Šredingerio katė
Schrödingerio katė - tai mintinis eksperimentas kvantinės fizikos srityje. Erwinas Schrödingeris jį pasiūlė 1935 m., reaguodamas į Kopenhagos kvantinės fizikos interpretaciją.
Schrödingeris rašė:
Galima sukurti net gana absurdiškų atvejų. Plieninėje kameroje uždaroma katė ir toks prietaisas (kuris turi būti apsaugotas nuo tiesioginio katės kišimosi): Geigerio skaitiklyje yra mažytis radioaktyvios medžiagos gabalėlis, toks mažas, kad galbūt per valandą suskyla tik vienas atomas, bet su tokia pat tikimybe galbūt ir nė vienas; jei taip atsitinka, skaitiklio vamzdelis išsikrauna ir per relę paleidžia plaktuką, kuris sudaužo nedidelę ciano vandenilio rūgšties kolbą. Jei visą šią sistemą paliktume vienai valandai, pasakytume, kad katė vis dar gyva, jei per tą laiką nesuyra nė vienas atomas. Visos sistemos psi-funkcija tai išreikštų tuo, kad joje gyvas ir negyvas katinas (atleiskite už išsireiškimą) būtų lygiomis dalimis sumaišyti arba ištepti.
Šiems atvejams būdinga, kad neapibrėžtumas, iš pradžių apsiribojęs atomine sritimi, virsta makroskopiniu neapibrėžtumu, kurį vėliau galima išspręsti tiesiogiai stebint. Tai neleidžia mums taip naiviai priimti kaip galiojančio "neryškaus modelio", kuriuo vaizduojama tikrovė. Pats savaime jis neįtvirtintų nieko neaiškaus ar prieštaringo. Yra skirtumas tarp drebančios ar nesufokusuotos nuotraukos ir momentinės debesų bei rūko krantų nuotraukos.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Dabartinė kvantinės mechanikos situacija), Naturwissenschaften
(išvertė John D. Trimmer, Proceedings of the American Philosophical Society)
Paprastai tariant, Schrödingeris teigė, kad jei į dėžę įdėtumėte katę ir kažką, kas galėtų ją nužudyti (radioaktyvų atomą), ir ją užantspauduotumėte, nežinotumėte, ar katė yra gyva, ar negyva, kol neatidarytumėte dėžės, taigi, kol dėžė neatidaryta, katė (tam tikra prasme) būtų ir "gyva, ir negyva". Taip vaizduojama, kaip veikia mokslinė teorija. Niekas nežino, ar kuri nors mokslinė teorija yra teisinga, ar ne, kol jos negalima patikrinti ir įrodyti.
Fiziką galima suskirstyti į dvi rūšis: klasikinę fiziką ir kvantinę mechaniką. Klasikinė fizika paaiškina daugumą fizikinių sąveikų, pavyzdžiui, kodėl kamuolys atšoka, kai nukrenta. Ji taip pat gali būti naudojama fizikinėms sąveikoms prognozuoti, pavyzdžiui, kas nutiks, kai numesite kamuolį. Tačiau kai kurių fizikinių sąveikų ji nepaaiškina, pavyzdžiui, kaip šviesa gali virsti elektra. Kvantinė mechanika suteikia fizikams galimybę paaiškinti, kodėl tokie dalykai vyksta.
Kopenhagos interpretacija naudojama siekiant paaiškinti, kas vyksta su mažiausia atomo dalimi (subatomine dalele), į ją nežiūrint (jos nepastebint ar neišmatuojant). Matematika naudojama siekiant parodyti, kokia tikimybė, kad kažkas atsitiks dalelei. Dalelė gali būti apibūdinta kaip 50 % tikėtina, kad ji vienu metu bus vienoje vietoje, arba 50 % tikėtina, kad ji bus vienoje vietoje kitu metu. Tai taip pat galima išreikšti grafiku (arba bangos forma). Tai labai patogu atliekant kvantinės fizikos skaičiavimus.
Tačiau vienintelis būdas 100 proc. įsitikinti, kur yra dalelė, yra ją stebėti. Kol jos nepastebite, Kopenhagos interpretacija teigia, kad dalelė yra ten ir jos nėra. Tik tada, kai stebite dalelę, žinote, ar ji yra, ar jos nėra.
Nors kvantinėje fizikoje tai yra prasminga, klasikinėje (realaus pasaulio) fizikoje tai nėra prasminga.
Schrödingeris norėjo parodyti, kad toks mąstymas apie kvantinę mechaniką privestų prie absurdiškų situacijų. Jis sukūrė minčių eksperimentą.
Katė patalpinama į kambarį, atskirtą nuo išorinio pasaulio.
Kambaryje yra Geigerio skaitiklis, kuris skaičiuoja radioaktyvaus skilimo kiekį, ir šiek tiek radioaktyvaus elemento.
Per valandą vienas iš radioaktyviosios medžiagos atomų gali suirti (arba suskilti, nes medžiaga nėra stabili), o gali ir nesuirti.
Jei medžiaga suirs, ji išskirs atominę dalelę, kuri pataikys į geigerio skaitiklį, o šis išskirs nuodingas dujas, kurios užmuš katę.
Dabar kyla klausimas: ar valandos pabaigoje katė bus gyva, ar mirusi? Schrödingeris sako, kad pagal Kopenhagos interpretaciją, kol durys uždarytos, katė yra gyva ir negyva. Kol durys neatidarytos, to sužinoti neįmanoma. Tačiau atidarydamas duris žmogus kišasi į eksperimentą. Asmuo ir eksperimentas turi būti aprašyti atsižvelgiant vienas į kitą.
Žvelgdamas į eksperimentą asmuo darė įtaką eksperimentui, todėl jis gali neduoti teisingo atsakymo.
Mąstymo eksperimentą sugalvojo Schrödingeris, norėdamas parodyti, kaip kvaila mąstyti apie didelių objektų kvantines būsenas. Jis taip pat daug kartų buvo minimas popkultūroje.
Tikro dydžio katės figūra Huttenstrasse 9, Ciuriche, kur 1921-1926 m. gyveno Erwinas Schrödingeris, sode. Priklausomai nuo apšvietimo sąlygų katė atrodo gyva arba negyva.
Katė su Geigerio skaitikliu ir trupučiu nuodų sandarioje dėžutėje. Kvantinė mechanika sako, kad po kurio laiko katė bus ir gyva, ir negyva. Žmogus, pažvelgęs į dėžutę, ras katę arba gyvą, arba negyvą, tačiau daroma prielaida, kad prieš pažvelgiant į dėžutę ji bus ir gyva, ir negyva.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra Šredingerio katė?
A: Šrödingerio katė - tai mintinis eksperimentas kvantinės fizikos srityje, kurį 1935 m. pasiūlė Ervinas Šrödingeris, reaguodamas į Kopenhagos kvantinės fizikos interpretaciją. Tai hipotetinis scenarijus, kai katė patalpinama į plieninę kamerą su prietaisu, kuriame yra radioaktyviųjų medžiagų ir kuris gali katę nužudyti. Eksperimente keliamas klausimas, ar katė bus gyva, ar ne, kai dėžė bus atidaryta.
K: Ką Kopenhagos interpretacija sako apie daleles?
A: Kopenhagos interpretacija teigia, kad neįmanoma tiksliai žinoti, kokioje būsenoje bus dalelė, kol ji nebus stebima, todėl galima teigti, kad prieš stebėjimą ji egzistuoja abiejose būsenose vienu metu.
K: Kaip Schrödingeris įrodė šią koncepciją?
A: Šredingeris šią koncepciją įrodė atlikdamas mintinį eksperimentą, kurio metu katė buvo patalpinta į sandarią dėžę su radioaktyviąja medžiaga. Jis teigė, kad kol dėžė nebus atidaryta, nebus žinoma, ar katė yra gyva, ar negyva, taigi iki tol ji egzistuos abiejose būsenose vienu metu.
Klausimas: Kokios dvi fizikos rūšys paminėtos šiame tekste?
A: Šiame tekste minimi du fizikos tipai: klasikinė fizika ir kvantinė mechanika. Klasikinė fizika paaiškina didžiąją dalį fizikinių sąveikų ir gali prognozuoti fizikines sąveikas, o kvantinė mechanika paaiškina kai kurias fizikines sąveikas, kurių klasikinė fizika negali paaiškinti.
Klausimas: Kokią įtaką eksperimentui daro stebėjimas?
A: Kažko stebėjimas gali turėti įtakos eksperimentui, nes stebėdami eksperimentą, dėl savo buvimo ir veiksmų stebėjimo metu galime daryti įtaką jo rezultatams. Tai reiškia, kad bet kokie tokio eksperimento rezultatai nebūtinai tiksliai atspindi tikrovę, nes juos paveikė išoriniai veiksniai.
K: Ką reiškia "psi funkcija"?
A: Psi funkcija - tai matematinės lygtys, naudojamos kvantinėje mechanikoje nusakyti, kokia tikimybė, kad kažkas įvyks, iš tikrųjų į tai nežiūrint (nepastebint).
