaniği, kedinin her iki durumu da mevcuttur, ancak uyumsuzdur, yani. kuantum mekaniksel sistemin etkileşime girdiği bir süreç meydana gelir çevre ve çevrede mevcut olan bilgileri edinir veya başka bir şekilde çevreye “karışık” hale gelir. Ve gözlemci kutuyu açtığında kediye karışır ve bundan gözlemcinin canlı ve ölü kediye karşılık gelen iki durumu oluşur ve bu durumlar birbirleriyle etkileşime girmez. Aynı kuantum eşevresizlik mekanizması “ortak” tarihler için önemlidir. Bu yoruma göre yalnızca “ölü bir kedi” ya da “canlı bir kedi” “ortak bir hikâye”de yer alabilir.

Yani kutu açıldığında evren iki farklı evrene ayrılıyor; birinde gözlemci ölü bir kedinin olduğu kutuya bakıyor, diğerinde ise gözlemci canlı bir kediye bakıyor.

"Wigner'ın arkadaşı" paradoksu

Wigner'ın Arkadaşı Paradoksu, Schrödinger'in kedisi paradoksunun karmaşık bir deneyidir. Ödüllü Nobel Ödülü Amerikalı fizikçi Eugene Wigner "arkadaşlar" kategorisini tanıttı. Deneyi tamamladıktan sonra deneyci kutuyu açar ve canlı bir kedi görür. Kedinin kutuyu açtığı andaki durumu “çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor” durumuna geçer. Böylece laboratuvarda kedinin canlı olduğu tespit edildi. Laboratuvarın dışında bir "arkadaş" var. Arkadaşı kedinin canlı mı ölü mü olduğunu henüz bilmiyor. Arkadaşı ancak deneyi yapan kişi ona deneyin sonucunu söylediğinde kedinin canlı olduğunu anlar. Ancak diğer tüm "arkadaşlar" henüz kediyi canlı olarak tanımamıştır ve ancak deneyin sonucu kendilerine söylendiğinde tanıyacaklardır. Bu nedenle, kedinin tamamen canlı olduğu ancak evrendeki tüm insanların deneyin sonucunu bilmesi durumunda tanınabilir. Bu ana kadar Büyük Evren ölçeğinde kedi aynı anda yarı canlı ve yarı ölü kalır.

Yukarıdakiler pratikte kullanılır: kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisinde. İki durumun süperpozisyonundaki bir ışık sinyali, fiber optik kablo aracılığıyla gönderilir. Saldırganlar kablonun ortasında bir yere bağlanırsa ve iletilen bilgiyi gizlice dinlemek için oraya bir sinyal vuruşu yaparsa, bu durum dalga fonksiyonunu çökertecektir (Kopenhag yorumu açısından gözlem yapılacaktır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri gerçekleştirerek, ışığın durumların süperpozisyonunda mı olduğunu yoksa daha önce gözlemlenip başka bir noktaya iletilip aktarılmadığını tespit etmek mümkün olacaktır. Bu, tespit edilemeyen sinyal müdahalesini ve gizlice dinlenmeyi engelleyen iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.

Deney (prensipte gerçekleştirilebilir, ancak büyük miktarlarda bilgi iletebilen çalışan kuantum kriptografi sistemleri henüz oluşturulmamış), Kopenhag yorumundaki "gözlem" in gözlemcinin bilinciyle hiçbir ilgisi olmadığını da gösteriyor. çünkü bu durumda kablonun sonunda istatistiklerdeki değişiklik telin tamamen cansız bir dalına yol açar.

Ve kuantum hesaplamada Schrödinger kedisi durumu, kübitlerin hepsinin sıfırlar veya birler ile aynı süperpozisyonda olduğu özel bir dolaşmış halidir.

("Kubit" kuantum bilgisayarında bilgi depolamak için kullanılan en küçük öğedir. İki öz durumu kabul eder, ancak bunların süperpozisyonunda da olabilir. Bir kübitin durumu ölçüldüğünde rastgele kendi durumlarından birine geçiş yapar.)

Gerçekte! "Schrödinger'in kedisi"nin küçük kardeşi

Schrödinger'in kedisinin ortaya çıkışından bu yana 75 yıl geçti, ancak kuantum fiziğinin bazı sonuçları hâlâ madde ve onun özellikleri hakkındaki günlük fikirlerimizle çelişiyor gibi görünüyor. Kuantum mekaniği yasalarına göre hem canlı hem de ölü olduğu bir “kedi” durumu yaratmak mümkün olmalıdır; iki durumun kuantum süperpozisyonu durumunda olacaktır. Ancak pratikte bu kadar çok sayıda atomun kuantum süperpozisyonunun yaratılması henüz mümkün olmadı. Buradaki zorluk, bir süperpozisyonda ne kadar çok atom varsa, bu durumun o kadar az kararlı olmasıdır, çünkü dış etkiler onu yok etme eğilimindedir.

Viyana Üniversitesi'nden fizikçilere (dergide yayın) Doğa İletişimi", 2011) dünyada ilk kez 430 atomdan oluşan bir organik molekülün kuantum süperpozisyon durumundaki kuantum davranışını göstermek mümkün oldu. Deneycilerin elde ettiği molekül daha çok ahtapota benziyor. Moleküllerin boyutu yaklaşık 60 angstromdur ve molekülün de Broglie dalga boyu yalnızca 1 pikometredir. Bu "moleküler ahtapot", Schrödinger'in kedisinin doğasında bulunan özellikleri göstermeyi başardı.

Kuantum intiharı

Kuantum intiharı, G. Moravec ve B. Marshall tarafından bağımsız olarak öne sürülen ve 1998 yılında kozmolog Max Tegmark tarafından genişletilen, kuantum mekaniğinde bir düşünce deneyidir. Schrödinger'in kedisi düşünce deneyinin bir modifikasyonu olan bu düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin iki yorumu arasındaki farkı açıkça göstermektedir: Kopenhag yorumu ve Everett çoklu dünyalar yorumu.

Deney aslında Schrödinger'in kedisi ile kedinin bakış açısından yapılan bir deneydir.

Önerilen deneyde, katılımcıya bazı radyoaktif atomların bozunmasına bağlı olarak ateş eden veya ateş etmeyen bir silah doğrultulur. Silahın patlayıp katılımcının ölme ihtimali %50'dir. Kopenhag yorumu doğruysa, silah eninde sonunda patlayacak ve katılımcı ölecektir.
Eğer Everett'in çoklu dünyalar yorumu doğruysa, yapılan her deney sonucunda evren iki evrene ayrılıyor; bunlardan birinde katılımcı hayatta kalıyor, diğerinde ise ölüyor. Bir katılımcının öldüğü dünyalarda varlığı sona erer. Bunun tersine, ölü olmayan katılımcı açısından bakıldığında deney, katılımcının kaybolmasına neden olmadan devam edecektir. Bunun nedeni, herhangi bir dalda katılımcının deneyin sonucunu yalnızca hayatta kaldığı dünyada gözlemleyebilmesidir. Ve eğer çoklu dünyalar yorumu doğruysa, katılımcı deney sırasında asla ölmeyeceğini fark edebilir.

Katılımcı hiçbir zaman bu sonuçlar hakkında konuşamayacaktır çünkü dışarıdan bir gözlemci açısından bakıldığında deneyin sonucunun olasılığı hem çoklu dünyalarda hem de Kopenhag yorumlarında aynı olacaktır.

Kuantum ölümsüzlüğü

Kuantum ölümsüzlüğü, kuantum intihar düşünce deneyinden kaynaklanan bir düşünce deneyidir ve kuantum mekaniğinin çoklu dünyalar yorumuna göre, öz farkındalık kapasitesine sahip varlıkların ölümsüz olduğunu belirtir.

Bir deneye katılanlardan birinin yakınında nükleer bomba patlattığını düşünelim. Neredeyse tüm paralel Evrenlerde nükleer bir patlama katılımcıyı yok edecektir. Ancak buna rağmen, katılımcının bir şekilde hayatta kalabileceği az sayıda alternatif Evrenin (yani potansiyel bir kurtarma senaryosunun mümkün olduğu Evrenlerin) olması gerekir. Kuantum ölümsüzlüğü fikri, katılımcının hayatta kalması ve dolayısıyla setteki Evrenlerden en az birinde, bu tür evrenlerin sayısı diğer evrenlerin sayısına kıyasla son derece küçük olsa bile çevredeki gerçekliği algılayabilmesidir. mümkün olan tüm Evrenler. Böylece katılımcı zamanla sonsuza kadar yaşayabileceğini keşfedecektir. Bu sonuca bazı paralellikler antropik ilke kavramında bulunabilir.

Başka bir örnek kuantum intiharı fikrinden kaynaklanmaktadır. Bu düşünce deneyinde katılımcı, bazı radyoaktif atomların bozunmasının sonucuna bağlı olarak ateşlenebilecek veya ateşlenmeyecek bir silahı kendisine doğrultur. Silahın patlayıp katılımcının ölme ihtimali %50'dir. Eğer Kopenhag yorumu doğruysa, o zaman silah eninde sonunda patlayacak ve katılımcı ölecektir.

Eğer Everett'in çoklu dünyalar yorumu doğruysa, yapılan her deney sonucunda evren iki evrene ayrılıyor; bunlardan birinde katılımcı hayatta kalıyor, diğerinde ise ölüyor. Bir katılımcının öldüğü dünyalarda varlığı sona erer. Bunun aksine, ölü olmayan katılımcı açısından bakıldığında, katılımcının kaybolmasına neden olmadan deney devam edecektir, çünkü her evren bölünmesinden sonra, yalnızca hayatta kaldığı evrenlerde kendisinin farkına varabilecektir. Dolayısıyla, eğer Everett'in çoklu dünyalar yorumu doğruysa, katılımcı deneyde asla ölmeyeceğini fark edebilir ve böylece en azından kendi bakış açısına göre ölümsüzlüğünü "kanıtlayabilir".

Kuantum ölümsüzlüğünün savunucuları, bu teorinin bilinen fizik yasalarıyla çelişmediğine dikkat çekiyor (bu konum, bilim dünyasında oybirliğiyle kabul edilmekten çok uzak). Akıl yürütmelerinde aşağıdaki iki tartışmalı varsayıma güveniyorlar:
- Everett'in çoklu dünyalar yorumu doğrudur, Kopenhag yorumu değil, çünkü Kopenhag yorumu paralel evrenlerin varlığını reddeder;
- Bir katılımcının deney sırasında ölebileceği tüm olası senaryolar, katılımcının hayatta kaldığı senaryoların en azından küçük bir alt kümesini içerir.

Kuantum ölümsüzlüğü teorisine karşı olası bir argüman, ikinci varsayımın mutlaka Everett'in çoklu dünyalar yorumundan kaynaklanmaması ve tüm olası gerçekliklere uygulanacağına inanılan fizik yasalarıyla çelişebilmesidir. Kuantum fiziğinin çok-dünyalı yorumu mutlaka "her şeyin mümkün olduğu" anlamına gelmez. Bu yalnızca, zamanın belirli bir noktasında evrenin her biri olası birçok sonuçtan birine karşılık gelecek çok sayıda başka parçaya bölünebileceğini gösterir. Örneğin, termodinamiğin ikinci yasasının tüm olası evrenlere uygulanacağına inanılmaktadır. Bu da teorik olarak bu yasanın varlığının, bu yasanın ihlal edileceği paralel evrenlerin oluşumunu engellediği anlamına geliyor. Bunun sonucu, deneycinin bakış açısından, daha fazla hayatta kalmasının imkansız hale geldiği bir gerçeklik durumunun başarılması olabilir; çünkü bu, daha önce belirtilen varsayıma göre fizik yasalarının ihlal edilmesini gerektirecektir. , mümkün olan tüm gerçeklikler için geçerlidir.

Örneğin bir patlamada atom bombası Yukarıda anlatıldığı gibi, katılımcının hayatta kalacağı temel biyolojik ilkeleri ihlal etmeyen makul bir senaryoyu anlatmak oldukça zordur. Merkezde ulaşılan sıcaklıklarda canlı hücreler var olamaz nükleer patlama. Kuantum ölümsüzlüğü teorisinin geçerliliğini koruyabilmesi için, ya bir teklemenin meydana gelmesi (ve dolayısıyla nükleer bir patlamanın önlenmesi) ya da henüz keşfedilmemiş ya da kanıtlanmamış fizik yasalarına dayanan bir olayın meydana gelmesi gerekir. Tartışılan teoriye karşı bir başka argüman, paralel Evrenlerin hiçbirinde (en azından paralel evrenlerde) kaçınılmaz olan, tüm canlılarda doğal biyolojik ölümün varlığı olabilir. bu aşamada bilimin gelişimi)

Öte yandan termodinamiğin ikinci yasası istatistiksel bir yasadır ve dalgalanmaların ortaya çıkmasıyla (örneğin, genel olarak belirli bir seviyeye ulaşmış bir evrende, bir gözlemcinin yaşamına uygun koşullara sahip bir bölgenin ortaya çıkması) hiçbir şey çelişmez. termal ölüm durumu veya prensip olarak nükleer patlamadan kaynaklanan tüm parçacıkların, her birinin gözlemcinin yanından uçacak şekilde olası hareketi), ancak böyle bir dalgalanma yalnızca çok küçük bir kısmında meydana gelecektir. Olası sonuçlar. Biyolojik ölümün kaçınılmazlığına ilişkin argüman, olasılıksal değerlendirmeler temelinde de çürütülebilir. Her canlı organizmanın belirli bir anda, bir sonraki saniyede hayatta kalma ihtimali sıfırdan farklıdır. Dolayısıyla gelecek milyar yıl boyunca hayatta kalma olasılığı da sıfır değildir (çünkü çok sayıda sıfır olmayan faktörler), çok küçük olmasına rağmen.

Kuantum ölümsüzlüğü fikrinin sorunlu yanı, buna göre, kendinin farkında olan bir varlığın, katılımcının ölecek gibi göründüğü durumlarda ortaya çıkacak son derece beklenmedik olayları deneyimlemeye "zorlanması"dır. Pek çok paralel evrende katılımcı ölse de katılımcının öznel olarak algılayabildiği birkaç evren son derece olası olmayan bir senaryoda gelişecektir. Bu da, doğası henüz kuantum fiziğinde yeterince açık olmayan nedensellik ilkesinin bir şekilde ihlal edilmesine neden olabilir.

Kuantum ölümsüzlüğü fikri büyük ölçüde "kuantum intiharı" deneyinden kaynaklansa da Tegmark, herhangi bir normal koşulda, ölümden önce her düşünen varlığın, benlik düzeyinin azaldığı bir aşamadan (birkaç saniyeden birkaç yıla kadar) geçtiğini savunuyor. kuantum mekaniği ile hiçbir ilgisi olmayan farkındalıktır ve katılımcının bir dünyadan diğerine geçerek varlığını sürdürme imkânı yoktur, bu da ona hayatta kalma fırsatı verir.

Burada, öz-farkındalığa sahip zeki bir gözlemci, öz-bilincini koruduğu yalnızca nispeten az sayıda olası durumda, deyim yerindeyse "sağlıklı bir bedende" kalmaya devam eder. Gözlemcinin bilincini korurken sakat kalma olasılığı, zarar görmeden kalmasından çok daha fazladır. Herhangi bir sistem (canlı bir organizma dahil), ideal formda kalmaktan çok, yanlış çalışma olasılığına sahiptir. Boltzmann'ın ergodik hipotezi, ölümsüz gözlemcinin er ya da geç, dayanılmaz acı hissedeceği durumlar da dahil olmak üzere bilincin korunmasıyla uyumlu tüm durumlardan geçeceğini ve bu tür durumların, organizmanın optimal işleyiş durumlarından önemli ölçüde daha fazla olacağını gerektirir. Bu nedenle, filozof David Lewis'in önerdiği gibi, çoklu dünyalar yorumunun yanlış olduğunu ummalıyız.

Elbette “Schrödinger'in Kedisi” diye bir fenomenin olduğunu defalarca duymuşsunuzdur. Ancak fizikçi değilseniz, büyük olasılıkla bunun ne tür bir kedi olduğuna ve neden gerekli olduğuna dair yalnızca belirsiz bir fikriniz vardır.
“Schrödinger'in Kedisi”, aynı zamanda Nobel Ödülü sahibi Avusturyalı ünlü teorik fizikçi Erwin Schrödinger'in ünlü düşünce deneyinin adıdır. Bilim adamı, bu hayali deneyin yardımıyla atom altı sistemlerden makroskobik sistemlere geçişte kuantum mekaniğinin eksikliğini göstermek istedi.
Bu makale açıklamaya çalışmaktadır basit kelimelerle Schrödinger'in kedi ve kuantum mekaniği hakkındaki teorisinin özü, yüksek teknik eğitime sahip olmayan bir kişi için de erişilebilir olsun. Makalede ayrıca "The Big Bang Theory" dizisindekiler de dahil olmak üzere deneyin çeşitli yorumları sunulacak.
İçerik:
1. Deneyin Açıklaması
2. Basit kelimelerle açıklama
3. The Big Bang Theory'den video
4. İncelemeler ve yorumlar
Deneyin açıklaması
Erwin Schrödinger'in orijinal makalesi 1935'te yayımlandı. İçinde deney, karşılaştırma ve hatta kişileştirme tekniği kullanılarak anlatıldı:

Oldukça gülünç olan vakalar da oluşturabilirsiniz. Biraz kedinin kilitli kalmasına izin verin çelik odası aşağıdaki şeytani makineyle birlikte (ki bu, kedinin müdahalesinden bağımsız olmalıdır): Geiger sayacının içinde çok az miktarda radyoaktif madde vardır, o kadar küçüktür ki, bir saat içinde yalnızca bir atom bozunabilir, ancak aynı olasılıkla bozunmayabilir de. ; bu gerçekleşirse, okuma tüpü boşaltılır ve röle etkinleştirilerek, hidrosiyanik asit şişesini kıran çekici serbest bırakır.
Tüm bu sistemi bir saatliğine kendi haline bırakırsak, atom parçalanmadığı sürece kedinin bu saatten sonra hayatta olacağını söyleyebiliriz. Atomun ilk parçalanması kediyi zehirler. Sistemin bir bütün olarak psi işlevi, bunu canlı ve ölü bir kediyi (ifadeyi bağışlayın) eşit parçalar halinde karıştırarak veya bulaştırarak ifade edecektir. Bu tür durumlarda belirsizliğin başlangıçta sınırlı olması normaldir. atom dünyası, doğrudan gözlemle ortadan kaldırılabilecek makroskobik belirsizliğe dönüştürülür. Bu, "bulanıklık modelinin" gerçeği yansıttığını safça kabul etmemizi engelliyor. Bu kendi başına belirsiz veya çelişkili bir şey anlamına gelmez. Bulanık veya odak dışı bir fotoğraf ile bulut veya sis fotoğrafı arasında fark vardır.
________________________________________
Başka bir deyişle:
1. Bir kutu ve bir kedi var. Kutu, radyoaktif bir atom çekirdeği ve bir zehirli gaz kabı içeren bir mekanizma içerir. Deney parametreleri, 1 saat içinde nükleer bozunma olasılığı %50 olacak şekilde seçilmiştir. Çekirdek parçalanırsa gaz dolu bir kap açılır ve kedi ölür. Çekirdek çürümezse kedi hayatta ve sağlıklı kalır.
2. Kediyi bir kutuya kapatıyoruz, bir saat bekleyip kendimize soruyoruz: kedi canlı mı ölü mü?
3. Kuantum mekaniği bize atom çekirdeğinin (ve dolayısıyla kedinin) aynı anda olası tüm durumlarda olduğunu söylüyor gibi görünüyor (bkz. kuantum süperpozisyonu). Kutuyu açmadan önce kedi-çekirdek sistemi %50 olasılıkla “çekirdek çürümüş, kedi ölmüş” durumunda ve %50 olasılıkla “çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor” durumundadır. olasılık %50. Kutunun içinde oturan kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu ortaya çıktı.
4. Modern Kopenhag yorumuna göre kedi herhangi bir ara durum olmaksızın hâlâ diri/ölüdür. Ve çekirdeğin bozunma durumunun seçimi, kutunun açıldığı anda değil, çekirdek dedektöre girdiğinde bile gerçekleşir. Çünkü “kedi-dedektör-çekirdek” sisteminin dalga fonksiyonunun indirgenmesi, kutunun insan gözlemcisi ile değil, çekirdeğin dedektör-gözlemcisi ile ilişkilidir.

Basit kelimelerle açıklama
Kuantum mekaniğine göre, eğer bir atomun çekirdeği hakkında hiçbir gözlem yapılmazsa, o zaman atomun durumu iki durumun karışımıyla tanımlanır: bozunmuş bir çekirdek ve bozulmamış bir çekirdek, dolayısıyla bir kutuda oturan ve atomun çekirdeğini kişileştiren bir kedi. Bir atom aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Kutu açılırsa deneyci yalnızca belirli bir durumu görebilir: "çekirdek çürümüş, kedi ölmüş" veya "çekirdek çürümemiş, kedi yaşıyor."
İnsan dilindeki öz: Schrödinger'in deneyi, kuantum mekaniği açısından kedinin hem canlı hem ölü olduğunu, bunun olamayacağını gösterdi. Bu nedenle kuantum mekaniğinin önemli kusurları vardır.
Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer? Deneyin amacı, kuantum mekaniğinin, hangi koşullar altında dalga fonksiyonunun çöktüğünü ve kedinin ya öldüğünü ya da hayatta kaldığını, ancak artık her ikisinin bir karışımı olmadığını gösteren bazı kurallar olmadan eksik olduğunu göstermektir. Bir kedinin ya canlı ya da ölü olması gerektiği açık olduğundan (yaşam ile ölüm arasında bir ara durum yoktur), atom çekirdeği için de aynı durum geçerli olacaktır. Ya çürümüş ya da çürümemiş olmalıdır (Wikipedia).
The Big Bang Theory'den video
Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Big Bang Theory karakteri Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür.
Aşağıda Sheldon ve Penia arasındaki bu Big Bang Theory alışverişinin video klibi var.
Deney sonucunda kedi hayatta kaldı mı?
Makaleyi dikkatli okumayan ama yine de kedi konusunda endişe duyanlar için iyi haber: Verilerimize göre Avusturyalı çılgın bir fizikçinin yaptığı düşünce deneyi sonucunda endişelenmeyin.
HİÇBİR KEDİ ZARARLANMADI

Heisenberg'in bize açıkladığı gibi, belirsizlik ilkesi nedeniyle, kuantum mikro dünyasındaki nesnelerin tanımı, Newton'un makro dünyasındaki nesnelerin olağan tanımından farklı bir niteliktedir. Mekanik hareketi tanımlamaya alışkın olduğumuz uzaysal koordinatlar ve hız yerine, örneğin bir topun ilerlemesi gibi. Bilardo masası Kuantum mekaniğinde nesneler dalga fonksiyonu adı verilen fonksiyonla tanımlanır. “Dalganın” tepesi, ölçüm anında uzayda bir parçacık bulmanın maksimum olasılığına karşılık gelir. Böyle bir dalganın hareketi, bize kuantum sisteminin durumunun zamanla nasıl değiştiğini söyleyen Schrödinger denklemiyle tanımlanır.

Şimdi kedi hakkında. Herkes kedilerin kutularda saklanmayı sevdiğini bilir (). Erwin Schrödinger de biliyordu. Üstelik tamamen İskandinav fanatizmiyle bu özelliği ünlü bir düşünce deneyinde kullanmıştı. İşin özü, bir kedinin cehennemi bir makineyle birlikte bir kutuya kilitlenmesiydi. Makine bir röle aracılığıyla örneğin radyoaktif olarak bozunan bir madde gibi bir kuantum sistemine bağlanır. Çürüme olasılığı bilinmektedir ve %50'dir. Cehennem makinesi, sistemin kuantum durumu değiştiğinde (çürüme meydana geldiğinde) ve kedi tamamen öldüğünde tetiklenir. “Kedi-kutu-cehennem makinesi-kuanta” sistemini bir saatliğine kendi haline bırakırsanız ve bir kuantum sisteminin durumunun olasılık ile tanımlandığını hatırlarsanız, bunu bulmanın muhtemelen mümkün olmayacağı ortaya çıkar. Tıpkı bir paranın yazı veya tura düşeceğini önceden doğru bir şekilde tahmin etmenin mümkün olmayacağı gibi, kedinin zamanın belirli bir anında canlı olup olmadığı da. Paradoks çok basit: Bir kuantum sistemini tanımlayan dalga fonksiyonu bir kedinin iki durumunu karıştırır; kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür, tıpkı bağlı bir elektronun uzayda kendisinden eşit uzaklıktaki herhangi bir yere eşit olasılıkla yerleştirilebilmesi gibi. atom çekirdeği. Eğer kutuyu açmazsak kedinin ne durumda olduğunu tam olarak bilemeyiz. Bir atom çekirdeğinin gözlemlerini (ölçümlerini okumadan) yapmadan, onun durumunu yalnızca iki durumun üst üste binmesi (karışımı) ile tanımlayabiliriz: bozunmuş ve bozunmamış çekirdek. Nükleer bağımlılığa sahip bir kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür. Soru şudur: Bir sistem ne zaman iki durumun karışımı olarak var olmaktan çıkar ve belirli bir durumu seçer?

Deneyin Kopenhag yorumu bize, sistemin bir durumlar karışımı olmaktan çıktığını ve bir gözlem gerçekleştiği anda bu durumlardan birini seçtiğini, bunun da bir ölçüm olduğunu (kutu açılır) söyler. Yani, ölçüm gerçeği fiziksel gerçekliği değiştirerek dalga fonksiyonunun çökmesine yol açar (kedi ya ölür ya da hayatta kalır, ancak ikisinin karışımı olmaktan çıkar)! Bir düşünün, deney ve ona eşlik eden ölçümler etrafımızdaki gerçekliği değiştiriyor. Şahsen bu gerçek beynimi alkolden çok daha fazla rahatsız ediyor. Ünlü Steve Hawking de bu paradoksu yaşamakta zorlanıyor ve Schrödinger'in kedisini duyduğunda elini Browning'e uzattığını tekrarlıyor. Seçkin teorik fizikçinin tepkisinin ciddiyeti, ona göre, dalga fonksiyonunun çöküşünde (onu iki olasılıktan birine çökertme) gözlemcinin rolünün büyük ölçüde abartılmasından kaynaklanmaktadır.

Elbette, Profesör Erwin 1935'te kedi işkencesini tasarladığında bu, kuantum mekaniğinin kusurlarını göstermenin ustaca bir yoluydu. Aslında bir kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olması mümkün değildir. Deneyin yorumlarından birinin bir sonucu olarak, makro dünyanın yasalarıyla (örneğin, termodinamiğin ikinci yasası - kedi ya canlı ya da ölüdür) mikro dünya arasında bir çelişki olduğu ortaya çıktı. dünya (kedi aynı anda hem canlı hem de ölüdür).

Yukarıdakiler pratikte kullanılır: kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisinde. İki durumun süperpozisyonundaki bir ışık sinyali, fiber optik kablo aracılığıyla gönderilir. Saldırganlar kablonun ortasında bir yere bağlanırsa ve iletilen bilgiyi gizlice dinlemek için oraya bir sinyal vuruşu yaparsa, bu durum dalga fonksiyonunu çökertecektir (Kopenhag yorumu açısından gözlem yapılacaktır) ve ışık eyaletlerden birine girecek. Kablonun alıcı ucunda istatistiksel ışık testleri gerçekleştirerek, ışığın durumların süperpozisyonunda mı olduğunu yoksa daha önce gözlemlenip başka bir noktaya iletilip aktarılmadığını tespit etmek mümkün olacaktır. Bu, tespit edilemeyen sinyal müdahalesini ve gizlice dinlenmeyi engelleyen iletişim araçlarının yaratılmasını mümkün kılar.

Schrödinger'in düşünce deneyinin daha yeni bir yorumu da Big Bang Theory karakteri Sheldon Cooper'ın daha az eğitimli komşusu Penny'ye anlattığı bir hikayedir. Sheldon'ın öyküsünün amacı, Schrödinger'in kedisi kavramının insan ilişkilerine uygulanabilmesidir. Bir erkek ile bir kadın arasında neler olduğunu, aralarında nasıl bir ilişki olduğunu anlamak için: iyi ya da kötü, kutuyu açmanız yeterli. O zamana kadar ilişki hem iyi hem de kötüdür.