“Kvant nəzəriyyəsindən şoka düşməyən hər kəs, bunu başa düşmür” dedi kvant nəzəriyyəsinin banisi Niels Bor.
Klassik fizikanın əsası - dünyanın birmənalı proqramlaşdırılması, əks halda Laplas determinizmi, kvant mexanikasının gəlişi ilə qeyri-müəyyənliklər və ehtimal hadisələri dünyasının işğalı ilə əvəz olundu. Və burada, yeri gəlmişkən, düşüncə təcrübələri nəzəri fiziklər üçün olduğu ortaya çıxdı. Bunlar ən son ideyaların sınaqdan keçirildiyi məhək daşları idi.
"Şrödingerin pişiyi" düşüncə təcrübəsi , Erwin Schrödinger tərəfindən təklif edilmiş, bununla da atomaltı sistemlərdən makroskopik sistemlərə keçiddə kvant mexanikasının natamamlığını göstərmək istəyirdi.
Bir pişik qapalı qutuya qoyulur. Qutuda radioaktiv nüvə və zəhərli qaz konteyneri olan mexanizm var. Nüvənin 1 saat ərzində parçalanması ehtimalı 1/2-dir. Əgər nüvə parçalanırsa, mexanizmi işə salır, qaz qabını açır və pişik ölür. Kvant mexanikasına görə, əgər nüvə üzərində müşahidə aparılmırsa, onda onun vəziyyəti iki vəziyyətin - çürümüş nüvənin və çürüməmiş nüvənin superpozisiyası (qarışması) ilə təsvir olunur, buna görə də qutuda oturan pişik həm diri, həm də ölüdür. eyni vaxtda. Əgər qutu açılırsa, onda eksperimentator yalnız bir konkret vəziyyəti görə bilər – “nüvə parçalanıb, pişik ölüb” və ya “nüvə parçalanmayıb, pişik sağdır”.
Sistem nə vaxt mövcud olmağı dayandırır? iki vəziyyəti qarışdırmaq və müəyyən birini seçmək kimi?
Təcrübənin məqsədi- dalğa funksiyasının hansı şəraitdə çökdüyünü (ölçmə zamanı baş verən cismin kvant vəziyyətində ani dəyişiklik) və pişiyin ya ölür, ya da diri qalır, lakin fəaliyyətini dayandırdığını göstərən bəzi qaydalar olmadan kvant mexanikasının natamam olduğunu göstərmək. hər ikisinin qarışığı.
Pişiyin mütləq ya diri, ya da ölü olması lazım olduğu aydın olduğundan (həyatla ölüm arasında aralıq vəziyyət yoxdur), bu, atom nüvəsi üçün də keçərlidir. O, mütləq ya çürüyəcək, ya da çürüməmiş olacaq.
Alman jurnalında Şrödingerin "Kvant Mexanikasında Mövcud Vəziyyət" adlı məqaləsi pişiklə düşüncə təcrübəsinin təqdimatı ilə dərc olunub. Təbiət Elmləri» 1935-ci ildə EPR paradoksunu müzakirə etmək.
Eynşteyn-Podolski-Rozen və Şrödingerin məqalələrində iki sistemin (məsələn, iki atomaltı hissəcik) hallarının superpozisiyasını təşkil edən kvant vəziyyətləri üçün xarakterik olan "kvant dolaşıqlığının" (Şrödinger tərəfindən təqdim edilmiş termin) qəribə təbiəti təsvir edilmişdir. ).
Kvant mexanikasının şərhləri
Kvant mexanikasının mövcud olduğu dövrdə elm adamları onun müxtəlif şərhlərini irəli sürdülər, lakin bu gün ən çox dəstəklənənləri "Kopenhagen" və "bir çox dünyalar"dır.
"Kopenhagen şərhi"- kvant mexanikasının bu təfsiri Niels Bohr və Werner Heisenberg tərəfindən Kopenhagendə (1927) birgə işləri zamanı tərtib edilmişdir. Alimlər kvant mexanikasına xas olan korpuskulyar-dalğa dualizmi nəticəsində yaranan suallara, xüsusən də ölçü məsələsinə cavab verməyə çalışıblar.
Kopenhagen təfsirində sistem dövlətlərin qarışığı olmaqdan çıxır və müşahidənin baş verdiyi anda onlardan birini seçir. Pişiklə aparılan təcrübə göstərir ki, bu təfsirdə məhz bu müşahidənin xarakteri - ölçmə kifayət qədər müəyyən edilməyib. Bəziləri hesab edir ki, təcrübə göstərir ki, qutu bağlı olduğu müddətcə sistem eyni anda hər iki vəziyyətdə, "çürümüş nüvə, ölü pişik" və "çürüməmiş nüvə, canlı pişik" hallarının superpozisiyasındadır və zaman qutu açılır, yalnız bundan sonra dalğa funksiyası variantlardan birinə çökür. Digərləri təxmin edirlər ki, “müşahidə” nüvədən gələn hissəcik detektora dəydikdə baş verir; lakin (və bu əsas məqam düşüncə təcrübəsi) Kopenhagen təfsirində bunun nə vaxt baş verdiyini söyləyən dəqiq bir qayda yoxdur və buna görə də belə bir qayda ona daxil edilənə qədər bu şərh natamamdır və ya onun necə tətbiq oluna biləcəyi deyilmir. Dəqiq qayda belədir: təsadüfilik klassik yaxınlaşmanın ilk dəfə istifadə edildiyi nöqtədə meydana çıxır.
Beləliklə, biz aşağıdakı yanaşmaya arxalana bilərik: biz makroskopik sistemlərdə kvant hadisələrini müşahidə etmirik (həddindən artıq mayelik və superkeçiricilik hadisələri istisna olmaqla); buna görə də biz kvant vəziyyətinə makroskopik dalğa funksiyasını üstələyiriksə, təcrübədən belə nəticəyə gəlməliyik ki, superpozisiya çökür. Ümumiyyətlə, bir şeyin "makroskopik" olmasının nə demək olduğu tam aydın olmasa da, bir pişik haqqında onun makroskopik bir obyekt olduğu dəqiq məlumdur. Beləliklə, Kopenhagen təfsiri, qutu açılmazdan əvvəl pişiyin dirilər və ölülər arasında qarışma vəziyyətində olduğunu nəzərə almır.
"Çoxlu dünya şərhində"Ölçmə prosesini xüsusi bir şey hesab etməyən kvant mexanikasının, pişiyin hər iki vəziyyəti mövcuddur, lakin dekohere, yəni. kvant mexaniki sisteminin qarşılıqlı əlaqədə olduğu proses baş verir mühit və ətraf mühitdə mövcud olan məlumatları əldə edir və ya başqa şəkildə ətraf mühitlə "dolaşır". Müşahidəçi qutunu açdıqda isə o, pişiyə qarışır və bundan da müşahidəçinin diri və ölü pişiyə uyğun gələn iki halı əmələ gəlir və bu hallar bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmur. Eyni kvant dekoherens mexanizmi "birgə" tarixlər üçün də vacibdir. Bu şərhdə yalnız "ölü pişik" və ya "canlı pişik" "ortaq tarixdə" ola bilər.
Yəni qutu açılanda kainat iki fərqli kainata parçalanır ki, onlardan birində müşahidəçi ölü pişiyin olduğu qutuya, digərində isə müşahidəçi diri pişiyə baxır.
"Vignerin dostu" paradoksu
Viqnerin dost paradoksu Şrödingerin pişiyi paradoksunun mürəkkəb təcrübəsidir. laureat Nobel mükafatı, amerikalı fizik Eugene Wigner "dostlar" kateqoriyasını təqdim etdi. Təcrübəni tamamladıqdan sonra eksperimentator qutunu açır və canlı pişiyi görür. Qutunun açıldığı anda pişiyin vəziyyəti “özək parçalanmayıb, pişik sağdır” vəziyyətinə keçir. Beləliklə, laboratoriyada pişiyin diri olduğu tanınıb. Laboratoriyadan kənarda bir "dost" var. Dost hələ pişiyin diri və ya ölü olduğunu bilmir. Bir dost pişiyi canlı kimi tanıyır, o zaman ki, eksperimentator ona təcrübənin nəticəsi barədə məlumat verir. Amma bütün digər “dostlar” hələ də pişiyi canlı kimi tanımayıblar və yalnız təcrübənin nəticəsi barədə onlara məlumat verildikdə onu tanıyacaqlar. Beləliklə, bir pişik yalnız kainatdakı bütün insanlar təcrübənin nəticəsini bildikdə tam canlı olaraq tanınmaq olar. Bu miqyasda bu nöqtəyə qədər Böyük Kainat pişik eyni anda yarı ölü və yarı ölü olaraq qalır.
Yuxarıda göstərilənlər praktikada tətbiq olunur: kvant hesablamalarında və kvant kriptoqrafiyasında. Fiber-optik kabel iki vəziyyətin superpozisiyasında olan işıq siqnalı göndərir. Təcavüzkarlar ortada bir yerdə kabelə qoşularsa və ötürülən məlumatı dinləmək üçün orada siqnal vururlarsa, bu, dalğa funksiyasını çökdürəcək (Kopenhagen şərhi nöqteyi-nəzərindən müşahidə aparılacaq) və işıq əyalətlərdən birinə gedəcək. Kabelin qəbuledici ucunda işığın statistik sınaqlarını apardıqdan sonra işığın vəziyyətlərin superpozisiyasında olub-olmadığını və ya artıq müşahidə edilib başqa nöqtəyə ötürüldüyünü öyrənmək mümkün olacaq. Bu, hiss olunmayan siqnalın ələ keçirilməsini və dinləməni istisna edən rabitə vasitələri yaratmağa imkan verir.
Təcrübə (bunu prinsipcə həyata keçirmək olar, baxmayaraq ki, böyük həcmdə məlumat ötürməyə qadir olan kvant kriptoqrafiyasının işlək sistemləri hələ yaradılmayıb) həm də göstərir ki, Kopenhagen təfsirində “müşahidə”nin müşahidəçinin şüuru ilə heç bir əlaqəsi yoxdur. ildən bu məsələ telin tamamilə cansız bir qolu kabelin sonunda statistikanın dəyişməsinə gətirib çıxarır.
Kvant hesablamasında isə “Şrödinger pişiyi” vəziyyəti, hamısının bütün sıfırların və ya birlərin eyni superpozisiyasında olduğu kubitlərin xüsusi dolaşıq vəziyyətidir.
("Qubit" kvant kompüterində məlumat saxlamaq üçün ən kiçik elementdir. O, iki öz vəziyyətini qəbul edir, lakin onların superpozisiyasında da ola bilər. Qubitin vəziyyətini ölçəndə o, təsadüfi olaraq öz vəziyyətlərindən birinə keçir.)
Əslində! "Şrödingerin pişiyi"nin kiçik qardaşı
“Şrödingerin pişiyi”nin yaranmasından 75 il keçib, lakin hələ də kvant fizikasının bəzi nəticələri maddə və onun xassələri haqqında adi fikirlərimizlə ziddiyyət təşkil edir. Kvant mexanikasının qanunlarına görə, həm diri, həm də ölü olduqda belə bir "pişik" vəziyyəti yaratmaq mümkün olmalıdır, yəni. iki vəziyyətin kvant superpozisiya vəziyyətində olacaq. Bununla belə, praktikada belə bir kvant superpozisiyasının yaradılması böyük rəqəm atomlar hələ mümkün deyil. Çətinlik ondadır ki, superpozisiyada nə qədər çox atom varsa, bu vəziyyət bir o qədər az sabitdir, çünki xarici təsirlər onu məhv etməyə meyllidir.
Vyana Universitetinin fizikləri (jurnalda dərc edilmişdir Təbiət Əlaqələri”, 2011) dünyada ilk dəfə olaraq 430 atomdan ibarət və kvant superpozisiya vəziyyətində olan üzvi molekulun kvant davranışını nümayiş etdirə bildi. Təcrübəçilərin əldə etdiyi molekul daha çox ahtapota bənzəyir. Molekulların ölçüsü 60 angstrom səviyyəsindədir və molekul üçün de Broyl dalğa uzunluğu cəmi 1 pikometr idi. Belə bir "molekulyar ahtapot" Şrödingerin pişiyinə xas olan xüsusiyyətləri nümayiş etdirə bildi.
kvant intiharı
Kvant intiharı, Q. Moravec və B. Marşal tərəfindən müstəqil olaraq təklif edilmiş və 1998-ci ildə kosmoloq Maks Teqmark tərəfindən genişləndirilmiş kvant mexanikasında düşüncə təcrübəsidir. Şrödingerin pişiyi ilə aparılan düşüncə təcrübəsinin modifikasiyası olan bu düşüncə təcrübəsi kvant mexanikasının iki təfsiri arasındakı fərqi açıq şəkildə göstərir: Kopenhagen şərhi və Everetin çoxlu dünya şərhi.
Əslində bu təcrübə pişik baxımından Şrödingerin pişiyi ilə aparılan təcrübədir.
Təklif olunan eksperimentdə hər hansı radioaktiv atomun çürüməsindən asılı olaraq atıcı və ya atmayan silah iştirakçıya yönəldilir. Təcrübə nəticəsində silahın partlaması və iştirakçının ölməsi ehtimalı 50% təşkil edir. Kopenhagen təfsiri düzgündürsə, o zaman silah nəhayət sönəcək və yarışmaçı öləcək.
Əgər Everett-in çox-dünya təfsiri düzgündürsə, onda hər bir təcrübə nəticəsində kainat iki kainata parçalanır, onlardan birində iştirakçı sağ qalır, digərində isə ölür. İştirakçının öldüyü dünyalarda onlar mövcud olmağı dayandırır. Bunun əksinə olaraq, ölməmiş iştirakçının nöqteyi-nəzərindən təcrübə iştirakçının yoxa çıxması ilə nəticələnmədən davam edəcək. Çünki istənilən budaqda iştirakçı ancaq yaşadığı dünyada təcrübənin nəticəsini müşahidə edə bilir. Və əgər çoxlu dünyaların təfsiri düzgündürsə, onda iştirakçı təcrübə zamanı heç vaxt ölməyəcəklərini görə bilər.
İştirakçı heç vaxt bu nəticələr haqqında danışa bilməyəcək, çünki kənar müşahidəçinin nöqteyi-nəzərindən eksperimentin nəticəsinin ehtimalı çoxlu dünya və Kopenhagen şərhlərində eyni olacaq.
kvant ölməzliyi
Kvant ölümsüzlüyü, kvant mexanikasının çoxlu dünya şərhinə görə, özünü dərk etmə qabiliyyətinə malik varlıqların ölümsüz olduğunu ifadə edən kvant intihar düşüncə təcrübəsindən irəli gələn bir düşüncə təcrübəsidir.
Təsəvvür edin ki, eksperimentin iştirakçısı onun yanında nüvə bombasını partladır. Demək olar ki, bütün paralel kainatlarda nüvə partlayışı iştirakçını məhv edəcək. Ancaq buna baxmayaraq, iştirakçının bir şəkildə sağ qaldığı kiçik bir alternativ Kainatlar dəsti olmalıdır (yəni potensial xilasetmə ssenarisinin inkişafı mümkün olan Kainatlar). Kvant ölməzliyi ideyası ondan ibarətdir ki, iştirakçı canlı qalır və beləliklə, belə kainatların sayı çox az olsa belə, dəstdəki kainatlardan ən azı birində ətrafdakı reallığı dərk edə bilir. bütün mümkün kainatlar. Beləliklə, zaman keçdikcə iştirakçı əbədi yaşaya biləcəyini anlayacaq. Bu nəticə ilə bəzi paralellər antropik prinsip anlayışında tapıla bilər.
Başqa bir misal kvant intiharı ideyasından irəli gəlir. Bu düşüncə təcrübəsində iştirakçı hər hansı bir radioaktiv atomun parçalanmasının nəticəsindən asılı olaraq atəş açan və ya atmayan silahı özünə tərəf yönəldir. Təcrübə nəticəsində silahın partlaması və iştirakçının ölməsi ehtimalı 50% təşkil edir. Kopenhagen təfsiri düzgündürsə, o zaman silah nəhayət sönəcək və yarışmaçı öləcək.
Əgər Everett-in çox-dünya təfsiri düzgündürsə, onda hər bir təcrübə nəticəsində kainat iki kainata parçalanır, onlardan birində iştirakçı sağ qalır, digərində isə ölür. İştirakçının öldüyü dünyalarda onlar mövcud olmağı dayandırır. Əksinə, ölməyən iştirakçının nöqteyi-nəzərindən təcrübə iştirakçının yoxa çıxmasına gətirib çıxarmadan davam edəcək, çünki kainatların hər parçalanmasından sonra o, özünü ancaq sağ qaldığı kainatlarda reallaşdıra biləcək. Beləliklə, Everett-in çoxlu dünya şərhi düzgündürsə, o zaman iştirakçı eksperiment zamanı heç vaxt ölməyəcəklərini qeyd edə və bununla da ən azı öz nöqteyi-nəzərindən ölməzliklərini "sübut edə" bilər.
Kvant ölməzliyinin tərəfdarları qeyd edirlər ki, bu nəzəriyyə heç bir məlum fizika qanunlarına zidd deyil (bu mövqe elm aləmində yekdil qəbuldan uzaqdır). Onlar öz mülahizələrini aşağıdakı iki mübahisəli fərziyyə əsasında qururlar:
- Everetin çoxlu dünya şərhi düzgündür, lakin Kopenhagen təfsiri deyil, çünki sonuncu paralel kainatların mövcudluğunu inkar edir;
- təcrübə zamanı iştirakçının ölə biləcəyi bütün mümkün ssenarilər iştirakçının sağ qaldığı ssenarilərin ən azı kiçik bir hissəsini ehtiva edir.
Kvant ölümsüzlük nəzəriyyəsinə qarşı mümkün bir arqument ola bilər ki, ikinci fərziyyə mütləq Everetin çoxlu dünyalar şərhindən irəli gəlmir və o, bütün mümkün reallıqlara aid olduğu düşünülən fizika qanunları ilə ziddiyyət təşkil edə bilər. Kvant fizikasının çoxlu dünya şərhi mütləq “hər şeyin mümkün olduğunu” ifadə etmir. Bu, yalnız onu göstərir ki, müəyyən bir anda kainat bir sıra digərlərinə bölünə bilər, hər biri bir çox mümkün nəticələrdən birinə uyğun olacaq. Məsələn, termodinamikanın ikinci qanununun bütün mümkün kainatlar üçün doğru olduğuna inanılır. Bu o deməkdir ki, nəzəri cəhətdən bu qanunun mövcudluğu onun pozulacağı paralel kainatların yaranmasının qarşısını alır. Bunun nəticəsi, eksperimentatorun nöqteyi-nəzərindən, onun sonrakı sağ qalmasının qeyri-mümkün olduğu belə bir reallıq vəziyyətinə nail olmaq ola bilər, çünki bu, fizika qanununun pozulmasını tələb edərdi, ehtimala görə, əvvəllər, bütün mümkün reallıqlar üçün keçərlidir.
Məsələn, yuxarıda təsvir edilən bir nüvə bombasının partlaması zamanı iştirakçının sağ qalacağı əsas bioloji prinsipləri pozmayan inandırıcı bir ssenarini təsvir etmək olduqca çətindir. Canlı hüceyrələr sadəcə olaraq mərkəzdə çatan temperaturda mövcud ola bilməzlər nüvə partlayışı. Kvant ölümsüzlük nəzəriyyəsinin qüvvədə qalması üçün ya yanlış atəşin baş verməsi (və beləliklə, nüvə partlayışının baş verməməsi) və ya hələ kəşf edilməmiş və ya sübut olunmamış fizika qanunlarına əsaslanacaq bir hadisənin baş verməsi lazımdır. Müzakirə olunan nəzəriyyəyə qarşı başqa bir arqument, bütün varlıqların təbii olması faktıdır bioloji ölüm paralel kainatların heç birində qarşısını almaq mümkün olmayan (heç olmasa elmin inkişafının bu mərhələsində)
Digər tərəfdən, termodinamikanın ikinci qanunu statistik qanundur və dalğalanmaların baş verməsi heç bir şeylə ziddiyyət təşkil etmir (məsələn, kainatda müşahidəçinin həyatı üçün əlverişli şəraitə malik bir bölgənin meydana çıxması, ümumiyyətlə müəyyən bir səviyyəyə çatmışdır. istilik ölümü vəziyyəti; və ya, prinsipcə, nüvə partlayışı nəticəsində yaranan bütün hissəciklərin mümkün hərəkəti, beləliklə, onların hər biri müşahidəçinin yanından uçacaq), baxmayaraq ki, belə bir dalğalanma bütün mümkün nəticələrin yalnız çox kiçik bir hissəsində baş verəcəkdir. Bioloji ölümün qaçılmazlığı ilə bağlı arqument də ehtimal mülahizələri əsasında təkzib edilə bilər. Hər canlı orqanizm üçün Bu an zaman, onun növbəti saniyə üçün sağ qalma ehtimalı sıfırdan fərqlidir. Beləliklə, onun növbəti milyard il ərzində sağ qalma ehtimalı da sıfırdan fərqlidir (çünki bu, böyük rəqəm sıfırdan fərqli amillər), çox kiçik olsa da.
Kvant ölməzliyi ideyası ilə bağlı problemli olan odur ki, ona görə, özünü dərk edən varlıq, iştirakçının ölmüş kimi göründüyü situasiyalarda baş verəcək son dərəcə mümkün olmayan hadisələri yaşamağa “məcbur olacaq”. Bir çox paralel kainatlarda iştirakçı ölsə də, iştirakçının subyektiv olaraq qavraya bildiyi bir neçə kainat son dərəcə qeyri-mümkün bir ssenaridə inkişaf edəcəkdir. Bu, öz növbəsində, təbiəti kvant fizikasında hələ kifayət qədər aydın olmayan səbəbiyyət prinsipinin pozulmasına hansısa şəkildə səbəb ola bilər.
Kvant ölməzliyi ideyası əsasən “kvant intiharı” təcrübəsindən qaynaqlansa da, Teqmark iddia edir ki, hər hansı normal şərait Hər bir düşünən varlıq ölümdən əvvəl özünüdərk səviyyəsinin aşağı düşməsi mərhələsindən (bir neçə saniyədən bir neçə ilə qədər) keçir ki, bu da kvant mexanikası ilə heç bir əlaqəsi yoxdur və iştirakçının uzun müddət yaşamaq imkanı yoxdur. ona sağ qalmaq imkanı verən bir dünyadan digərinə keçid.
Burada özünü dərk edən rasional müşahidəçi, özünü dərk etdiyi nisbətən az sayda mümkün vəziyyətlərdə, belə desək, qalmağa davam edir. sağlam bədən". Müşahidəçinin şüurunu saxlayaraq şikəst qalması ehtimalı, zərər görmədiyindən qat-qat böyükdür. Hər hansı bir sistemin (canlı orqanizm də daxil olmaqla) səhv işləmək üçün qalmaqdan daha çox imkanları var mükəmməl forma. Boltzmanın erqodik fərziyyəsi tələb edir ki, ölməz müşahidəçi gec-tez şüurun qorunması ilə uyğun gələn bütün vəziyyətlərdən, o cümlədən dözülməz iztirablar hiss edəcəyi vəziyyətlərdən keçsin - və orqanizmin optimal işləmə vəziyyətlərindən daha çox belə vəziyyətlər olacaq. . Beləliklə, filosof Devid Lyuisin fikrincə, çoxlu dünyalar şərhinin səhv olduğuna ümid etmək lazımdır.
Kvant mexanikasının ən məşhur paradoksu avstriyalı fizik Ervin Şrödingerin adı ilə bağlıdır.
Bu qapalı qutuya qoyulmuş xəyali bir pişik üzərində aparılan düşüncə təcrübəsidir. Qutuda radioaktiv nüvə parçalandıqdan sonra pişiyi açıb öldürən zəhərli qaz konteyneri var. Nüvənin 1 saat ərzində parçalanma ehtimalı 1/2-dir.
Kvant mexanikası bildirir ki, əgər nüvə müşahidə edilmirsə, onda onun vəziyyəti iki mümkün nəticənin qarışığıdır. Yəni, eksperimentator qutunu açıb əslində nə baş verdiyini görənə qədər qutuda oturan pişik eyni anda həm diri, həm də ölüdür.
Təcrübənin Wigner tərəfindən təklif olunan mürəkkəb bir versiyası var. Təcrübəçi qutunu açıb diri pişiyi görsə, laboratoriyada pişik canlı olaraq tanınır. Amma fərz edək ki, eksperimentatorun laboratoriyadan kənarda dostu var. O, pişiyi canlı kimi tanıyır, o zaman ki, eksperimentator bu barədə ona məlumat verir. Lakin bütün digər dostlar nəticə onlara deyilənə qədər pişiyin sağ olduğunu hələ də tanımayıblar. Yəni, qədər kainatdakı bütün insanlar təcrübənin gedişatını bilənə qədər, pişik eyni anda diri və ölü olaraq qalır.
Schrödinger təcrübəsini müxtəlif yollarla izah edən kvant mexanikasının iki əsas şərhi ortaya çıxdı.
Kopenhagen təfsirində sistem müşahidənin baş verdiyi anda iki mümkün vəziyyətdən birini seçir.
Pişiklə aparılan təcrübə göstərir ki, müşahidənin özünün təbiəti yetərincə müəyyən edilməmişdir: bu, qutunun açıldığı anda baş verir, yoxsa hissəciklərin çürüməsi zamanı? Hər halda, qutunu açmazdan əvvəl pişik heç də diri və ölülərin qarışması vəziyyətində deyil, çünki mikrokosmosun qanunları makroskopik obyektlərə şamil edilmir.
Bir çox aləmlərin şərhinin tərəfdarlarıölçmə prosesini xüsusi bir şey hesab etməyin: pişiyin hər iki vəziyyətinin mövcud olduğu güman edilir. Ancaq müşahidəçi qutunu açdığı anda bir-biri ilə heç bir şəkildə qarşılıqlı təsir göstərməyən müşahidəçinin iki vəziyyəti yaranır. Yəni Kainat iki başqa kainata bölünür, onlardan birində müşahidəçi ölü pişiyi görür, digərində isə canlıdır.
Bu təfsir fantastik görünür, baxmayaraq ki, bir çox alimlər onun Kopenhagenlə bərabər mövcud olmaq hüququnu tanıyırlar.
Çoxlu Dünyalar Nəzəriyyəsi The Prestige (2006) və Source Code (2011) filmlərinin yaradıcıları üçün ilham mənbəyi olmuşdur və eyni zamanda kvant kriptoqrafiyasının bəzi ideyaları buna əsaslanır.
1935-ci ildə böyük fizik, Nobel mükafatı laureatı və kvant mexanikasının banisi Ervin Şrödinger özünün məşhur paradoksunu formalaşdırdı.
Alim təklif edib ki, müəyyən bir pişiyi götürüb “cəhənnəm maşını” olan qeyri-şəffaf polad qutuya yerləşdirsən, bir saatdan sonra o, eyni anda diri və ölü olacaq. Qutudakı mexanizm belədir: Geiger sayğacının içərisində bir saat ərzində yalnız bir atoma parçalana bilən mikroskopik miqdarda radioaktiv material var; bu halda eyni ehtimalla çürüməyə bilər. Əgər çürümə baş verərsə, onda qolu mexanizmi işləyəcək və çəkic hidrosiyanik turşu ilə gəmini qıracaq və pişik öləcək; çürümə yoxdursa, o zaman gəmi toxunulmaz qalacaq və pişik sağ və sağlam olacaq.
Söhbət pişik və qutudan yox, atomaltı hissəciklər dünyasından getsəydi, o zaman alimlər pişiyin eyni anda həm diri, həm də ölü olduğunu söyləyərdilər, lakin makrokosmosda bu qənaət düzgün deyil. Bəs niyə biz daha çox şeyə gəldikdə belə anlayışlarla işləyirik? kiçik hissəciklər məsələ?
Schrödinger-in illüstrasiyasıdır ən yaxşı nümunə kvant fizikasının əsas paradoksunu təsvir etmək üçün: onun qanunlarına görə elektronlar, fotonlar və hətta atomlar kimi hissəciklər eyni anda iki vəziyyətdə mövcuddur (“diri” və “ölü”, əgər çoxdan əziyyət çəkən pişiyi xatırlayırsınızsa) . Bu vəziyyətlərə superpozisiyalar deyilir.
amerikalı fizik Arkanzas Universitetindən (Arkanzas Dövlət Universiteti) Art Hobson bu paradoksa öz həllini təklif etdi.
"Kvant fizikasında ölçmələr mikroskopik sistemlərin - atomların, fotonların və elektronların kvant vəziyyətini təyin edən Geiger sayğacı kimi müəyyən makroskopik cihazların işinə əsaslanır. Kvant nəzəriyyəsi o deməkdir ki, əgər mikroskopik sistemi (hissəciyi) ikisini fərqləndirən bəzi makroskopik cihaz müxtəlif dövlətlər sistem, onda cihaz (məsələn, Geiger sayğacı) kvant dolaşıqlığı vəziyyətinə düşəcək və eyni zamanda iki superpozisiyada olacaq. Lakin bu hadisəni birbaşa müşahidə etmək mümkün deyil, bu da onu qəbuledilməz edir”, - fizik deyir.
Hobson deyir ki, Şrödinger paradoksunda pişik radioaktiv nüvəyə qoşulan makroskopik cihaz, Geiger sayğacı rolunu oynayır və bu nüvənin çürümə və ya “çürüməməsi” vəziyyətini müəyyən edir. Bu halda diri pişik “çürüməmə”nin, ölü pişik isə çürümənin göstəricisi olardı. Lakin kvant nəzəriyyəsinə görə, pişik də nüvə kimi, həyat və ölümün iki superpozisiyasında olmalıdır.
Əvəzində, fizikin fikrincə, pişiyin kvant vəziyyəti atomun vəziyyəti ilə qarışmalıdır ki, bu da onların bir-biri ilə “qeyri-yerli əlaqə”də olması deməkdir. Yəni bir-birinə qarışmış cisimlərdən birinin vəziyyəti birdən-birə əksinə dəyişərsə, onun cütlüyünün vəziyyəti də bir-birindən nə qədər uzaq olsa da, eyni şəkildə dəyişəcək. Bununla da Hobson bu kvant nəzəriyyəsinə istinad edir.
"Kvant dolaşıqlığı nəzəriyyəsində ən maraqlısı odur ki, hər iki hissəciyin vəziyyətində dəyişiklik ani olaraq baş verir: heç bir işıq və ya elektromaqnit siqnalının məlumatı bir sistemdən digərinə ötürməyə vaxtı olmayacaq. Beləliklə, deyə bilərik ki, bu birdir. cisim, aralarındakı məsafə nə qədər böyük olursa olsun, iki hissəyə bölünür”, Hobson izah edir.
Schrödinger'in pişiyi artıq həm diri, həm də ölü deyil. Çürümə baş verərsə ölüdür, çürümə olmazsa diridir.
Əlavə edirik ki, bu paradoksa oxşar həllər son otuz il ərzində daha üç qrup alim tərəfindən təklif edilsə də, onlar ciddi qəbul edilməyib və geniş elmi dairələrdə diqqətdən kənarda qalıb. Hobson qeyd edir ki, kvant mexanikasının paradokslarının həlli, ən azı nəzəri cəhətdən, onun dərindən başa düşülməsi üçün mütləq zəruridir.
Şrödingerin pişiyi nədir, Şrödingerin pişiyi, Şrödingerin pişiyi haqqında hər şey, Şrödingerin pişiyi paradoksu, Şrödingerin pişiklə təcrübəsi, qutuda pişik, nə diri, nə ölü pişiyi, Şrödingerin pişiyi diri, pişiklə təcrübə
Bu, eyni anda həm diri, həm də ölü olan bir pişikdir. Belə bir əlverişsiz dövlətə borcludur Nobel mükafatçısı fizika üzrə, avstriyalı alim Ervin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.
Bölmələr:
Eksperimentin mahiyyəti / paradoks
Pişik qapalı qutudadır, burada radioaktiv nüvə və zəhərli qaz olan konteyner olan mexanizm var. Təcrübənin xüsusiyyətləri elə seçilir ki, nüvənin 1 saat ərzində parçalanması ehtimalı 50% olsun. Əgər nüvə parçalanırsa, mexanizmi işə salır, qaz qabı açılır və pişik ölür. Kvant mexanikasına görə, əgər nüvə üzərində müşahidə aparılmırsa, onda onun vəziyyəti iki vəziyyətin - çürümüş nüvənin və çürüməmiş nüvənin superpozisiyası (qarışması) ilə təsvir olunur, buna görə də qutuda oturan pişik həm diri, həm də ölüdür. eyni vaxtda.
Qutunu açmağa dəyər - və eksperimentator yalnız bir vəziyyəti görməlidir - "nüvə çürüdü, pişik öldü" və ya "nüvə çürümədi, pişik sağdır". Amma prosesdə müşahidəçi olmadığı halda, bədbəxt balaca heyvan “ölü” olaraq qalır.
Marjinallar
- Bədbəxtlik heç vaxt tək gəlmir
Qutunun yalnız quyruqlu sakininin sağlamlığı deyil, həm də cinsi şübhə altındadır: orijinal təcrübədə Şrödingerin pişiyi hələ də pişik idi (die Katze). - "Ölü" pişiklər yoxdur
Yadda saxlamaq lazımdır ki, Şrödingerin təcrübəsi “ölü” pişiklərin varlığını sübut etmək məqsədi daşımır (və Portal oyununun ikinci hissəsində deyilənlərin əksinə olaraq, pişikləri öldürmək üçün bəhanə kimi icad olunmayıb). Aydındır ki, pişik mütləq ya diri, ya da ölü olmalıdır, çünki aralıq vəziyyət yoxdur.
Təcrübə göstərir ki, kvant mexanikası makrosistemlərin (pişik mənsub olduğu) davranışını təsvir etmək iqtidarında deyil: sistemin müəyyən bir vəziyyəti seçdiyini, dalğa funksiyasının hansı şəraitdə dağıldığını və pişikin ya qaldığını göstərən bəzi qaydalar olmadan natamamdır. diri və ya ölü olur. , lakin hər ikisinin qarışığı olmaqdan çıxır.
Müəllif buna inanır həlledici söz Kvant mexanikasında heç bir şey anlamasa da, onun vəziyyətini ən yaxşı bilən pişiyə buraxılmalı idi. Lakin onun müşahidəçi kimi səriştəsi, təbii ki, alimlərdə şübhələr yaradır. İstisnalar Hans Moravec, Bruno Marşal və Maks Teqmarkdır ki, onlar Şrödinger təcrübəsinin "kvant intiharı" kimi tanınan modifikasiyasını təklif ediblər. Bu, pişik baxımından pişiklə sınaqdır. Alimlər Kopenhagen və kvant mexanikasının bir çox dünya şərhləri arasındakı fərqi göstərmək məqsədini güdürdülər. Çoxlu dünya təfsiri düzgündürsə, pişik simpatizanların zövqünə görə Tsoi olur və həmişə sağ qalır, çünki iştirakçı eksperimentin nəticəsini yalnız sağ qaldığı dünyada müşahidə edə bilir.
- Kaliforniya Universitetindən Nadav Katz və onun həmkarları, bu vəziyyəti ölçdükdən sonra hissəciyin kvant vəziyyətini geri "qaytarmağı" bacardıqları laboratoriya təcrübəsinin nəticələrini dərc etdilər. Beləliklə, dalğa funksiyasının dağılmasının şərtlərindən asılı olmayaraq, bir pişiyin həyatını xilas etmək mümkündür. Onun sağ və ya ölü olmasının fərqi yoxdur: siz həmişə geri qazana bilərsiniz [link] .
- 06/03/2011 RİA Novosti xəbər verir ki, Çin fizikləri yarada biliblər səkkiz fotonlu "Şrodinqerin pişiyi"[link] gələcək kvant kompüterlərinin inkişafına töhfə verməlidir
Mədəniyyətdə şəkil
Bəlkə də heç kim kvant mexanikasını populyarlaşdırmaq üçün yazıq pişikdən daha çox iş görməyib. Hətta bu mürəkkəb bilik sahəsindən ən uzaqlarda olan, yəqin ki, əziyyət çəkən kiçik heyvanın taleyindən həyəcanlanan insanlar belə, hər şeyin o qədər də pis olmadığına ümid edərək təcrübənin incəliklərini anlamağa çalışırlar. Pişik sənətçiləri və populyar mədəniyyəti ruhlandırır.
Onun əsas üstünlüklərini qeyd edək:
- Vallah, deyəsən pişiyi vurmuşam!
- O öldü?
- Dəqiq deyə bilmərəm. Şrödinqer otaqda bok olan pişik balasını axtarırdı və o, nə diri, nə də ölü bir qutuda oturmuşdu. Müxtəlif: Rəssamlar Şrödingerin pişiyinə diqqət yetirir, onun mövqeyinin qeyri-müəyyənliyini rəsm və qrafika vasitəsilə çatdırmağa çalışırlar. Həmçinin, bu kiçik heyvanın şəkillərini köynəklərdə və kupalarda görmək olar. Ölü və ya diri olduqları dəqiq bilinməyən terrorçulara bəzən “Şrödinger terrorçuları” da deyirlər. From məşhur insanlar belə bir vəziyyətdə, məsələn, ölümündən əvvəl komada olan Yasir Ərəfat, eləcə də Üsamə bin Laden. Absurdopedia-ya görə, pokedəki pişik Şrödingerin pişik təcrübəsinin sadələşdirilmiş versiyasıdır [link] . Stiven Hokinq ifadəsini təkrarladı tutumlu söz Hans Jost "Mədəniyyət haqqında eşidəndə silah tuturam" belə: "Şrödingerin pişiyi haqqında eşidəndə əlim silaha uzanır!". İzah ondan ibarətdir ki, bir çox digər fiziklər kimi, Hokinq də kvant mexanikasının şərhinin "Kopenhagen məktəbi"nin müşahidəçinin rolunu əsassız olaraq vurğuladığı qənaətindədir. MEPhI İlahiyyat Departamentinin açılması ilə əlaqədar olaraq şəbəkədə aşağıdakı şəkil geniş yayılıb:
Bu yaxınlarda məşhur “PostNauka” elmi portalında Emil Əhmədovun müəllifin məşhur paradoksun səbəbləri, eləcə də onun nə olmadığı haqqında məqaləsi dərc olunub.
Fizik Emil Əhmədov ehtimal şərhi, qapalı kvant sistemləri və paradoks tərtibi.
Məncə, kvant mexanikasının həm psixoloji, həm fəlsəfi, həm də bir çox başqa cəhətlərdən ən çətin tərəfi onun ehtimala əsaslanan şərhidir. Bir çox insan ehtimal təfsiri ilə mübahisə etdi. Məsələn, Eynşteyn Podolski və Rozenlə birlikdə ehtimal təfsirini təkzib edən bir paradoksla çıxış etdi.
Onlara əlavə olaraq, Schrödinger kvant mexanikasının ehtimal şərhi ilə də mübahisə etdi. Kvant mexanikasının ehtimal təfsirində məntiqi ziddiyyət olaraq Şrödinger Şrödingerin pişiyi paradoksu deyilən bir şey ortaya qoydu. O, müxtəlif yollarla formalaşdırıla bilər, məsələn: tutaq ki, sizdə pişiyin oturduğu bir qutu var və bu qutuya ölümcül qaz silindri qoşulub. Ölümcül qazı qəbul edən və ya buraxmayan bu silindrin açarına aşağıdakı kimi işləyən bir cihaz qoşulur: qütbləşən şüşə var və lazımi polarizasiyanın keçən fotonu varsa, silindr açılır, qaz pişiyə axır; foton düzgün qütbləşmədə deyilsə, o zaman şar açılmır, açar açılmır, balon pişiyə qaz buraxmır.
Tutaq ki, foton dairəvi qütbləşib və cihaz xətti polarizasiyaya cavab verir. Aydın olmaya bilər, amma çox da vacib deyil. Müəyyən bir ehtimalla, foton bir şəkildə qütbləşəcək, bəzi ehtimalla - başqa bir şəkildə. Schrodinger dedi: belə bir vəziyyət ortaya çıxır ki, nə vaxtsa biz qapağı açıb pişiyin ölü və ya diri olduğunu görənə qədər (və sistem bağlıdır), pişik müəyyən ehtimalla diri olacaq və bəziləri ilə öləcək. ehtimal. Ola bilsin ki, mən təsadüfən bir paradoks formalaşdırıram, amma nəticə qəribə bir vəziyyətdir ki, pişik nə diri, nə də ölüdür. Paradoks belə formalaşdırılır.
Məncə, bu paradoksun tam aydın və dəqiq izahı var. Bəlkə də bu mənim şəxsi fikrimdir, amma izah etməyə çalışacağam. Kvant mexanikasının əsas xüsusiyyəti aşağıdakılardır: əgər qapalı sistemi təsvir edirsinizsə, onda kvant mexanikası dalğa mexanikasından, dalğalar mexanikasından başqa bir şey deyil. Bu o deməkdir ki, o, həlli dalğalar olan diferensial tənliklərlə təsvir olunur. Dalğalar və diferensial tənliklər olan yerdə matrislər və s. Bunlar iki ekvivalent təsvirdir: matrisin təsviri və dalğa təsviri. Matris təsviri Heisenbergə, dalğa təsviri Şrödingerə aiddir, lakin onlar eyni vəziyyəti təsvir edirlər.
Əhəmiyyətli olan odur ki, sistem qapalı olduğu halda dalğa tənliyi ilə təsvir edilir və bu dalğanın başına gələnlər hansısa dalğa tənliyi ilə təsvir olunur. Kvant mexanikasının bütün ehtimal təfsiri sistem açıldıqdan sonra yaranır - ona xaricdən hansısa böyük klassik, yəni kvant olmayan obyekt təsir edir. Təsir anında bu dalğa tənliyi ilə təsvir olunmur. Dalğa funksiyasının sözdə azalması və ehtimal şərhi var. Açılış anına qədər sistem dalğa tənliyinə uyğun olaraq inkişaf edir.
İndi böyük klassik sistemin kiçik kvant sistemindən nə ilə fərqləndiyi barədə bir neçə qeyd etmək lazımdır. Ümumiyyətlə, dalğa tənliyindən istifadə edərək, hətta böyük bir klassik sistemi təsvir etmək olar, baxmayaraq ki, bu təsviri təmin etmək adətən çətindir və əslində bu tamamilə lazımsızdır. Bu sistemlər fəaliyyət baxımından riyazi cəhətdən fərqlənir. Obyekt deyilən şey kvant mexanikasında, sahə nəzəriyyəsində mövcuddur. Klassik böyük sistem üçün hərəkət böyükdür, lakin kvant kiçik sistem üçün hərəkət kiçikdir. Üstəlik, bu hərəkətin qradiyenti - bu hərəkətin zaman və məkanda dəyişmə sürəti - böyük klassik sistem üçün böyük, kiçik kvant üçün isə kiçikdir. Bu iki sistem arasındakı əsas fərqdir. Klassik sistem üçün hərəkət çox böyük olduğuna görə onu bəzi dalğa tənlikləri ilə deyil, sadəcə olaraq Nyuton qanunu və s. kimi klassik qanunlarla təsvir etmək daha əlverişlidir. Məsələn, bu səbəbdən Ay Yer ətrafında bir elektron kimi atomun nüvəsi ətrafında deyil, müəyyən, aydın şəkildə müəyyən edilmiş orbit üzrə, klassik orbit, trayektoriya üzrə fırlanır. Elektron kiçik kvant sistemi olmaqla atomun içərisində nüvənin ətrafında dayanan dalğa kimi hərəkət etdiyi halda, onun hərəkəti dayanan dalğa ilə təsvir olunur və bu iki vəziyyət arasındakı fərqdir.
Kvant mexanikasında ölçmə, böyük klassik sistemlə kiçik bir kvant sisteminə təsir etdiyiniz zamandır. Bundan sonra dalğa funksiyasının azalması baş verir. Məncə, Şrödinger paradoksundakı şarın və ya pişiyin olması fotonun qütbləşməsini ölçən böyük klassik sistemin olması ilə eynidir. Müvafiq olaraq, ölçmə qutunun qapağını açıb pişiyin diri və ya ölü olduğunu gördüyümüz anda deyil, fotonun polarizasiya şüşəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olduğu anda baş verir. Beləliklə, bu anda foton dalğası funksiyasının azalması baş verir, balon tamamilə müəyyən bir vəziyyətdədir: ya açılır, ya da açılmır, pişik isə ölür və ya ölmür. Hamısı. Onun müəyyən ehtimalla diri, müəyyən ehtimalla öldüyü “ehtimallı pişiklər” yoxdur. Şrodinqerin pişiyi paradoksunun çoxlu müxtəlif formulalara malik olduğunu deyəndə, mən ancaq dedim ki, çoxlu var. fərqli yollar pişiyi öldürən və ya diri qoyan cihazla gəlin. Əslində, paradoksun tərtibi dəyişmir.
Bu paradoksu çoxsaylı dünyalar və s. baxımından izah etmək üçün başqa cəhdlər eşitmişəm. Fikrimcə, bütün bu izahatlar təftişə tab gətirmir. Bu video zamanı sözlə izah etdiklərim riyazi formada ifadə edilə bilər və bu ifadənin doğruluğu yoxlanıla bilər. Bir daha vurğulayıram ki, mənim fikrimcə, kiçik kvant sisteminin dalğa funksiyasının ölçülməsi və azalması böyük klassik sistemlə qarşılıqlı təsir anında baş verir. Belə böyük klassik sistem onu öldürən cihazı olan pişikdir, pişiklə qutunu açıb pişiyin sağ olub-olmadığını görən adam deyil. Yəni ölçmə bu sistemin qarşılıqlı əlaqəsi anında baş verir kvant hissəciyi, və pişiyi yoxlamaq zamanı deyil. Bu cür paradokslar, məncə, nəzəriyyələrin və sağlam düşüncənin tətbiqindən izahat tapır.
Təcrübənin mahiyyəti
Schrödinger'in orijinal məqaləsi təcrübəni belə təsvir edir:
Siz həmçinin burlesque kifayət qədər olan hallarda inşa edə bilərsiniz. Müəyyən bir pişik növbəti cəhənnəm maşını ilə birlikdə bir polad kameraya kilidlənir (bu, qorunmalıdır. birbaşa müdaxilə pişik): Geiger sayğacının içərisində kiçik miqdarda radioaktiv material var, o qədər kiçik ki, yalnız bir atom bir saat ərzində parçalana bilər, lakin eyni ehtimalla çürüməyə bilər; bu baş verərsə, oxu borusu boşaldılır və hidrosiyanik turşunun konusunu pozan çəkici aşağı salan bir röle işə salınır. Bütün bu sistemi bir saat öz ixtiyarına buraxsaq, atom çürümədikcə, bu müddətdən sonra pişik canlı olacaq deyə bilərik. Bir atomun ilk çürüməsi pişiyi zəhərləyəcəkdi. Bütövlükdə sistemin psi-funksiyası bunu öz içində qarışdırmaqla və ya diri və ölü pişiyi (ifadəsini bağışla) bərabər nisbətdə ləkələməklə ifadə edəcəkdir. Belə hallarda tipik olan odur ki, əvvəlcə atom dünyası ilə məhdudlaşan qeyri-müəyyənlik birbaşa müşahidə ilə aradan qaldırıla bilən makroskopik qeyri-müəyyənliyə çevrilir. Bu, bizim sadəlövhcəsinə “bulanıqlıq modeli”ni reallığı əks etdirən qəbul etməyimizə mane olur. Bu, özlüyündə qeyri-müəyyən və ya ziddiyyətli bir şey demək deyil. Qeyri-səlis və ya fokuslanmayan fotoşəkil ilə bulud və ya duman çəkilişi arasında fərq var. Kvant mexanikasına görə, əgər nüvə üzərində müşahidə aparılmırsa, onda onun vəziyyəti iki vəziyyətin - çürümüş nüvənin və çürüməmiş nüvənin superpozisiyası (qarışması) ilə təsvir olunur, buna görə də qutuda oturan pişik həm diri, həm də ölüdür. eyni vaxtda. Əgər qutu açılırsa, onda eksperimentator yalnız bir konkret vəziyyəti görə bilər – “nüvə parçalanıb, pişik ölüb” və ya “nüvə parçalanmayıb, pişik sağdır”. Sual belədir: sistem nə vaxt iki dövlətin qarışığı kimi mövcud olmağı dayandırır və konkret birini seçir? Təcrübənin məqsədi dalğa funksiyasının hansı şəraitdə dağıldığını və pişiyin ya öldüyünü, ya da sağ qaldığını, lakin hər ikisinin qarışığı olmaqdan çıxdığını müəyyən edən bəzi qaydalar olmadan kvant mexanikasının natamam olduğunu göstərməkdir.
Pişiyin mütləq ya diri, ya da ölü olması lazım olduğu aydın olduğu üçün (həyatı və ölümü birləşdirən dövlət yoxdur), bu, atom nüvəsi üçün də eyni olacaq. O, mütləq ya çürümüş, ya da çürüməmiş olmalıdır.
Orijinal məqalə 1935-ci ildə çıxdı. Məqalənin məqsədi Eynşteyn, Podolski və Rozen tərəfindən həmin ilin əvvəlində nəşr olunan Eynşteyn-Podolski-Rozen (EPR) paradoksunu müzakirə etmək idi.
Oxşar məqalələr
