Δείτε πώς λειτουργεί η γάτα του Schrodinger

Ο Erwin Schrodinger ήταν ένας από τους βασικούς αριθμούς στο κβαντική φυσική, ακόμη και πριν το διάσημο "Η γάτα του Schrodinger"σκέψης πείραμα. Είχε δημιουργήσει τη λειτουργία των κβαντικών κυμάτων, η οποία ήταν τώρα η καθοριστική εξίσωση της κίνησης στο σύμπαν, αλλά το πρόβλημα είναι ότι εξέφραζε κάθε κίνηση με τη μορφή ενός σειρά πιθανότητες - κάτι που έρχεται σε άμεση αντίθεση με το πώς οι περισσότεροι επιστήμονες της ημέρας (και ίσως ακόμη και σήμερα) θέλουν να πιστεύουν για το πώς η φυσική πραγματικότητα λειτουργεί.

Ο ίδιος ο Schrodinger ήταν ένας τέτοιος επιστήμονας και βρήκε την ιδέα της γάτας του Schrodinger για να επεξηγήσει τα ζητήματα της κβαντικής φυσικής. Ας ρίξουμε λοιπόν υπόψη τα ζητήματα και να δούμε πώς επεδίωκε να επισημάνει ο Schrodinger κατ 'αναλογία.

Η λειτουργία κβαντικού κύματος απεικονίζει όλες τις φυσικές ποσότητες ως μια σειρά κβαντικών καταστάσεων μαζί με μια πιθανότητα ενός συστήματος να είναι σε δεδομένη κατάσταση. Εξετάστε ένα μόνο ραδιενεργό άτομο με χρόνο ημιζωής μίας ώρας.

Σύμφωνα με τη συνάρτηση κυμάτων κβαντικής φυσικής, μετά από μία ώρα το ραδιενεργό άτομο θα βρίσκεται σε κατάσταση όπου είναι τόσο αποσυνθεμένη όσο και μη-αποσυνθεμένη. Μόλις γίνει η μέτρηση του ατόμου, η λειτουργία κύματος θα καταρρεύσει σε μία κατάσταση, αλλά μέχρι τότε θα παραμείνει ως υπέρθεση των δύο κβαντικών καταστάσεων.

Αυτή είναι μια βασική πτυχή της ερμηνείας της κβαντικής φυσικής στην Κοπεγχάγη - δεν είναι μόνο ότι ο επιστήμονας δεν ξέρει που δηλώνουν ότι είναι μέσα, αλλά είναι μάλλον ότι η φυσική πραγματικότητα δεν καθορίζεται μέχρι να ληφθεί η πράξη μέτρησης θέση. Με κάποιον άγνωστο τρόπο, η ίδια η παρατήρηση είναι αυτή που στερεοποιεί την κατάσταση σε ένα ή άλλο κράτος. Μέχρι να γίνει αυτή η παρατήρηση, η φυσική πραγματικότητα χωρίζεται μεταξύ όλων των δυνατοτήτων.

Ο Schrodinger επέκτεινε αυτό, προτείνοντας να τοποθετηθεί μια υποθετική γάτα σε ένα υποθετικό κουτί. Στο κουτί με τη γάτα θα τοποθετούσαμε ένα φιαλίδιο δηλητηριώδους αερίου, το οποίο θα σκότωνε αμέσως τη γάτα. Το φιαλίδιο συνδέεται με μια συσκευή που συνδέεται σε ένα μετρητή Geiger, μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της ακτινοβολίας. Το προαναφερθέν ραδιενεργό άτομο τοποθετείται κοντά στον μετρητή Geiger και αφήνεται εκεί για ακριβώς μία ώρα.

Αν το άτομο καταρρεύσει, τότε ο μετρητής Geiger θα ανιχνεύσει την ακτινοβολία, θα σπάσει το φιαλίδιο και θα σκοτώσει τη γάτα. Εάν το άτομο δεν αποσυντεθεί, τότε το φιαλίδιο θα είναι άθικτο και η γάτα θα είναι ζωντανή.

Μετά από την περίοδο μιας ώρας, το άτομο είναι σε κατάσταση όπου έχει καταστραφεί και δεν έχει αποσυντεθεί. Ωστόσο, δεδομένου του τρόπου κατασκευής της κατάστασης, αυτό σημαίνει ότι το φιαλίδιο είναι σπασμένο και όχι σπασμένο και, τελικά, σύμφωνα με την ερμηνεία της κβαντικής φυσικής η γάτα είναι και νεκρή και ζωντανή.

Stephen Hawking είναι γνωστό ότι λέει "Όταν ακούω για τη γάτα του Schrodinger, φτάνω για το όπλο μου". Αυτό αντιπροσωπεύει το σκέψεις πολλών φυσικών, επειδή υπάρχουν πολλές πτυχές σχετικά με το πείραμα σκέψης που φέρνει επάνω θέματα. Το μεγαλύτερο πρόβλημα με την αναλογία είναι ότι η κβαντική φυσική τυπικά λειτουργεί μόνο στην μικροσκοπική κλίμακα των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων, όχι στη μακροσκοπική κλίμακα των γατών και των φιαλιδίων δηλητήριο.

Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης δηλώνει ότι η πράξη μέτρησης κάτι προκαλεί την κατάρρευση της λειτουργίας κβαντικού κύματος. Σε αυτή την αναλογία, πραγματικά, η πράξη μέτρησης λαμβάνει χώρα από τον μετρητή Geiger. Υπάρχουν πολλές αλληλεπιδράσεις κατά μήκος της αλυσίδας των γεγονότων - είναι αδύνατο να απομονώσουμε τη γάτα ή τα ξεχωριστά τμήματα του συστήματος έτσι ώστε να είναι πραγματικά κβαντομηχανική.

Μέχρι τη στιγμή που η ίδια η γάτα μπαίνει στην εξίσωση, η μέτρηση έχει ήδη γίνει... χιλιάδες φορές, έγιναν μετρήσεις από τα άτομα του μετρητή Geiger, τη συσκευή θραύσης φιαλιδίων, το φιαλίδιο, το δηλητηριώδες αέριο και την ίδια τη γάτα. Ακόμα και τα άτομα του κουτιού κάνουν "μετρήσεις" όταν θεωρείτε ότι αν η γάτα πέσει πάνω από νεκροί, θα έρθει σε επαφή με διαφορετικά άτομα από ό, τι αν περπατήσει αγωνιωδώς γύρω από το κιβώτιο.

Το εάν ο επιστήμονας ανοίγει το κουτί είναι άσχετο, η γάτα είναι είτε ζωντανή είτε νεκρή, όχι μια υπερβολή των δύο κρατών.

Ακόμα, σε ορισμένες αυστηρές απόψεις της ερμηνείας της Κοπεγχάγης, είναι στην πραγματικότητα μια παρατήρηση από μια συνειδητή οντότητα που απαιτείται. Αυτή η αυστηρή μορφή της ερμηνείας είναι γενικά η άποψη των μειονοτήτων μεταξύ των φυσικών σήμερα, αν και εκεί παραμένει κάποιο περίεργο επιχείρημα ότι μπορεί να συνδεθεί η κατάρρευση των κβαντικών λειτουργιών κυμάτων συνείδηση. (Για μια πιο εμπεριστατωμένη συζήτηση του ρόλου της συνείδησης στην κβαντική φυσική, προτείνω Κβαντικό αίνιγμα: Η συνείδηση ​​της φυσικής συναντά από τον Bruce Rosenblum & τον Fred Kuttner.)

Ακόμη μια άλλη ερμηνεία είναι η Πολλές ερμηνείες κόσμου (MWI) της κβαντικής φυσικής, η οποία προτείνει ότι η κατάσταση στην πραγματικότητα καταρρέει σε πολλούς κόσμους. Σε μερικούς από αυτούς τους κόσμους η γάτα θα είναι νεκρή όταν ανοίξει το κουτί, σε άλλες η γάτα θα είναι ζωντανή. Ενώ είναι συναρπαστικό για το κοινό, και σίγουρα για συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, οι Πολλοί κόσμοι Η διερμηνεία είναι επίσης μια άποψη μειοψηφίας μεταξύ των φυσικών, αν και δεν υπάρχουν συγκεκριμένες ενδείξεις για ή εναντίον του.

Επεξεργάστηκε από Anne Marie Helmenstine, Ph. D.