Котка на Шрьодингер
Котката на Шрьодингер е мисловен експеримент в областта на квантовата физика. Ервин Шрьодингер го предлага през 1935 г. в отговор на Копенхагенската интерпретация на квантовата физика.
Шрьодингер пише:
Можете да създадете дори доста смешни случаи. Една котка е затворена в стоманена камера, заедно със следното устройство (което трябва да бъде защитено от пряка намеса на котката): в Гайгеров брояч има малко радиоактивно вещество, толкова малко, че може би в рамките на един час само един от атомите се разпада, но също така, с еднаква вероятност, може би никой; ако това се случи, тръбата на брояча се разрежда и чрез реле пуска чукче, което разбива малка колба с циановодородна киселина. Ако оставим цялата тази система сама на себе си в продължение на един час, ще кажем, че котката все още живее, ако междувременно нито един атом не се е разпаднал. Пси-функцията на цялата система би изразила това, като в нея живата и мъртвата котка (простете за израза) са смесени или размазани в равни части.
Характерно за тези случаи е, че неопределеността, която първоначално е била ограничена до атомната област, се трансформира в макроскопична неопределеност, която след това може да бъде разрешена чрез пряко наблюдение. Това ни пречи да приемем толкова наивно за валиден един "размит модел" за представяне на реалността. Сам по себе си той не би въплътил нищо неясно или противоречиво. Има разлика между разтреперана или разфокусирана снимка и снимка на облаци и лавици мъгла.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Настоящата ситуация в квантовата механика), Naturwissenschaften
(в превод на John D. Trimmer в Proceedings of the American Philosophical Society)
На прост език Шрьодингер твърди, че ако поставите котка и нещо, което може да я убие (радиоактивен атом), в кутия и я запечатате, няма да разберете дали котката е жива или мъртва, докато не отворите кутията, така че докато кутията не бъде отворена, котката (в известен смисъл) е едновременно "жива и мъртва". Това се използва за представяне на начина, по който работи научната теория. Никой не знае дали дадена научна теория е правилна или не, докато не бъде проверена и доказана.
Физиката може да се раздели на два вида: класическа физика и квантова механика. Класическата физика обяснява повечето физични взаимодействия, като например защо топката отскача, когато падне. Тя може да се използва и за предсказване на физични взаимодействия, като например какво ще се случи, когато пуснете топка. Има обаче някои физически взаимодействия, които тя не обяснява; например как светлината може да се превърне в електричество. Квантовата механика дава възможност на физиците да обяснят защо се случват тези неща.
Копенхагенското тълкуване се използва, за да се обясни какво се случва с най-малката част на атома (субатомна частица), без да я гледаме (наблюдаваме или измерваме). Математиката се използва, за да се покаже колко вероятно е нещо да се случи с частицата. Частицата може да бъде описана като частица, за която има 50 % вероятност да се намира на едно място в един момент или 50 % вероятност да се намира на едно място в друг момент. Това може да бъде изразено и като диаграма (или форма на вълна). Това е много удобно, когато се правят изчисления в областта на квантовата физика.
Единственият начин да сме 100% сигурни къде се намира една частица обаче е да я наблюдаваме. До момента, в който я наблюдавате, Копенхагенската интерпретация казва, че частицата е там и не е там. Едва когато наблюдавате частицата, знаете дали тя е там, или не е там.
Макар че това е логично в квантовата физика, то не е логично в класическата физика (в реалния свят).
Шрьодингер иска да покаже, че този начин на мислене за квантовата механика би довел до абсурдни ситуации. Той разработва мисловен експеримент.
Котката се поставя в стая, която е отделена от външния свят.
В стаята има брояч на Гайгер, който отчита количеството радиоактивен разпад, и малко радиоактивен елемент.
В рамките на един час един от атомите на радиоактивния материал може да се разпадне (или да се разпадне, защото материалът не е стабилен), а може и да не се разпадне.
Ако материалът се разпадне, той ще освободи атомна частица, която ще попадне в гайгеровия брояч, който ще освободи отровен газ, който ще убие котката.
Въпросът сега е: в края на часа котката жива ли е или мъртва? Шрьодингер казва, че според Копенхагенската интерпретация, докато вратата е затворена, котката е жива и мъртва. Няма как да разберем това, докато вратата не се отвори. Но като отваря вратата, човекът се намесва в експеримента. Човекът и експериментът трябва да бъдат описани по отношение един на друг.
При разглеждането на експеримента лицето е повлияло на експеримента, поради което той може да не ни даде правилния отговор.
Мисловният експеримент е измислен от Шрьодингер, за да покаже глупостта на мисленето за квантови състояния на големи обекти. Той е споменаван многократно и в попкултурата.
Една котка с Гайгеров брояч и малко отрова в запечатана кутия. Квантовата механика казва, че след известно време котката е едновременно жива и мъртва. Човек, който погледне в кутията, ще намери котката или жива, или мъртва, но се предполага, че тя е и жива, и мъртва, преди да погледнете в кутията.
Фигура на котка в реален размер в градината на Huttenstrasse 9, Цюрих, където Ервин Шрьодингер е живял 1921-1926 г. В зависимост от светлинните условия котката изглежда жива или мъртва.
Свързани страници
Въпроси и отговори
В: Какво представлява котката на Шрьодингер?
О: Котката на Шрьодингер е мисловен експеримент за квантовата физика, предложен от Ервин Шрьодингер през 1935 г. в отговор на копенхагенската интерпретация на квантовата физика. Той включва хипотетичен сценарий, при който котка е поставена в стоманена камера с устройство, което съдържа радиоактивен материал и потенциално може да убие котката. Въпросът, който се поставя в експеримента, е дали котката ще бъде жива или мъртва, когато кутията се отвори.
Въпрос: Какво казва копенхагенското тълкуване за частиците?
О: Копенхагенската интерпретация гласи, че е невъзможно да се знае със сигурност в какво състояние ще се намира една частица, докато не бъде наблюдавана, така че преди наблюдението може да се каже, че тя съществува и в двете състояния едновременно.
В: Как Шрьодингер демонстрира тази концепция?
О: Шрьодингер демонстрира тази концепция чрез мисловния си експеримент с котка, поставена в запечатана кутия с радиоактивен материал. Той предположил, че докато кутията не бъде отворена, човек няма да знае дали котката е жива или мъртва, така че дотогава тя ще съществува и в двете състояния едновременно.
Въпрос: Кои са двата вида физика, споменати в този текст?
О: Двата вида физика, споменати в този текст, са класическата физика и квантовата механика. Класическата физика обяснява повечето физични взаимодействия и може да предвиди физичните взаимодействия, докато квантовата механика дава обяснение за някои физични взаимодействия, които класическата физика не може да обясни.
Въпрос: Как наблюдението на нещо влияе на експеримента?
О: Наблюдението на нещо може да повлияе на експеримента, тъй като при наблюдение на експеримент човек може да повлияе на резултатите му поради своето присъствие и действия по време на наблюдението. Това означава, че всички резултати, получени от такъв експеримент, може да не отразяват непременно точно действителността, тъй като са повлияни от външни фактори.
Въпрос: Какво означава "пси-функция"?
О: "Пси-функция" се отнася до математически уравнения, използвани за описание на вероятността нещо да се случи в рамките на квантовата механика, без всъщност да го гледаме (наблюдаваме).
