Înțelegerea experimentului de gândire „Pisica lui Schrodinger”

Erwin Schrodinger a fost una dintre figurile cheie ale fizicii cuantice, chiar înainte de celebrul său experiment de gândire „Pisica lui Schrodinger”. El a creat funcția de undă cuantică, care era acum ecuația definitorie a mișcării în univers, dar problema este că aceasta a exprimat toată mișcarea sub forma unei serii de probabilități - ceva care merge direct la modul în care majoritatea oamenilor de știință din zi (și posibil chiar azi) le place să creadă despre modul în care funcționează realitatea fizică.

Însuși Schrodinger a fost un astfel de om de știință și a venit cu conceptul pisicii lui Schrodinger pentru a ilustra problemele legate de fizica cuantică. Să luăm în considerare problemele, apoi să vedem cum a căutat Schrodinger să le ilustreze prin analogie.

Indeterminarea cuantică

Funcția de undă cuantică prezintă toate cantitățile fizice ca o serie de stări cuantice, împreună cu o probabilitate ca un sistem să fie într-o stare dată. Luați în considerare un singur atom radioactiv cu un timp de înjumătățire de o oră.

Conform funcției de undă a fizicii cuantice, după o oră, atomul radioactiv va fi într-o stare în care este atât în ​​descompunere, cât și nu în decădere. Odată efectuată o măsurare a atomului, funcția de undă se va prăbuși într-o singură stare, dar până atunci, va rămâne ca o superpoziție a celor două stări cuantice.

Acesta este un aspect cheie al interpretării de la Copenhaga a fizicii cuantice - nu doar că omul de știință nu știe în ce stare se află, ci mai degrabă că realitatea fizică nu este determinată până când nu are loc actul de măsurare. Într-un fel necunoscut, însăși actul de observare este ceea ce solidifică situația într-o stare sau alta. Până când această observație are loc, realitatea fizică este împărțită între toate posibilitățile.

Pe Cat

Schrodinger a extins acest lucru propunând ca o pisică ipotetică să fie plasată într-o cutie ipotetică. În cutia cu pisica am pune un flacon cu gaz otrăvitor, care ar ucide instantaneu pisica. Flaconul este conectat la un aparat care este conectat la un contor Geiger, un dispozitiv utilizat pentru detectarea radiațiilor. Atomul radioactiv menționat mai sus este plasat lângă contorul Geiger și lăsat acolo timp de exact o oră.

Dacă atomul scade, atunci contorul Geiger va detecta radiația, va rupe flaconul și va ucide pisica. Dacă atomul nu se descompune, atunci flaconul va fi intact și pisica va fi în viață.

După perioada de o oră, atomul se află într-o stare în care este deopotrivă decăzut și nu decayit. Cu toate acestea, având în vedere modul în care am construit situația, acest lucru înseamnă că flaconul este rupt și nu este rupt și, în final, conform interpretării de la Copenhaga a fizicii cuantice pisica este atât moartă, cât și vie.

Interpretările pisicii lui Schrodinger

Stephen Hawking este renumit că spune „Când aud despre pisica lui Schrodinger, mă întind după arma mea”. Aceasta reprezintă gândurile multor fizicieni, deoarece există mai multe aspecte despre experimentul gândirii care ridică probleme. Cea mai mare problemă a analogiei este că fizica cuantică funcționează de obicei numai pe scala microscopică a atomilor și a particulelor subatomice, nu pe scara macroscopică a pisicilor și flacoanelor otrăvitoare..

Interpretarea de la Copenhaga afirmă că actul de a măsura ceva determină colapsul undei cuantice. În această analogie, într-adevăr, actul de măsurare are loc de contorul Geiger. Există scoruri de interacțiuni de-a lungul lanțului de evenimente - este imposibil să se izoleze pisica sau porțiunile separate ale sistemului, astfel încât să fie cu adevărat mecanic cuantic de natură.

În momentul în care pisica în sine intră în ecuație, măsurarea a fost deja făcută ... de o mie de ori, măsurările au fost făcute de către atomii contorului Geiger, aparatul de spargere a flaconului, flaconul, gazul de otravă și pisica în sine. Chiar și atomii cutiei fac „măsurători” atunci când luați în considerare că, dacă pisica cade peste moarte, va intra în contact cu diferiți atomi decât dacă va trece cu nerăbdare în jurul cutiei.

Dacă omul de știință deschide sau nu cutia este irelevant, pisica este vie sau moartă, nu o superpoziție a celor două state.

Cu toate acestea, în anumite opinii stricte ale interpretării de la Copenhaga, este de fapt o observație a unei entități conștiente care este necesară. Această formă strictă a interpretării este în general viziunea minoritară în rândul fizicienilor de azi, deși rămâne un argument intrigant potrivit căruia prăbușirea funcțiilor cu undă cuantică poate fi legată de conștiință. (Pentru o discuție mai detaliată a rolului conștiinței în fizica cuantică, sugerez Enigma cuantică: fizica întâlnește conștiința de Bruce Rosenblum și Fred Kuttner.)

O altă interpretare este „Many Worlds Interpretation” (MWI) a fizicii cuantice, care propune că situația se ramifică de fapt în multe lumi. În unele dintre aceste lumi, pisica va fi moartă la deschiderea cutiei, în altele, pisica va fi în viață. Deși este fascinant pentru public și cu siguranță pentru autorii de ficțiune științifică, Interpretarea Multe Lumi este, de asemenea, o viziune minoritară în rândul fizicienilor, deși nu există dovezi specifice pentru sau împotriva acesteia.

Editat de Anne Marie Helmenstine, doctorat.