Nhà vật lý người Mỹ đã giải quyết được nghịch lý con mèo của Schrödinger. Con mèo của Schrödinger bằng những từ đơn giản. Thực chất của thí nghiệm. Nghịch lý "Con mèo của Schrödinger" có nghĩa là gì?
Chắc chắn bạn đã hơn một lần nghe nói rằng có một hiện tượng như "Con mèo của Schrödinger". Nhưng nếu bạn không phải là một nhà vật lý, thì rất có thể, bạn chỉ mơ hồ hình dung ra nó là loại mèo gì và tại sao lại cần đến nó.
"Con mèo của Schrödinger" là tên của thí nghiệm tư tưởng nổi tiếng của nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng người Áo Erwin Schrödinger, người cũng từng đoạt giải Nobel. Với trải nghiệm hư cấu này, nhà khoa học muốn chỉ ra sự không hoàn thiện của cơ học lượng tử trong quá trình chuyển đổi từ hệ thống hạ nguyên tử sang hệ thống vĩ mô.
Trong bài viết này, một nỗ lực được thực hiện để giải thích bằng những từ ngữ đơn giản về bản chất của lý thuyết của Schrödinger về con mèo và cơ học lượng tử, để một người không có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao hơn có thể tiếp cận được. Bài báo cũng sẽ trình bày nhiều cách giải thích khác nhau về thí nghiệm, bao gồm cả những cách giải thích từ loạt bài "Lý thuyết vụ nổ lớn".
Nội dung:
1. Mô tả thí nghiệm
2. Giải thích bằng những từ đơn giản
3. Video từ "The Big Bang Theory"
4. Đánh giá và nhận xét
Mô tả thử nghiệm
Bài báo gốc của Erwin Schrödinger được xuất bản năm 1935. Trong đó, thí nghiệm được mô tả bằng cách sử dụng kỹ thuật so sánh hoặc thậm chí là mạo danh:
Bạn cũng có thể xây dựng các trường hợp trong đó burlesque là đủ. Để một con mèo nào đó bị nhốt trong một căn phòng bằng thép cùng với một cỗ máy ma quỷ sau đây (phải độc lập với sự can thiệp của con mèo): bên trong máy đếm Geiger có một lượng nhỏ chất phóng xạ, nhỏ đến mức chỉ một nguyên tử có thể phân hủy trong một giờ , nhưng với cùng một xác suất có thể không tan rã; nếu điều này xảy ra, ống đọc được phóng điện và rơ le được kích hoạt, giải phóng búa, làm vỡ hình nón bằng axit hydrocyanic.
Nếu chúng ta để toàn bộ hệ thống này tự nó trong một giờ, thì chúng ta có thể nói rằng con mèo sẽ sống sau thời gian này, miễn là sự phân rã của nguyên tử không xảy ra. Sự phân rã đầu tiên của một nguyên tử có thể đã đầu độc con mèo. Chức năng psi của toàn bộ hệ thống sẽ thể hiện điều này bằng cách trộn hoặc bôi bẩn con mèo sống và chết (xin lỗi vì biểu thức) thành các phần bằng nhau. Điển hình trong những trường hợp như vậy là độ không đảm bảo, ban đầu chỉ giới hạn trong thế giới nguyên tử, được chuyển thành độ không đảm bảo vĩ mô, có thể được loại bỏ bằng cách quan sát trực tiếp. Điều này ngăn cản chúng ta chấp nhận một cách ngây thơ "mô hình mờ" là phản ánh thực tế. Tự nó, điều này không có nghĩa là bất cứ điều gì không rõ ràng hoặc mâu thuẫn. Có sự khác biệt giữa ảnh mờ hoặc mất nét và ảnh có mây hoặc sương mù.
________________________________________
Nói cách khác:
1. Có một cái hộp và một con mèo. Hộp chứa cơ chế chứa hạt nhân nguyên tử phóng xạ và hộp chứa khí độc. Các thông số của thí nghiệm được chọn sao cho xác suất hạt nhân bị phân rã trong 1 giờ là 50%. Nếu hạt nhân tan rã, một bình chứa khí sẽ mở ra và con mèo chết. Nếu hạt nhân không phân rã, con mèo vẫn sống khỏe mạnh.
2. Chúng ta đóng con mèo vào một chiếc hộp, đợi một giờ và tự hỏi: con mèo còn sống hay đã chết?
3. Cơ học lượng tử, như nó vốn có, cho chúng ta biết rằng hạt nhân nguyên tử (và do đó là con mèo) đồng thời ở tất cả các trạng thái có thể có (xem chồng chất lượng tử). Trước khi chúng tôi mở hộp, hệ thống "lõi mèo" ở trạng thái "hạt nhân đã phân rã, con mèo đã chết" với xác suất là 50% và ở trạng thái "hạt nhân chưa phân rã, con mèo còn sống" với xác suất là 50%. Hóa ra con mèo ngồi trong hộp vừa sống vừa chết.
4. Theo cách giải thích của Copenhagen hiện đại, con mèo sống / chết mà không có bất kỳ trạng thái trung gian nào. Và sự lựa chọn trạng thái phân rã của hạt nhân không xảy ra tại thời điểm chiếc hộp được mở ra, mà còn xảy ra khi hạt nhân đi vào máy dò. Bởi vì sự giảm hàm sóng của hệ thống "hạt nhân con mèo" không liên quan đến người quan sát con người của hộp, mà liên kết với người quan sát máy dò hạt nhân.
Giải thích bằng những từ đơn giản
Theo cơ học lượng tử, nếu một quan sát không được thực hiện trên hạt nhân của một nguyên tử, thì trạng thái của nó được mô tả bằng sự trộn lẫn của hai trạng thái - một hạt nhân bị phân hủy và một hạt nhân không bị phân hủy, do đó, một con mèo ngồi trong một chiếc hộp và nhân cách hóa. hạt nhân của nguyên tử vừa sống vừa chết. Nếu chiếc hộp được mở ra, thì người thực nghiệm chỉ có thể thấy một trạng thái cụ thể - "hạt nhân đã phân rã, con mèo đã chết" hoặc "hạt nhân chưa phân rã, con mèo còn sống."
Bản chất của ngôn ngữ con người: Thí nghiệm của Schrödinger cho thấy rằng, theo quan điểm của cơ học lượng tử, một con mèo vừa sống vừa chết, điều đó không thể tồn tại. Do đó, cơ học lượng tử có những sai sót đáng kể.
Câu hỏi đặt ra là: khi nào thì hệ thống không còn tồn tại như một hỗn hợp của hai trạng thái và chọn một trạng thái cụ thể? Mục tiêu của thí nghiệm là chỉ ra rằng cơ học lượng tử là không hoàn chỉnh nếu không có một số quy tắc cho biết sự sụp đổ của hàm sóng xảy ra trong điều kiện nào, và con mèo trở nên chết hoặc vẫn sống, nhưng không còn là hỗn hợp của cả hai. Vì rõ ràng một con mèo phải sống hoặc đã chết (không có trạng thái trung gian giữa sự sống và cái chết), điều này cũng sẽ giống như vậy đối với hạt nhân nguyên tử. Nó phải được phân rã hoặc không bị phân hủy (Wikipedia).
Video từ "The Big Bang Theory"
Một cách giải thích khác gần đây hơn về thí nghiệm tư tưởng của Schrödinger là câu chuyện về Sheldon Cooper, anh hùng của Thuyết Vụ nổ lớn, mà ông kể lại cho người hàng xóm ít học của Penny. Bản chất của câu chuyện của Sheldon là khái niệm về con mèo của Schrödinger có thể được áp dụng trong các mối quan hệ giữa con người với nhau. Để hiểu điều gì đang xảy ra giữa một người đàn ông và một người phụ nữ, mối quan hệ giữa họ: tốt hay xấu, bạn chỉ cần mở hộp. Trước đó, mối quan hệ vừa tốt vừa xấu.
Dưới đây là video clip về cuộc đối thoại của Thuyết Vụ nổ lớn giữa Sheldon và Ca hát.
Kết quả của thí nghiệm là con mèo vẫn còn sống?
Đối với những người không chăm chú đọc bài báo nhưng vẫn lo lắng về con mèo - tin tốt: đừng lo lắng, theo dữ liệu của chúng tôi, là kết quả của một thí nghiệm suy nghĩ của một nhà vật lý điên rồ người Áo
KHÔNG CÓ CON MÈO NÀO ĐƯỢC CỨU
Cộng tác YouTube
-
1 / 5
Trên thực tế, Hawking và nhiều nhà vật lý khác đều cho rằng "Trường phái Copenhagen" giải thích cơ học lượng tử nhấn mạnh vai trò của người quan sát mà không cần biện minh. Thỏa thuận cuối cùng giữa các nhà vật lý về vấn đề này vẫn chưa đạt được.
Song song các thế giới tại mỗi thời điểm tương ứng với một tự động hóa không xác định thực sự, ngược lại với một thế giới xác suất, khi ở mỗi bước, một trong các con đường có thể được chọn tùy thuộc vào xác suất của chúng.
Nghịch lý của Wigner
Đây là một phiên bản tinh vi của thử nghiệm của Schrödinger. Eugene Wigner giới thiệu danh mục "bạn bè". Sau khi hoàn thành thí nghiệm, người thí nghiệm mở hộp và nhìn thấy một con mèo sống. Vectơ chỉ trạng thái của con mèo lúc mở hộp chuyển sang trạng thái “hạt nhân chưa tan rã, con mèo còn sống”. Vì vậy, con mèo đã được tuyên bố là còn sống trong phòng thí nghiệm. Bên ngoài phòng thí nghiệm là bạn bè. Bạn bè Hiện vẫn chưa biết con mèo còn sống hay đã chết. Bạn bè chỉ nhận ra con mèo còn sống khi người thí nghiệm thông báo cho anh ta về kết quả của thí nghiệm. Nhưng những người khác bạn vẫn chưa công nhận con mèo còn sống, và sẽ chỉ được công nhận khi chúng được thông báo kết quả thí nghiệm. Vì vậy, một con mèo có thể được coi là hoàn toàn sống (hoặc chết hoàn toàn) chỉ khi tất cả mọi người trong vũ trụ biết kết quả của thí nghiệm. Cho đến thời điểm này, trên quy mô của Vũ trụ Lớn, con mèo, theo Wigner, vẫn sống và chết cùng một lúc.
Công dụng thực tế
Những điều trên được áp dụng trong thực tế: trong tính toán lượng tử và mật mã lượng tử. Một tín hiệu ánh sáng được gửi qua một sợi cáp quang, ở trạng thái chồng chất của hai trạng thái. Nếu những kẻ tấn công kết nối với cáp ở đâu đó ở giữa và chạm vào tín hiệu ở đó để nghe trộm thông tin được truyền đi, thì điều này sẽ làm sụp đổ hàm sóng (theo quan điểm của diễn giải Copenhagen, một quan sát sẽ được thực hiện) và ánh sáng sẽ đi vào một trong các trạng thái. Bằng cách tiến hành các thử nghiệm thống kê về ánh sáng ở đầu nhận của cáp, có thể phát hiện xem ánh sáng đang ở trạng thái chồng chất lên nhau hay đã được quan sát và truyền đến một điểm khác trên đó. Điều này giúp nó có thể tạo ra các phương tiện liên lạc loại trừ khả năng nghe trộm và đánh chặn tín hiệu vô hình.
Thí nghiệm (về nguyên tắc có thể được thực hiện, mặc dù các hệ thống mật mã lượng tử hoạt động có khả năng truyền một lượng lớn thông tin vẫn chưa được tạo ra) cũng cho thấy rằng "quan sát" trong cách giải thích Copenhagen không liên quan gì đến ý thức của người quan sát. , vì trong trường hợp này, số liệu thống kê thay đổi đến cuối cáp dẫn đến một nhánh hoàn toàn vô tri của dây.
Chúng ta đều đã nghe nói về chú mèo Schrödinger nổi tiếng, nhưng liệu chúng ta có biết đây thực sự là loại mèo gì không? Hãy cùng tìm hiểu và thử kể về chú mèo Schrödinger nổi tiếng bằng những từ ngữ đơn giản.
Con mèo của Schrödinger là một thí nghiệm được thực hiện bởi Erwin Schrödinger, một trong những người sáng lập ra cơ học lượng tử. Hơn nữa, đây không phải là một thí nghiệm vật lý thông thường, nhưng tâm thần.
Phải thừa nhận rằng Erwin Schrödinger là một người có trí tưởng tượng vô cùng phong phú.
Vậy chúng ta lấy gì làm cơ sở tưởng tượng để tiến hành một thí nghiệm? Có một con mèo trong một cái hộp. Hộp cũng chứa một máy đếm Geiger với một số lượng rất nhỏ chất phóng xạ. Lượng vật chất sao cho xác suất phân rã và không phân rã của một nguyên tử trong vòng một giờ là như nhau. Nếu nguyên tử phân hủy, một cơ chế đặc biệt sẽ bắt đầu làm vỡ bình bằng axit hydrocyanic, và chú mèo tội nghiệp sẽ chết. Nếu sự thối rữa không xảy ra, thì con mèo sẽ tiếp tục lặng lẽ ngồi trong một chiếc hộp và mơ về xúc xích.
Bản chất của con mèo Schrödinger là gì? Tại sao phải bận tâm đến một trải nghiệm siêu thực như vậy?
Theo kết quả của thí nghiệm, chúng ta biết con mèo còn sống hay không, chỉ khi chúng ta mở hộp. Theo quan điểm của cơ học lượng tử, một con mèo đồng thời (giống như một nguyên tử của vật chất) ở hai trạng thái cùng một lúc - vừa sống vừa chết cùng một lúc. Đây là nghịch lý mèo nổi tiếng của Schrödinger.
Đương nhiên, điều này không thể được. Erwin Schrödinger đã thiết lập thí nghiệm suy nghĩ này để chỉ ra sự không hoàn hảo của cơ học lượng tử trong quá trình chuyển đổi từ hệ hạ nguyên tử sang hệ vĩ mô.
Đây là công thức của chính Schrödinger:
Bạn cũng có thể xây dựng các trường hợp trong đó burlesque là đủ. Để một con mèo nào đó bị nhốt trong một căn phòng bằng thép cùng với một cỗ máy ma quỷ sau đây (thứ không phụ thuộc vào sự can thiệp của con mèo): bên trong máy đếm Geiger có một lượng nhỏ chất phóng xạ - nhỏ đến mức chỉ một nguyên tử có thể phân hủy trong một giờ , nhưng với cùng một xác suất có thể không tan rã; nếu điều này xảy ra, ống đọc được phóng điện và rơ le được kích hoạt, giải phóng búa, làm vỡ hình nón bằng axit hydrocyanic.
Nếu chúng ta để toàn bộ hệ thống này tự nó trong một giờ, thì chúng ta có thể nói rằng con mèo sẽ sống sau thời gian này, miễn là sự phân rã của nguyên tử không xảy ra. Sự phân rã đầu tiên của một nguyên tử có thể đã đầu độc con mèo. Chức năng psi của toàn bộ hệ thống sẽ thể hiện điều này bằng cách trộn hoặc bôi bẩn con mèo sống và chết (xin lỗi vì biểu thức) thành các phần bằng nhau. Điển hình trong những trường hợp như vậy là độ không đảm bảo, ban đầu chỉ giới hạn trong thế giới nguyên tử, được chuyển thành độ không đảm bảo vĩ mô, có thể được loại bỏ bằng cách quan sát trực tiếp. Điều này ngăn cản chúng ta chấp nhận một cách ngây thơ "mô hình mờ" là phản ánh thực tế. Tự nó, điều này không có nghĩa là bất cứ điều gì không rõ ràng hoặc mâu thuẫn. Có sự khác biệt giữa ảnh mờ hoặc mất nét và ảnh có mây hoặc sương mù.
Một khoảnh khắc chắc chắn tích cực trong thí nghiệm này là thực tế là hơn một con vật không bị thương trong suốt quá trình của nó.
Cuối cùng, để củng cố tài liệu, chúng tôi khuyên bạn nên xem một video trong bộ phim truyền hình cổ trang hay "The Big Bang Theory".
Và nếu bất ngờ có thắc mắc hoặc thầy cô có vấn đề gì về cơ học lượng tử, xin vui lòng liên hệ. Cùng nhau, chúng ta sẽ giải quyết mọi vấn đề nhanh hơn nhiều!
Một con mèo có thể chết và sống cùng một lúc? Có bao nhiêu vũ trụ song song? Và chúng thậm chí còn tồn tại? Đây không phải là những câu hỏi thuộc lĩnh vực khoa học viễn tưởng, mà là những vấn đề khoa học khá thực tế được vật lý lượng tử giải quyết.
Vì vậy, hãy bắt đầu với Con mèo của Schrödinger... Đây là một thí nghiệm tư tưởng mà Erwin Schrödinger đề xuất để chỉ ra một nghịch lý trong vật lý lượng tử. Bản chất của thí nghiệm như sau.
Một con mèo tưởng tượng được đặt đồng thời trong một hộp kín, cũng như cùng một cơ chế tưởng tượng với một hạt nhân phóng xạ và một bình chứa khí độc. Theo thí nghiệm, nếu hạt nhân tan rã, thì nó sẽ kích hoạt cơ chế: bình chứa khí sẽ mở ra và con mèo sẽ chết. Xác suất hạt nhân bị phân rã là 1 trong 2.
Điều nghịch lý là, theo cơ học lượng tử, nếu hạt nhân không được quan sát thấy, thì con mèo ở trong cái gọi là chồng chất, hay nói cách khác, con mèo đồng thời ở trạng thái loại trừ lẫn nhau (nó đồng thời sống và chết). Tuy nhiên, nếu người quan sát mở hộp, anh ta có thể xác minh rằng con mèo đang ở một trạng thái cụ thể: nó còn sống hoặc đã chết. Theo Schrödinger, tính không hoàn chỉnh của lý thuyết lượng tử nằm ở chỗ nó không chỉ rõ trong những điều kiện nào thì con mèo không còn ở trạng thái chồng chất và hóa ra sống hay chết.
Nghịch lý này được kết hợp bởi thí nghiệm của Wigner, nó bổ sung danh mục bạn bè vào một thí nghiệm suy nghĩ đã tồn tại. Theo Wigner, khi người thử nghiệm mở chiếc hộp, anh ta biết được con mèo còn sống hay đã chết. Đối với người làm thí nghiệm, con mèo không còn ở trong tình trạng chồng chất, nhưng đối với người bạn đang ở ngoài cửa và chưa biết về kết quả thí nghiệm, con mèo vẫn ở đâu đó "giữa sự sống và cái chết." Điều này có thể được tiếp tục với vô số cánh cửa và bạn bè, và theo một logic tương tự, con mèo sẽ ở vị trí chồng chất cho đến khi tất cả mọi người trong Vũ trụ biết người thí nghiệm đã nhìn thấy gì khi anh ta mở chiếc hộp.
Làm thế nào để vật lý lượng tử giải thích một nghịch lý như vậy? Vật lý lượng tử đề xuất một thí nghiệm suy nghĩ tự sát lượng tử và hai kịch bản có thể xảy ra đối với sự phát triển của các sự kiện, dựa trên các cách giải thích khác nhau về cơ học lượng tử.
Trong quá trình thí nghiệm suy nghĩ, một khẩu súng sẽ được chĩa vào người tham gia, súng sẽ bắn do sự phân hủy của một nguyên tử phóng xạ hoặc không. Một lần nữa 50 đến 50. Do đó, người tham gia thí nghiệm sẽ chết hoặc không, nhưng hiện tại, anh ta, giống như con mèo của Schrödinger, ở vị trí chồng chất.Tình huống này có thể được giải thích theo nhiều cách khác nhau theo quan điểm của cơ học lượng tử. Theo cách giải thích của Copenhagen, sớm hay muộn thì súng sẽ bắn và người tham gia sẽ chết. Theo cách giải thích của Everett, sự chồng chất tạo ra sự hiện diện của hai vũ trụ song song, trong đó một người tham gia đồng thời tồn tại: trong một vũ trụ đó anh ta còn sống (súng không bắn), trong giây phút anh ta chết (vũ khí được bắn). Tuy nhiên, nếu cách giải thích của nhiều thế giới là đúng, thì ở một trong những vũ trụ mà người tham gia luôn sống sót, điều này dẫn đến ý tưởng về sự tồn tại của "sự bất tử lượng tử".
Đối với con mèo của Schrödinger và người quan sát thí nghiệm, theo cách giải thích của Everett, anh ta cũng thấy mình cùng với con mèo ở hai trường Đại học cùng một lúc, tức là, trong "ngôn ngữ lượng tử", "bị vướng vào" anh ta.
Nghe có vẻ giống như một câu chuyện trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, tuy nhiên, đây là một trong nhiều lý thuyết khoa học diễn ra trong vật lý hiện đại.
Yuri Gordeev
Lập trình viên, nhà phát triển trò chơi, nhà thiết kế, nghệ sĩSchrödinger's Cat là một thí nghiệm tư tưởng được đề xuất bởi một trong những nhà tiên phong của vật lý lượng tử để cho thấy các hiệu ứng lượng tử kỳ lạ trông như thế nào khi áp dụng cho các hệ thống vĩ mô.
Tôi sẽ cố gắng giải thích bằng những từ thực sự đơn giản: quý ông của vật lý, không chính xác. Cụm từ "nói đại khái" được ngụ ý bên dưới trước mỗi câu.
Ở quy mô rất, rất nhỏ, thế giới được tạo thành từ những thứ hoạt động theo những cách rất khác thường. Một trong những đặc điểm kỳ lạ nhất của những vật thể đó là khả năng ở hai trạng thái loại trừ lẫn nhau cùng một lúc.
Điều thậm chí còn bất thường hơn theo quan điểm trực quan (có người thậm chí sẽ nói, đáng sợ) - hành động quan sát có mục đích loại bỏ sự không chắc chắn này và một vật thể vừa ở hai trạng thái trái ngược nhau cùng lúc xuất hiện trước người quan sát. một trong số họ, như chưa hề có chuyện gì xảy ra, nhìn sang một bên và huýt sáo một cách ngây thơ.
Ở cấp độ hạ nguyên tử, mọi người từ lâu đã quen với những trò hề này. Có một bộ máy toán học mô tả các quá trình này và kiến thức về chúng đã tìm thấy nhiều ứng dụng khác nhau: ví dụ, trong máy tính và mật mã.
Ở cấp độ vĩ mô, những hiệu ứng này không được quan sát thấy: các đối tượng mà chúng ta quen thuộc luôn ở trạng thái cụ thể duy nhất.
Và bây giờ là một thử nghiệm suy nghĩ. Chúng tôi lấy con mèo và đặt nó vào hộp. Chúng tôi cũng đặt một bình chứa khí độc, một nguyên tử phóng xạ và một máy đếm Geiger ở đó. Một nguyên tử phóng xạ có thể phân rã bất cứ lúc nào, hoặc nó có thể không phân rã. Nếu nó phân hủy, bộ đếm sẽ phát hiện ra bức xạ, một cơ chế đơn giản sẽ làm vỡ bình bằng khí và con mèo của chúng ta sẽ chết. Nếu không, con mèo sẽ vẫn sống.
Chúng tôi đóng hộp. Từ thời điểm này, theo quan điểm của cơ học lượng tử, nguyên tử của chúng ta đang ở trong trạng thái bất định - nó phân rã với xác suất 50% và không phân rã với xác suất 50%. Trước khi chúng tôi mở hộp và nhìn vào đó (quan sát), nó sẽ ở cả hai trạng thái cùng một lúc. Và vì số phận của một con mèo trực tiếp phụ thuộc vào trạng thái của nguyên tử này, nên nó chỉ ra rằng con mèo cũng đang sống và chết theo đúng nghĩa đen ("... bôi bẩn một con mèo đang sống và đã chết (xin lỗi vì diễn đạt) trong cổ phần bằng nhau ... ”- tác giả của thử nghiệm viết). Đây là cách lý thuyết lượng tử sẽ mô tả tình huống này.
Schrödinger hầu như không biết ý tưởng của mình sẽ gây ra rắc rối gì. Tất nhiên, bản thân thí nghiệm, ngay cả trong bản gốc, được mô tả cực kỳ đại khái và không có tính chính xác về mặt khoa học: tác giả muốn truyền đạt cho các đồng nghiệp của mình ý tưởng rằng lý thuyết nên được bổ sung với các định nghĩa rõ ràng hơn về các quá trình như "quan sát" trong để loại trừ các trường hợp có mèo trong hộp khỏi quyền hạn của cô ấy.
Ý tưởng về con mèo thậm chí còn được sử dụng để "chứng minh" sự tồn tại của Chúa như một siêu trí tuệ, biến sự tồn tại của chúng ta thành hiện thực nhờ sự quan sát liên tục của Ngài. Trong thực tế, "quan sát" không đòi hỏi một người quan sát có ý thức, điều này làm mất đi các tác động lượng tử của một lượng thần bí nhất định. Nhưng ngay cả như vậy, vật lý lượng tử vẫn là mặt trận của khoa học ngày nay với nhiều hiện tượng chưa giải thích được và cách giải thích của chúng.
Ivan Boldin
Tiến sĩ Vật lý và Toán học, Nhà nghiên cứu, tốt nghiệp MIPTHành vi của các đối tượng trong mô hình thu nhỏ (các hạt cơ bản, nguyên tử, phân tử) khác biệt đáng kể so với hành vi của các đối tượng mà chúng ta thường phải xử lý. Ví dụ, một electron có thể bay đồng thời qua hai nơi xa nhau về mặt không gian hoặc đồng thời trên một số quỹ đạo trong nguyên tử. Để mô tả những hiện tượng này, một lý thuyết đã được tạo ra - vật lý lượng tử. Theo lý thuyết này, chẳng hạn, các hạt có thể bị vấy bẩn trong không gian, nhưng nếu bạn muốn xác định xem hạt đó ở đâu, thì bạn sẽ luôn tìm thấy ở một nơi nào đó toàn bộ hạt nói chung, nghĩa là, nó sẽ phân loại sụp đổ từ trạng thái bôi bẩn của nó đến một nơi nhất định. Có nghĩa là, người ta tin rằng cho đến khi bạn đo được vị trí của một hạt, nó không có vị trí nào cả, và vật lý chỉ có thể dự đoán với xác suất bạn có thể tìm thấy một hạt ở nơi nào.
Erwin Schrödinger, một trong những người sáng lập ra vật lý lượng tử, đã đặt câu hỏi: điều gì sẽ xảy ra nếu, tùy thuộc vào kết quả đo trạng thái của một vi hạt, một sự kiện xảy ra hoặc không xảy ra. Ví dụ, điều này có thể được thực hiện như sau: một nguyên tử phóng xạ có chu kỳ bán rã, giả sử, mất một giờ. Một nguyên tử có thể được đặt trong một hộp mờ đục, đặt ở đó một thiết bị mà khi sản phẩm của quá trình phân rã phóng xạ của một nguyên tử va vào nó, nó sẽ làm vỡ một ống chứa khí độc, và đặt một con mèo vào hộp này. Khi đó bạn sẽ không thể nhìn thấy từ bên ngoài liệu nguyên tử đã phân rã hay chưa, tức là, theo lý thuyết lượng tử, nó đồng thời phân rã và không phân rã, và con mèo, do đó, đồng thời sống và chết. Một con mèo như vậy được gọi là mèo của Schrödinger.
Có vẻ đáng ngạc nhiên khi một con mèo có thể sống và chết cùng một lúc, mặc dù về mặt hình thức không có gì mâu thuẫn ở đây và đây không phải là sự bác bỏ lý thuyết lượng tử. Tuy nhiên, các câu hỏi có thể nảy sinh, chẳng hạn: ai có thể thu gọn một nguyên tử từ trạng thái bị bôi bẩn thành một trạng thái nhất định, và ai, với nỗ lực như vậy, biến thành trạng thái bôi bẩn? Quá trình thu gọn này diễn ra như thế nào? Hay làm thế nào mà kẻ thực hiện vụ sụp đổ lại không tuân theo các định luật vật lý lượng tử? Liệu những câu hỏi này có ý nghĩa hay không, và nếu có, câu trả lời cho chúng là gì vẫn chưa rõ ràng.
George panin
tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật Hóa học Nga mang tên DI. Mendeleeva, chuyên gia chính của bộ phận nghiên cứu (nghiên cứu tiếp thị)Như Heisenberg đã giải thích cho chúng ta, do nguyên lý bất định, mô tả của các đối tượng trong vũ trụ vi lượng tử có một đặc điểm khác với mô tả thông thường về các đối tượng trong vũ trụ vĩ mô Newton. Thay vì tọa độ không gian và vận tốc, mà chúng ta dùng để mô tả chuyển động cơ học, ví dụ, một quả bóng trên bàn bi-a, trong cơ học lượng tử, các vật thể được mô tả bằng cái gọi là hàm sóng. Đỉnh "sóng" tương ứng với xác suất tối đa của việc tìm thấy một hạt trong không gian tại thời điểm đo. Chuyển động của một làn sóng như vậy được mô tả bằng phương trình Schrödinger, cho chúng ta biết trạng thái của một hệ lượng tử thay đổi như thế nào theo thời gian.
Bây giờ về con mèo. Mọi người đều biết rằng mèo thích trốn trong hộp (thequestion.ru). Erwin Schrödinger cũng đã biết. Hơn nữa, với chủ nghĩa cuồng tín thuần túy Bắc Âu, ông đã sử dụng đặc điểm này trong một thí nghiệm tư tưởng nổi tiếng. Bản chất của nó là một con mèo bị nhốt trong một chiếc hộp với một cỗ máy địa ngục. Máy được kết nối thông qua một rơ le với một hệ thống lượng tử, ví dụ, một chất đang phân rã phóng xạ. Xác suất phân rã đã được biết đến và lên tới 50%. Cỗ máy địa ngục được kích hoạt khi trạng thái lượng tử của hệ thống thay đổi (xảy ra phân rã) và con mèo chết hoàn toàn. Nếu chúng ta cho hệ thống "Cat-box-hellish machine-quanta" cho chính nó trong một giờ và nhớ rằng trạng thái của một hệ lượng tử được mô tả dưới dạng xác suất, thì rõ ràng là nó có thể sẽ không hoạt động để tìm ra liệu con mèo còn sống hay không tại một thời điểm nhất định cũng như không thể dự đoán chính xác sự rơi của đầu hoặc đuôi đồng xu. Nghịch lý rất đơn giản: hàm sóng mô tả một hệ lượng tử tự nó trộn lẫn hai trạng thái của một con mèo - nó sống và chết cùng một lúc, giống như một electron liên kết với xác suất bằng nhau có thể nằm ở bất kỳ đâu trong không gian cách đều một nguyên tử. nhân tế bào. Nếu chúng ta không mở hộp, chúng ta không biết chính xác con mèo ở đó như thế nào. Không cần quan sát (đọc các phép đo) trên một hạt nhân nguyên tử, chúng ta chỉ có thể mô tả trạng thái của nó bằng sự chồng chất (trộn lẫn) của hai trạng thái: một hạt nhân phân rã và không phân rã. Một con mèo phụ thuộc vào hạt nhân vừa sống vừa chết. Câu hỏi đặt ra là: khi nào thì hệ thống không còn tồn tại như một hỗn hợp của hai trạng thái và chọn một trạng thái cụ thể?
Sự giải thích Copenhagen của thí nghiệm cho chúng ta biết rằng hệ thống không còn là một hỗn hợp các trạng thái và chọn một trong số chúng tại thời điểm khi một quan sát xảy ra, nó cũng là một phép đo (hộp mở ra). Đó là, thực tế của phép đo thay đổi thực tế vật lý, dẫn đến sự sụp đổ của hàm sóng (con mèo hoặc chết, hoặc vẫn sống, nhưng không còn là hỗn hợp của cả hai)! Hãy nghĩ về nó, thí nghiệm và các phép đo đi kèm với nó làm thay đổi thực tế xung quanh chúng ta. Cá nhân tôi, bộ não của tôi nhìn nhận thực tế này mạnh hơn nhiều so với rượu. Steve Hawking khét tiếng cũng gặp khó khăn trong nghịch lý này, ông nhắc lại rằng khi nghe tin về con mèo của Schrödinger, tay ông đã nắm lấy con mèo Browning. Tính nhạy bén trong phản ứng của nhà vật lý lý thuyết lỗi lạc là do, theo quan điểm của ông, vai trò của người quan sát trong sự sụp đổ của hàm sóng (đổ nó về một trong hai trạng thái xác suất) đã bị phóng đại quá mức.
Tất nhiên, khi Giáo sư Erwin vào năm 1935 xa xôi nghĩ ra trò giễu cợt con mèo của mình, đó là một cách khéo léo để chỉ ra sự không hoàn hảo của cơ học lượng tử. Thật vậy, một con mèo không thể sống và chết cùng một lúc. Theo kết quả của một trong những cách giải thích của thí nghiệm, sự mâu thuẫn giữa các quy luật của thế giới vĩ mô (ví dụ, định luật thứ hai của nhiệt động lực học - con mèo sống hoặc chết) và thế giới vi mô (con mèo đang sống. và chết cùng một lúc) trở nên hiển nhiên.
Những điều trên được áp dụng trong thực tế: trong tính toán lượng tử và mật mã lượng tử. Tín hiệu ánh sáng được truyền qua cáp quang, ở trạng thái chồng chất của hai trạng thái. Nếu những kẻ tấn công kết nối với cáp ở đâu đó ở giữa và tắt tín hiệu ở đó để nghe trộm thông tin được truyền đi, điều này sẽ làm sụp đổ chức năng sóng (theo quan điểm của diễn giải Copenhagen, một quan sát sẽ được thực hiện) và ánh sáng sẽ đi vào một trong các trạng thái. Bằng cách tiến hành các thử nghiệm thống kê về ánh sáng ở đầu nhận của cáp, có thể phát hiện xem ánh sáng đang ở trạng thái chồng chất lên nhau hay đã được quan sát và truyền đến một điểm khác trên đó. Điều này giúp nó có thể tạo ra các phương tiện liên lạc loại trừ khả năng nghe trộm và đánh chặn tín hiệu vô hình.
Một cách giải thích khác gần đây hơn về thí nghiệm tư tưởng của Schrödinger là câu chuyện về Sheldon Cooper, anh hùng của Thuyết Vụ nổ lớn, mà ông kể lại cho người hàng xóm ít học của Penny. Bản chất của câu chuyện của Sheldon là khái niệm về con mèo của Schrödinger có thể được áp dụng trong các mối quan hệ giữa con người với nhau. Để hiểu điều gì đang xảy ra giữa một người đàn ông và một người phụ nữ, mối quan hệ giữa họ: tốt hay xấu, bạn chỉ cần mở hộp. Trước đó, mối quan hệ vừa tốt vừa xấu. youtube.com
