Парадокс Шредингера
Если в начальный момент времени T оставить систему в течение 1 часа, и за это время 1 час (до открытия сейфа в момент времени T = T + 1 час) не распадётся ни один атом, то, очевидно, что кот жив. Если в течение часа 1 атом всё же распадётся, то, очевидно, кот не останется живым. Когда же наблюдатель откроет сейф в момент времени T (T = T + 1 час), то он совершенно определённо скажет живой кот или нет.
Если рассмотреть ситуацию, при которой в определённый момент времени T < T + 1 час (до открытия сейфа наблюдателем) атом распался, и кот стал не жив, то в соответствии с копенгагенской интерпретацией (толкованием), если в момент времени T (T = T + 1 час) наблюдатель откроет сейф, то система кот – колба с кислотой – молоточек – счётчик Гейгера – радиоактивное вещество выберет одно из двух возможных состояний:
- атом распался, и кот не жив;
- атом не распался, и кот жив.
А это означает, что система вероятностью 1/2 может стать в состояние «атом распался, и кот не жив», и в состояние «атом не распался, и кот жив».
Но изначально рассматривалась ситуация, при которой атом распался, и кот не жив. А это, в свою очередь, означает, что в каждый момент времени от T
до T = T + 1 час система пребывает сразу в двух состояниях («кот жив» и «кот не жив») одновременно.
Пси-функция применительно к эксперименту с котом в сейфе выражает равновероятностные состояния: атом распался или атом не распался, кот жив или не жив. То есть по значениям пси-функции в один и тот же момент времени кот может быть и живым и не живым.
Эрвин Шрёдингер в заключении своего мыслительного опыта пишет, что очевидность невозможности пребывания кота одновременно в двух состояниях («жив» и «не жив»), показывает, что реальность согласно пси-функции «смешивается или размазывается» в одинаковых соотношениях.
Важность эксперимента Шрёдингера заключается в следующем. Законы классической физики применимы для макроскопических (больших) тел, а законы квантовой механики описывают тела микроскопического мира.. Например, если взять 2 разных сейфа и посадить того же кота в один из них, то очевидно, что кот пребывает только в одном из сейфов, а одновременно в двух сейфах кот находиться никак не может.
Например, если взять 2 разных сейфа и посадить того же кота в один из них, то очевидно, что кот пребывает только в одном из сейфов, а одновременно в двух сейфах кот находиться никак не может.
Если взять объект микроскопического мира, например, электрон, то эта элементарная частица может одновременно находиться сразу в двух сейфах. В макроскопическом мире такого быть не может, а в микромире, в котором электрон представляет из себя не определённую частицу, вращающуюся вокруг атомного ядра, а электронное облако, такое явление имеет место быть.
Копенгагенская интерпретация (пси-функция) относится только к объектам микромира. В эксперименте с котом, являющегося объектом макромира, состояние самого кота не должно вычисляться по пси-функции квантовой механики. Поэтому и говорить о «смешивании или размазывании» состояний кота (одновременное пребывание кота в состояниях и «жив», и «не жив») нельзя. А говорить о том, что электрон, как объект микромира, может находиться в одно и то же время в двух состояниях – частица и облако (или волна) – можно.
Таким образом, законы физики для макромира и микромира существенно различаются. В настоящее время нет законов физики, которые описывали бы переход макро- в микромир. Мыслительный опыт Шрёдингера с котом демонстрирует неполноту знаний современной теоретической физики.
Переезды
В 1918 г. Шредингер возвращается в Вену. Приблизительно в это же время он получает предложение занять пост экстраординарного профессора в университете г. Черновцы. Но Австро-Венгерская империя распалась, и город оказался в другом государстве. Австрия находилась в тяжелом экономическом кризисе, семья Шредингера обанкротилась. Молодой ученый был вынужден искать новую работу. Осенью 1919 г. ему поступило предложение от Макса Вина. Он возглавлял Физический институт в Йенском университете. Вин предложил Шредингеру стать его ассистентом и доцентом кафедры. В 1920 г., в апреле последний приехал в Йену. Однако задержался он там только на 4 месяца. После этого Шредингер отправился в Штутгарт, в Высшую техшколу. Здесь он стал экстраординарным профессором. Однако и здесь он проработал недолго. Ему стали поступать предложения и из других университетов. В итоге Шредингер Эрвин выбрал институт в Бреслау. Здесь он читал свои лекции в течение летнего семестра. По его завершении Шредингер снова сменил работу.
Детство и юность
Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер родился 12 августа 1887 года в семье солидного венского фабриканта Рудольфа Шрёдингера и дочери профессора-химика Георгины Эмилии Бренды Бауэр. Родители исповедовали разные религиозные взгляды, но одинаково интересовались образованием и наукой.
Embed from Getty Images Эрвин Шрёдингер в детстве с родителями и тетей
Отец, владевший предприятием по производству полиэтиленовых материалов, был ученым-любителем, который окончил высшую школу техники и председательствовал в ботанико-зоологическом обществе австро-венгерской столицы. Мать, предки которой жили в Британии, владела английским языком и получила воспитание, позволявшее участвовать в беседах с выпускниками крупнейших европейских вузов.
Это способствовало разностороннему развитию единственного сына, который с ранних лет увлекался чтением и изучал общеобразовательные предметы под руководством лучших гувернеров. Когда мальчику исполнилось 11 лет, он без труда поступил в старейшую Академическую гимназию и стал лучшим учеником класса по гуманитарным дисциплинам, включавшим изучение иностранных языков.
Embed from Getty Images Эрвин Шрёдингер в молодости
Эстетические взгляды Эрвина сформировались под влиянием театра, где регулярно шли постановки драматурга Франца Грильпарцера и других австрийских и зарубежных авторов. Вскоре предпочтения будущего ученого изменились, и, окончив школу, он решил изучать точные науки на физико-математических курсах Венского университета. Именно этот период стал ключевым в ранней биографии Шрёдингера, попавшего под влияние одного из членов знаменитой семьи Экснеров и познакомившегося с работами теоретика Фридриха Хазенёрля.
Овладев основами классической физики и теорией математических моделей явлений, Эрвин занялся экспериментами, впоследствии представленными в выпускной диссертации. Проект, посвященный изучению воздействия влажности на свойства электроизоляционных материалов, позволил молодому человеку успешно окончить обучение и в 1910 году получить докторскую степень по философии.
Труд Эрвина Шредингера «Что такое жизнь?»
Достижения ученого позволили заложить теоретические основы химии. Развитие этой науки, в свою очередь, сильно повлияло на становление молекулярной биологии. Непосредственный вклад в этот процесс внес труд Эрвина Шредингера «Что такое жизнь ?». Он основывается на лекциях, прочитанных в Тринити-колледже Дублина в 1943 г. Труд был создан под влиянием статьи Делбрюка, Циммера и Тимофеева-Ресовского в 1935 г. Публикация посвящена исследованию генетических мутаций, возникающих под действием гамма- и рентгеновских излучений. Для объяснения изменений авторы использовали теорию мишеней. Несмотря на то что в тот период природа наследственности не была изучена, использование атомной физики при рассмотрении проблемы мутагенеза позволило определить некоторые закономерности. Статья была положена в основу работы Шредингера, которая заинтересовала многих молодых физиков. В первых нескольких главах рассматриваются механизмы мутаций и наследственности. В последних двух разделах Шредингер высказывает свои мысли о вопросе природы жизни. В частности, автор вводит понятие отрицательной энтропии. Ее организмы должны получать из внешней среды. Она позволяет компенсировать рост энтропии, приводящей к термодинамическому равновесию и смерти.
Наука
Научная карьера Шрёдингера стартовала в лаборатории Франца Экснера в 1911 году. Следуя за идеями преподавателя, молодой ассистент занимался экспериментами в области электротехники, атмосферного электричества и радиоактивности, а также продолжал осваивать теории классической механики, делая упор на броуновском движении и математической статистике.
Эрвин Шрёдингер / Nobel foundation
В 1912 году, после публикации статьи для университетского справочника, имя Шрёдингера стало известным в академических кругах, а практическое обоснование идей физика Виктора Франца Гесса принесло начинающему ученому престижную премию Haitinger-Preis. Тогда же Эрвин сдал экзамены на должность приват-доцента и после службы на фронтах Первой мировой войны начал совмещать научно-исследовательскую работу с преподаванием.
Постепенно отойдя от экспериментальной проверки существовавших теорий, Шрёдингер занялся вопросами цветометрии и внес вклад в науку, опубликовав материалы, основанные на работах Германа Гельмгольца, Джеймса Клерка Максвелла и Томаса Юнга.
Описав метрическую систему цветового пространства, позволявшую определить некоторые количественные характеристики спектральных компонентов, Эрвин предложил собственный взгляд на физиологические особенности зрения и после публикации ряда тематических обзоров стал признанным специалистом по теории цвета.
Embed from Getty Images Нобелевский лауреат Эрвин Шрёдингер
В 1921 году Шрёдингер переехал в Швейцарию и сошелся с представителями Высшей технической школы Цюриха Германом Вейлем, Паулем Шеррером, Петером Дебаем и другими. Коллеги подтолкнули ученого на исследования в сфере квантовой теории, открывшей дорогу к созданию волновой механики и изобретению стационарного уравнения, вычислявшего уровни атома водорода.
Изучая труды Альберта Эйнштейна, Арнольда Зоммерфельда, Макса Планка и других разработчиков основ квантовой механики, австрийский ученый занялся объяснением противоречивой теории атома и обеспечил себе место профессора физики в Берлинском университете Фридриха Вильгельма III.
Embed from Getty Images Эрвин Шрёдингер читает лекцию
Атмосфера европейского центра науки благотворно сказалась на работоспособности Шрёдингера, выявившего формулу эффекта Доплера и сформулировавшего новые принципы квантовой теории на основе существовавших релятивистских соображений.
Академическое сообщество сразу подхватило идеи австрийского теоретика и стало широко применять их для решения фундаментальных задач квантовой теории. Шрёдингера стали приглашать на заседания европейских физических обществ, а потом организовали обширный лекционный тур по городам США.
Эрвин Шрёдингер (6-й в заднем ряду) и участники Сольвеевского конгресса 1927 года / Benjamin Couprie, DOI System
В 1933 году, когда политическая обстановка в Германии изменилась, Шрёдингер покинул Берлинский университет и после переезда в Великобританию узнал, что стал лауреатом Нобелевской премии в области физики вместе с англичанином Полем Дираком.
Став членом преподавательского состава оксфордского колледжа Магдалины, Эрвин так и не привык к чопорному поведению коллег-профессоров. В 1936 году ученый ненадолго вернулся на родину, а затем получил должность директора отделения теоретической физики в Ирландском институте высших исследований и лектора в Дублинском университете.
В конце 1950-х годов Эрвин вернулся на австрийскую землю и стал почетным профессором столичного учебного заведения. До сих пор в исторических архивах почетное место занимает фото бюста Шрёдингера в венском университете, на котором, помимо имени и дат, выгравирована физическая формула, изобретенная ученым.
Работа в Берлинском университете
Известность, которая пришла к ученому, открыла ему дорогу в престижный Берлинский университет. Эрвин стал кандидатом на должность профессора теоретической физики. Этот пост освободился после того, как Макс Планк вышел в отставку. Шредингер, преодолев сомнения, принял это предложение. Он приступил к своим обязанностям 1 октября 1927 года.
В Берлине Эрвин нашел единомышленников и друзей в лице Альберта Эйнштейна, Макса Планка, Макса фон Лауэ. Общение с ними, безусловно, вдохновляло ученого. Шредингер в Берлинском университете вел лекции по физике, проводил семинары, физический коллоквиум. Кроме того, он участвовал в различных организационных мероприятиях. Тем не менее в целом Эрвин держался особняком. Об этом говорят воспоминания современников, а также отсутствие у него учеников.
Многоми́ровая интерпретация Эверетта и совместные истории
В многомировой интерпретации квантовой механики, которая не считает процесс измерения чем-то особенным, оба состояния кота существуют, но декогерируют. Когда наблюдатель открывает ящик, он запутывается с котом и от этого образуются два состояния наблюдателя, соответствующие живому и мёртвому коту, которые (состояния) не взаимодействуют друг с другом. Тот же механизм квантовой декогеренции важен и для совместных историй. В этой интерпретации только «мёртвый кот» или «живой кот» могут быть в совместной истории.
Другими словами, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные вселенные, в одной из которых наблюдатель смотрит на ящик с мёртвым котом, а в другой — другой наблюдатель смотрит на живого кота. Парадокс?
Космолог Макс Тегмарк предложил вариацию опыта с котом Шрёдингера под названием «машина для квантового самоубийства». Он рассматривает эксперимент с котом с точки зрения самого кота и утверждает, что таким образом можно экспериментально различить копенгагенскую и многомировую интерпретации. Другая вариация эксперимента — это опыт с другом Вигнера.
Физик Стивен Хокинг однажды воскликнул: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьём!» Он перефразировал известное немецкое высказывание, сделанное нацистским «заслуженным поэтом» Гансом Йостом: «Wenn ich ‘Kultur’ höre, entsichere ich meinen Browning!» («Когда я слышу слово „культура“, моя рука тянется за браунингом!»)
Фактически Хокинг и многие другие физики придерживаются мнения, что «Копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчёркивает роль наблюдателя безосновательно. Окончательного единства среди физиков по этому вопросу всё ещё не достигнуто.
Распараллеливание миров в каждый момент времени соответствует подлинному недетерминированному автомату в отличие от вероятностного, когда на каждом шаге выбирается один из возможных путей в зависимости от их вероятности.
Происхождение, ранние годы
Вена — город, в котором родились многие выдающиеся люди, в том числе и великий физик Эрвин Шредингер. Краткая биография его и в наше время вызывает большой интерес, причем не только в научных кругах. Отцом его был Рудольф Шредингер, промышленник и ботаник. Матерью его являлась дочь профессора химии местного Венского университета. Она была наполовину англичанкой. Еще в детстве Эрвин Шредингер, фото которого вы найдете в этой статье, выучил английский язык, который он знал наряду с немецким. Мать его была лютеранкой, а отец – католиком.
В 1906-1910 гг., после окончания гимназии, Шредингер Эрвин обучался у Ф. Газенерля и Ф. С. Экснера. В молодые годы он увлекался творчеством Шопенгауэра. Этим объясняется его интерес к философии, в том числе и восточной, теории цвета и восприятия, веданте.
Видео из «Теории большого взрыва»
Еще одной наиболее свежей интерпретацией мысленного эксперимента Шредингера является рассказ Шелдона Купера, героя сериала «Теория большого взрыва» («Big Bang Theory»), который он произнес для менее образованной соседки Пенни. Суть рассказа Шелдона заключается в том, что концепция кота Шредингера может быть применена в отношениях между людьми. Для того чтобы понять, что происходит между мужчиной и женщиной, какие отношения между ними: хорошие или плохие, – нужно просто открыть ящик. А до этого отношения являются одновременно и хорошими, и плохими.
Ниже приведен видеофрагмент этого диалога «Теории большого взрыва» между Шелдоном и Пении.
Эрвин покидает Германию, Нобелевская премия
В 1933 году, когда к власти пришел Гитлер, покинул Берлинский университет Эрвин Шредингер. Биография его, как вы видите, отмечена многочисленными переездами. На сей раз ученый просто не мог поступить иначе. Летом 1937 г. немолодой уже Шредингер, который не хотел подчиняться новому режиму, решил переехать. Необходимо отметить, что свое неприятие нацизма Шредингер никогда не выказывал открыто. Он не хотел вмешиваться в политику. Тем не менее в Германии тех лет сохранить аполитичность было почти невозможно.
Как раз в это время Фредерик Линдеман, британский физик, посетил Германию. Он пригласил Шредингера устроиться на работу в Оксфордский университет. Ученый, отправившись в Южный Тироль на летний отдых, уже не возвратился в Берлин. Вместе с супругой он прибыл в Оксфорд в октябре 1933 г. Вскоре после прибытия Эрвин узнал о присуждении ему Нобелевской премии (совместно с П. Дираком).
Объекты в разных мирах
Простому человеку очень сложно понять такое определение. Ведь каждый объект материального мира может быть либо в одной точке пространства, либо в другой. Проиллюстрировать этот феномен можно следующим образом. Наблюдатель берет две коробки, и кладет в одну из них шарик для тенниса. Будет ясно, что в одной коробке он находится, а в другой – нет. Но если в одну из емкостей положить электрон, то верным будет следующее утверждение: эта частица находится одновременно в двух коробках, каким бы парадоксальным это ни казалось. Точно так же электрон в атоме не находится в строго определенной точке в тот или иной момент времени. Он вращается вокруг ядра, располагаясь на всех точках орбиты одновременно. В науке этот феномен называется «электронным облаком».
Эффект наблюдателя в лингвистике
В социолингвистике термин «парадокс наблюдателя» (observer’s paradox) был введен лингвистом Уильямом Лабовым (William Labov). Он заметил, что носители языка, общаясь с учеными-лингвистами и зная, что их речь будет использоваться в исследованиях, неосознанно искажают ее: начинают разговаривать формально и неестественно. Но именно естественная неискаженная речь нужна исследователю. Таким образом, **наблюдатель влияет на полученные данные: если бы он не присутствовал, говорящий использовал бы обычный народный язык.
Чтобы свести искажения к минимуму и обойти «парадокс наблюдателя», ученые используют особые приемы: например, наблюдают скрыто или называют носителям языка ложные цели исследования.
биография
Эрвин Шредингер родился в 1887 году в Эрдберге, районе Вены. Эрвин является сыном Рудольфа Шредингера (де), ботаника и изготовителя саванов, и Джорджины Эмилии Бренда, дочери Александра Бауэра, профессора химии. Его отец был католиком, а мать — лютеранином. Он поступил в Академическую гимназию в 1898 году, затем учился в Вене с 1906 по 1910 год под руководством Франца-Серафина Экснера ( 1849-1926 ) и Фридриха Хазенёрля ( 1874-1915 ). Он получил докторскую степень по теоретической физике в Венском университете в 1910 году.
В 1914 году Эрвин Шредингер получил аккредитацию и затем принял участие в войне в качестве артиллерийского офицера. 6 апреля 1920 года он женился на Аннемари Бертель и в том же году стал помощником Макса Вина . В сентябре он был назначен временным профессором, Außerordentlicher Professor (он же Univ.-Prof.), Затем занял полную должность Ordentlicher Professor (o. Univ.-Prof. ) В 1921 году в Бреслау .
В 1922 году он поступил в Цюрихский университет . В 1926 году Шредингер опубликовал шесть статей по волновой механике, включая статью в Annales de Physique о квантовании как проблеме собственных значений, которая стала уравнением Шредингера .
В 1927 году он присоединился к Максу Планку в Университете Фридриха Вильгельма в Берлине. В 1933 году Шредингер решил покинуть Германию, осудив нацизм и антисемитизм . Затем он поступил в Оксфордский университет и получил Нобелевскую премию (совместно с Полем Дираком). Он пробыл там недолго: критиковали его нетрадиционную личную жизнь — Шредингер тогда жил с двумя женами: официальной женой Аннемари и Хильде Марч, женой его коллеги Артура Марча (от каждой у него было по ребенку). В 1934 году Шредингер читал лекции в Принстонском университете, где ему предложили постоянную должность, от которой он отказался, его желание основать дом с двумя женщинами, несомненно, представляло проблему. Он надеется поступить в Эдинбургский университет, но срок его визы истекает; он вернулся в Австрию, в Университет Граца, в 1936 году.
В 1935 году Шредингер представляет парадокс кошки, который подчеркивает разрыв, существующий между квантовым миром, где объект может находиться в нескольких состояниях одновременно, и детерминированным макроскопическим миром .
В 1938 году, после присоединения Австрии по Гитлеру, Шредингер столкнулись с проблемами из — за его отъезда из Германии в 1933 году и его открытой оппозиции к нацизму. Он делает заявление, в котором отрицает свою оппозицию, о чем позже сожалеет, лично извиняясь перед Альбертом Эйнштейном . Однако это не привело к отмене его нового освобождения, и университет уволил его из-за «политической неблагонадежности». Его запугали и приказали не покидать страну, но он и его жена улетели в Италию . Оттуда он поступил в университеты Оксфорда и Гента .
В 1940 году он получил приглашение помочь в создании Института перспективных исследований в Дублине, Ирландия . Он стал директором школы теоретической физики, где оставался на этой должности 17 лет и получил ирландское гражданство. Он публикует около 50 новых статей по различным темам, включая его исследование единой теории поля. 12 мая 1949 года он был избран иностранным членом Королевского общества .
В 1944 году он написал « Что такое жизнь?». , который содержит обсуждение негэнтропии и концепции сложной молекулы с генетическим кодом живых организмов. Согласно мемуар Джеймса Д. Уотсона, ДНК, тайна жизни, книга Шрёдингеру дала Уотсону вдохновение для исследования гена, который привел к открытию двойной спирали структуры в «ДНК.
В течение своей жизни Шредингер проявлял большой интерес к философии Веданты индуизма и буддизма через определенное количество текстов, в частности, из текстов Лафкадио Хирна . Это повлияло на его рассуждения в конце книги о возможности того, что индивидуальное сознание является проявлением единого сознания, распространяющегося по вселенной.
Ее мать была наполовину австрийкой, наполовину англичанкой, отец был католиком, а мать — лютеранином . Хотя он воспитывался в религиозной семье как лютеранин, он сам был атеистом, но сильно интересовался восточными религиями ( Адвайта-веданта, буддизм, включая Лафкадио Хирна ) и пантеизмом, и в своей работе он использовал символизм . Он также считал, что его научная работа является подходом к божественности, хотя и в интеллектуальном смысле.
Частная жизнь
Шредингер болел туберкулезом, и в 1920-е годы ему приходилось несколько раз останавливаться в санатории в Арозе в Швейцарии. Именно там он открыл свое волновое уравнение .
В 1933 году он понял, что больше не может жить в стране, где преследование евреев стало национальной политикой. Весной 1933 года Александр Фредерик Линдеманн, возглавлявший физический факультет Оксфордского университета, поехал в Германию, чтобы предложить работу в Англии некоторым молодым немецким еврейским ученым; он рассказал об этом Шредингеру и, к своему удивлению, обнаружил, что Шредингер сам подумывает о выезде из страны. Шредингер также попросил его устроить его на работу к своему коллеге Артуру Марчу, который затем стал бы его помощником. Эта просьба объясняется нетрадиционными отношениями Шредингера с женщинами: хотя его отношения с женой Анни были хорошими, она прекрасно знала, что у него было много любовниц (у самой Анни был любовник, Герман Вейль ). Если Шредингер попросил Марча в качестве помощника, то это потому, что в то время у него был роман с Хильдой, женой последней.
Многие учёные, покинувшие Германию, остановились в середине 1933 года в итальянской провинции Альто-Адидже . Именно там Хильде забеременела произведениями Шредингера. В4 ноября 1933 г., Последняя, его жена и Хильда март прибыли в Оксфорде, где Шредингер был назначен членом в колледже Магдалены . Вскоре после этого он узнал, что его работа по волновой механике получила Нобелевскую премию по физике .
В начале 1934 года его пригласили читать лекции в Принстонском университете ; по этому поводу ему предложили постоянную должность. По возвращении в Оксфорд он договорился о зарплате и условиях, но в итоге отклонил предложение. Историки считают, что жизнь в Принстоне, где Анни и Хильда делили образование с ребенком, было бы трудно вынести. Тот факт, что у Шредингера открыто было две жены, хотя одна из них была замужем за другой, также не был воспринят в Оксфорде. Тем не менее именно там родилась ее дочь Рут Джорджи Эрика.30 мая 1934 г..
В 4 января 1961 г.Шредингер умер от туберкулеза в Вене в возрасте 73 лет, оставив вдову Анни (родившуюся Аннемари Бертель 3 декабря 1896 г., умершую 3 октября 1965 г.). Он похоронен в Альпбахе, Австрия.
Приложения
Библиография
(ru) Вальтер Мур, Шредингер: жизнь и мысль, Кембридж, Нью-Йорк, издательство Кембриджского университета ,2015 г., 528 с. ( ISBN 978-1-107-56991-1, читать онлайн )
Внешние ссылки
-
Авторитетные записи :
- ( )
- Ресурсы для исследований :
|
Лауреаты Нобелевской премии по физике |
|
|---|---|
| 1901–1925 |
|
| 1926–1950 |
|
| 1951–1975 |
|
| 1976–2000 гг. |
|
| С 2001 г. |
|
|
Квантовая физика – это просто
Рисунок 2. Теория Шредингера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На сегодняшний день хорошо известно, что масштаб исследуемых предметов непосредственно воздействует на конечные результаты. Видимые человеческому глазу объекты полностью подчиняются определениям в классической физике. Теория Шредингера применима к материальным телам, размер которых составляет сто на сто нанометров и меньше. А чаще всего ученый изучал отдельные атомы и более мелкие частицы. Итак, каждый элемент такой микросистем имеет свойства частиц и волн.
Определение 1
Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому все существующие в природе микроскопические объекты могут возникать при определенных условиях и проявлять свойства классических волн и простейших частиц.
По мнению ученого, протонам, нейтрона и электронам от материального мира присуща масса вещества и связанные с ней скорость, инерция и ускорение. От теоретической волны – физические показатели в виде частоты и резонанса. Для того чтобы правильно понять, как это возможно сделать одновременно, и почему эти элементы являются неотделимы друг от друга, физикам потребовалось кардинально пересмотреть все ранее озвученные представление о строении веществ. Гипотеза Шредингера предполагает, что эти два свойства с математической точки зрения тесно связаны через некий конструкт, который в науке называют волновой функцией.
Замечание 1
Нахождение грамотного и понятного описания данного понятия принесло ученому Нобелевскую премию.
Однако физическую концепцию, которую описал автор в своих работах, не поддержали Зоммерфельд, Бора, Гейзенберг и Эйнштейна, основавшие в свое время так называемую Копенгагенскую интерпретацию. Отсюда и появился «парадокс кота».
Этот принцип неконкретности, вытекающий непосредственно из системы квантового дуализма, Шредингер и применил в своей известной во всем мире загадке про кота.
Смысл данного эксперимента заключается в следующем:
- в закрытую емкость помещается кот, а также бутыль, в которой находится радиоактивное вещество и синильная кислота;
- ядро в течение двух часов может распадаться с вероятностью в 50%;
- если атомная частица разрушиться, то это фиксируется счетчиком Гейгера (механизм активируется, и ящик с отравой будет разбит, в результате чего кот умрет);
- если же разделения не произойдет, то кот Шредингера останется жить.
Согласно этой гипотезе, кот находится параллельно в двух состояниях (жив и мертв), пока не осуществляется наблюдение за ним, подобно тому, как и действует ядро атома (распадается или нет). Естественно, это возможно только по законам квантового мира, так как в макромире кот не может быть и мертвым, и живым одновременно.
Теория Шредингера, в которой основным фигурантом выступает тот самый кот, возникла из критики физика квантовой теории. Один из ее ключевых постулатов гласит, что пока за концепцией не производится научное наблюдение, она находится в сверх положении.
Эффект наблюдателя в работе с данными
Еще одно интересное проявление феномена — так называемый вторичный эффект наблюдателя.
Когда разные исследователи отбирают и обрабатывают данные, каждый из них использует свои собственные методы. Но даже относительно безобидные различия на этапе отбора могут привести к разным результатам анализа одних и тех же данных. Такой эффект создают сами исследователи — прямо или косвенно
Например, в банке данных сведения за один период были ошибочно включены в другой и опубликованы в открытом доступе, а исследователь не обратил на это внимание или не перепроверил информацию по другим источникам. Похожим образом разные программы, которые используют один и тот же метод анализа, могут давать небольшие, но значимые отклонения
При сборе и анализе данных ученые предлагают непременно принимать по внимание этот эффект: даже при небольших отклонениях в результатах последствия могут быть значительными
Практическое применение
Вышеописанное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии. По волоконно-оптическому кабелю пересылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают там отвод сигнала, чтобы подслушивать передаваемую информацию, то это схлопнет волновую функцию (с точки зрения копенгагенской интерпретации будет произведено наблюдение) и свет перейдёт в одно из состояний. Проведя статистические пробы света на приёмном конце кабеля, можно будет обнаружить, находится ли свет в суперпозиции состояний или над ним уже произведено наблюдение и передача в другой пункт. Это делает возможным создание средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание.
Эксперимент (который в принципе может быть выполнен, хотя работающие системы квантовой криптографии, способные передавать большие объёмы информации, ещё не созданы) также показывает, что «наблюдение» в копенгагенской интерпретации не имеет отношения к сознанию наблюдателя, поскольку в данном случае к изменению статистики на конце кабеля приводит совершенно неодушевлённое ответвление провода.
В квантовых вычислениях состоянием Шредингеровского кота называется особое запутанное состояние кубитов, при котором они все находятся в одинаковой суперпозиции всех нулей или единиц, то есть
