Кот Шрёдингера — доказано, что реальность «не размазана»

Обновлено:
765
Кот Шрёдингера — доказано, что реальность «не размазана»
Фото: nv.ua
Ратмир Белов
Журналист-райтер

Мысленный эксперимент, в рамках которого возникает суперпозиция живого и мертвого кота, носящая абсурдный характер, была предложена Эрвином Шрёдингером в 1935 году.

В своей статье, опубликованной в журнале Naturwissenschaften, один из основоположников квантовой механики отбрасывает возможность, согласно которой описание частицы, во время которого используется волновая функция, является исключительно отражением незнания значений переменных, существующих в реальности и носящих динамический характер. Волновая функция электрона, оперативно появляющегося при распаде радиоактивного атома, окруженного экраном, обладающим особой чувствительностью к электронам, будет представлять собой сферическую волну, в то время как электрон попадет в конкретную точку экрана, путь каждый раз и новую, а не размажется по нему.

В качестве примера Шрёдингер приводит кошку, которую вместе с машиной, обладающей защитой от животного, посадили в сейф. В счетчик Гейгера закладывается радиоактивное вещество, причем один из атомов может как распасться, что приведет к гибели кошки, так и остаться неизменным, в результате чего животное не пострадает. Функция системы была бы выражена тем фактором, что живая и мертвая кошка оказались бы смешаны, либо размазаны, причем в одинаковых пропорциях. Естественно, что кошка не может оставаться одновременно в живом и мертвом состоянии, в связи с чем Шрёдингер заключает, что нельзя утверждать, что реальность, согласно волновой функции, «размазана». Данный эксперимент вызвал одобрение Эйнштейна.

Объяснение эксперимента

Если над ядром не проводится наблюдение, то в этом случае его состояние можно описать принципом суперпозиции, когда состояния ядер, подвергшихся распаду и избежавших подобного процесса, смешиваются, а кот является живым и мертвым.

Основная цель опыта заключается в том, чтобы показать, что без четких правил, указывающих условия коллапса волновой функции, квантовая механика является неполной. Учитывая то обстоятельство, что кот одновременно не может находиться в живом и мертвом состоянии, подобное применимо и по отношению к атомному ядру, которое должно быть распавшимся, либо нет.

Копенгагенская интерпретация

Эксперимент четко демонстрирует, что природа измерения была определена недостаточно, причем некоторые полагают, что пока ящик остается закрытым, имеет место одновременное нахождение системы в двух состояниях.

Другие считают, что процесс «наблюдения» происходит непосредственно в тот момент, когда в детектор влетает частица из ядра, однако в данной интерпретации не прописано правило, говорящее, когда именно это происходит. Результате, копенгагенская интерпретация является неполной и будет оставаться такой до момента введения четкого правила. Таким образом, кот, согласно данной интерпретации, до момента открытия ящика вовсе не остается в состоянии смешения живого и мертвого.

Интерпретация Эверетта

В данной многомировой интерпретации из области квантовой механики, не считающей процесс измерения чем-то исключительным, оба кота хотя и существуют, но декогерируют.

В таком случае может иметь место только мертвый, либо живой кот. Таким образом, когда происходит открытия ящика, следует немедленное расщепление Вселенной на две части, в одной из которых кот «наблюдается» мертвым, а в другой – живым.

Парадокс Вигнера

В данном случае имеется в виду несколько усложненный вариант эксперимента Шрёдингера, учитывая то обстоятельство, что Юджин Вигнер ввел категорию «друзей».

Экспериментатор открывает ящик и видит в нем живого кота, причем в момент открытия наблюдается переход состояния кота в форму, которую можно обозначить как «ядро не распалось, животное не пострадало». Таким образом, в рамках лаборатории кот были признан живым, однако друг, находящийся за ее пределами, еще не осведомлен о состоянии кота и признает его живым только после того, как будет сообщен исход эксперимента, а до этого момента кот будет одновременно находиться в двух состояниях.

Практическое применение

Кот Шрёдингера активно применяется в квантовой криптографии, когда по оптоволоконному кабелю посылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух состояний.

В том случае, если злоумышленники сделают отвод сигнала примерно посередине кабеля, с целью прослушки информации, то подобное действие вызовет схлопывание волновой функции, в результате чего произойдет переход света в одно из состояний. Таким образом, можно достаточно оперативно обнаружить, продолжает ли еще свет находиться в суперпозиции состояний, либо над ним уже было проведено наблюдение, с целью передачи в другой пункт назначения. Подобное решение позволяет создавать средства связи, исключающие незаметность перехвата сигнала.

3
Обсудить Содержание