«Кот Шредингера» – так называется знаменитый мысленный эксперимент знаменитого австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера.
С помощью этого вымышленного опыта ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим системам.
Описание эксперимента:
Оригинальная статья Эрвина Шредингера вышла в свет в 1935 году. В ней эксперимент был описан с использованием приема сравнение или даже олицетворение:
Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Пусть какой-нибудь кот заперт в стальной камере вместе со следующей дьявольской машиной (которая должна быть независимо от вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое , что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой.
Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях. Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.
Другими словами:
Есть ящик и кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра за 1 час составляет 50%. Если ядро распадается, открывается ёмкость с газом и кот погибает. Если распада ядра не происходит — кот остается жив-здоров.
Закрываем кота в ящик, ждём час и задаёмся вопросом: жив ли кот или мертв?
Квантовая же механика как бы говорит нам, что атомное ядро (а следовательно и кот) находится во всех возможных состояниях одновременно (см. квантовая суперпозиция). До того как мы открыли ящик, система «кот—ядро» находится в состоянии «ядро распалось, кот мёртв» с вероятностью 50% и в состоянии «ядро не распалось, кот жив» с вероятностью 50%. Получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.
Согласно современной копенгагенской интерпретации, кот-таки жив/мёртв без всяких промежуточных состояний. А выбор состояния распада ядра происходит не в момент открытия ящика, а ещё когда ядро попадает в детектор. Потому что редукция волновой функции системы «кот—детектор-ядро» не связана с человеком-наблюдателем ящика, а связана с детектором-наблюдателем ядра.
Объяснение простыми словами
Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».
Суть человеческим языком: эксперимент Шредингера показал, что, с точки зрения квантовой механики, кот одновременно и жив, и мертв, чего быть не может. Следовательно, квантовая механика имеет существенные изъяны.
Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.
Обратите внимание - «Кот Шредингера» – так называется знаменитый МЫСЛЕННЫЙ эксперимент.Я же привык доводить все до конкретной завершенности.
Все составляющие найти было несложно.Счётчика Гейгера подарил мне сосед-пенсионер-бывший СССР-овский инженер по гражданской обороне; когда-то каждый житель Союза был обеспечен аптечкой на случай ядерной войны плюс счетчик Гейгера в виде авторучки. Радиоактивное вещество царапнул иглой с зернышка риса, который одно время возили с Чернобыля и продавали по дешевке. Реле - с детской игрушки. И т.д.. Кот Шархан - соседский. Нравственные критерии по случаю его смерти меня не мучили.Соседка приучила гадить его на коврик у меня перед дверью по пятницам /не только я, остальные соседи получали свою порцию в определенный день недели /, а однажды, неслышно поднявшись по лестнице и увидев сладострастное выражение его морды во время процесса, я понял, что должен либо подтвердить, либо опровергнуть эксперимент Эрвина Шредингера.
Эксперимент я чуть усложнил, технические подробности опускаю, с тем, чтобы свет сработал или как волна, или как частица. И в последнем случае Шархан мертв.
Ящик на кухне, Шархан в ящике, эксперимент запущен, пью чай и поглядываю на будильник.
Торжественный звонок, с волнением и осторожностью поднимаю плотную шторку, за ней стекло, и вижу следующее.
Точнее, "вижу" беру в кавычки, потому что это не обычное зрение - Шархан одновременно вылизывает шерсть на загривке, изогнувшись дугой, и лежит, вытянув лапы, мертв без всякого сомнения. Не рядом, не наложением призрачным, а... ?! - здесь я бессилен в описании, поэтому "вижу" в кавычках.
От неожиданности я отпускаю шторку, которая падает, скрывая от меня шокирующую "картинку".
Поднимаю ее снова и повторно ее отпускаю. В этот раз шок более длительный.
Шархан исчез, в ящике желтый цыпленок! Прогуливается вокруг кучки, которую оставил неисправимый Шархан.
Ошалевший, поднимаю шторка - одинокий цыпленок... - опускаю шторку, повторяю экперимент, поднимаю в ожидании возвращения Шархана - "мертвый-живой" цыпленок... - опускаю, поднимаю... - еще более новое потрясение! - ни кота, ни цыпленка - корова!!!! натуральная корова с ее огромными реальнами размерами непонятно как находящаяся в ящике 50см на 50 см восприятие мое неописуемо слов для этого нет...
Короче, "мертвое-живое" каждый раз новое... сколько не повторяй!
Единственно неизменно, что они после себя оставляют - кучи и кучки. Пример Шархана оказался неистребимо заразительным. Намерение соседки победило корпускулярно-волновую теорию света.