Кот Шредингера простыми словами: суть эксперимента

Кот Шредингера — один из самых доступных и понятных экспериментов, имеющих отношение к квантовой механике. Как обычно, расскажем просто о сложном, дадим понятное объяснение этому научному феномену.

Кратко об авторе эксперимента

Автором этого эксперимента стал австриец Эрвин Шредингер. Известный ученый, физик-теоретик, создатель квантовой механики получил Нобелевскую премию в 1933 году.  

Эрвину Шредингеру принадлежат несколько фундаментальных работ в области квантовой теории, которые лежат в основе волновой механики. Также он сформулировал 2 вида волновых уравнений: 

• стационарное; 
• временное. 

Ученый разработал волновую механическую теорию возмущений, смог получить решение для ряда конкретных физических задач. Шредингер предложил свое описание физического смысла волновой функции, также он подвергал критике общепринятую копенгагенскую интерпретацию квантовой механики. Кроме этого он является автором множества значительных работ в различных областях физики: 

• статической механики; 
• термодинамики; 
• физике диэлектриков; 
• теории цвета; 
• электродинамики; 
• общей теории относительности и космологии.

Эксперимент Шредингера

Чтобы понять суть эксперимента с котом, объясним, для чего этот опыт был придуман ученым.

Теория о поведении атомов

Эксперимент Шредингера вырос из критики ученым некоторых аспектов квантовой теории. 

Суперпозиция — это парадокс, который предполагает наличие двух или более состояний, которые взаимоисключают друг друга. В научном мире суперпозицией называют способность кванта (электрона, фотона или ядра атома) быть одновременно в двух состояниях и находиться в двух разных точках пространства тогда, когда за ним никто не наблюдает.

Науке XIX века было известно, что в квантовом мире действуют одни физические законы, в макромире — совершенно другие. Но не было концепции, объясняющей переход от одного мира к другому. Шредингер создал свой эксперимент, чтобы показать пробелы в знаниях в квантовой физике. Во многом благодаря деятельности и работе ученого в научном мире произошло разделение физической науки на две части: классическую и квантовую.

Суть эксперимента

О мысленном эксперименте, получившем название «Кот Шредингера» ученый рассказал в 1935 году. В основе опыта лежит принцип суперпозиции. Ученый акцентировал внимание на том, что пока за фотоном не установлено наблюдение, он может быть:

• частицей или волной; 
• красным или зеленым; 
• круглым или квадратным. 

Из теории квантового дуализма сам собой вытекает принцип неопределенности, который и лег в основу опыта про кота. 

Суть эксперимента следующая: 

1. В закрытом ящике находятся кот, емкость с синильной кислотой и радиоактивное вещество. 
2. В течение часа ядро может распасться с вероятностью 50%. 
3. В случае распада атомного ядра, счетчик Гейгера зафиксирует это событие. Произойдет срабатывание механизма, будет разбита емкость с отравой, и кот умрет. 
4. Соответственно, если ядро не распадается, кот остается живым. 

Эксперимент говорит о том, что пока за котом и ядром нет наблюдения, они одновременно находится в двух, исключающих друг друга состояниях: кот одновременно живой и мертвый, ядро атома — распавшееся и не распавшееся. Ученый доказал, что то, что возможно в квантовом мире, невозможно в макромире. Кот не может одновременно умереть и остаться в живых. 

Копенгагенская интерпретация теории

Копенгагенской интерпретацией называют современное толкование эксперимента Шредингера. Оно звучит так: пока в системе нет наблюдателя за ядром атома, оно одновременно является распавшимся и нераспавшимся. Но утверждение о живом и мертвом коте одновременно, ошибочно, потому что в макромире нет явлений, подобных тем, что происходят в микромире. В данном эксперименте следует рассматривать ядро атома и счетчик Гейгера.

Считается, что Шредингер описал систему своего опыта недостаточно полно. Ядро атома может выбрать одно из двух состояний в тот момент, когда производят измерения. Но этот выбор имеет значение не тогда, когда открывают коробку с котом. Открытие ящика актуально в макромире, далеком от атомного. Ядро же выбирает свое состояние в тот момент, когда его состояние фиксирует счетчик Гейгера.

Многомировая интерпретация Эверетта

В интерпретации квантовой механики, нет дилеммы взаимоисключающих друг друга состояний. Оба состояния кота — живого и мертвого — существуют, но декогерируют. Т.е., когда ящик открывают, происходит расщепление или распараллеливание Вселенной на две, в одной из них наблюдатель видит мертвого кота, в другой — живого.

Практическое применение теории

Теория Шредингера получила практическое применение: 

• в квантовых вычислениях;
• в квантовой криптографии. 

Приведем пример:

Световой сигнал передается по оптическому волокну, которое находится в суперпозиции двух состояний. В случае подключения злоумышленников к кабелю и отвода сигнала для прослушивания передаваемой информации произойдет схлопывание волновой функции (по копенгагенской интерпретации появится наблюдатель) и свет перейдет в одно из двух состояний. Произведя измерения света на приемном конце оптического волокна, можно установить, будет ли свет находиться в суперпозиции состояний, вычислить произведенное над ним наблюдение и передачу в другой пункт. Таким образом можно создать средства связи, исключающие незаметный для передающего перехват сигнала и подслушивание информации третьими лицами.

Как видите, эксперимент с котом Шредингера не самое сложное понятие в физике. Разобраться с ним достаточно легко. Так же просто специалисты Феникс.Хелп могут объяснить более сложные опыты, понятия и формулы. Смело обращайтесь за помощью!