Lukomorye แมวของชโรดิงเงอร์ แมวของชโรดิงเงอร์: แก่นแท้ในคำง่ายๆ

แน่นอนคุณเคยได้ยินมากกว่าหนึ่งครั้งว่ามีปรากฏการณ์เช่น "แมวของชโรดิงเงอร์" แต่ถ้าคุณไม่ใช่นักฟิสิกส์ เป็นไปได้มากว่าคุณจะจินตนาการได้จากระยะไกลว่ามันคือแมวประเภทใดและทำไมจึงจำเป็น

« Shroedinger `แมว"- นี่คือชื่อของการทดลองทางความคิดที่มีชื่อเสียงของ Erwin Schrödinger นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวออสเตรียผู้มีชื่อเสียงซึ่งได้รับรางวัลด้วย รางวัลโนเบล. ด้วยความช่วยเหลือของการทดลองที่สมมติขึ้นนี้ นักวิทยาศาสตร์ต้องการแสดงความไม่สมบูรณ์ของกลศาสตร์ควอนตัมในการเปลี่ยนจากระบบย่อยของอะตอมไปเป็นระบบมหภาค

บทความนี้พยายามที่จะอธิบาย ในแง่ง่ายสาระสำคัญของทฤษฎีของ Schrodinger เกี่ยวกับแมวและกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้บุคคลที่ไม่มีการศึกษาด้านเทคนิคสูงสามารถเข้าถึงได้ บทความนี้จะนำเสนอการตีความต่างๆ ของการทดลอง รวมถึงการตีความจากชุดทฤษฎีบิ๊กแบง

คำอธิบายของการทดลอง

บทความต้นฉบับโดย Erwin Schrödinger ตีพิมพ์ในปี 1935 ในนั้นการทดลองอธิบายโดยใช้หรือแม้แต่เป็นตัวเป็นตน:

คุณยังสามารถสร้างกรณีที่ล้อเลียนก็เพียงพอแล้ว ปล่อยให้แมวบางตัวถูกขังอยู่ในห้องเหล็กพร้อมกับเครื่องจักรที่ชั่วร้ายต่อไปนี้ (ซึ่งควรจะเป็นอิสระจากการแทรกแซงของแมว): ภายในตัวนับ Geiger มีสารกัมมันตภาพรังสีจำนวนเล็กน้อยซึ่งมีขนาดเล็กจนมีเพียงอะตอมเดียวเท่านั้นที่สามารถสลายตัวใน ชั่วโมง แต่ในขณะเดียวกัน ความน่าจะเป็นอาจไม่กระจุย หากเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น หลอดอ่านจะถูกปล่อยออกมาและรีเลย์จะทำงาน โดยลดค้อนลง ซึ่งจะทำให้กรวยของกรดไฮโดรไซยานิกแตก

ถ้าเราปล่อยให้ทั้งระบบนี้เป็นของตัวเองเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง เราก็สามารถพูดได้ว่าแมวจะมีชีวิตอยู่หลังจากเวลานี้ ตราบใดที่อะตอมไม่สลายตัว การสลายตัวของอะตอมครั้งแรกจะทำให้แมวมีพิษ ฟังก์ชัน psi ของระบบโดยรวมจะแสดงสิ่งนี้โดยผสมในตัวเองหรือทาแมวที่มีชีวิตและแมวที่ตายแล้ว (ยกโทษให้การแสดงออก) ในสัดส่วนที่เท่ากัน โดยทั่วไปในกรณีเช่นนี้ ความไม่แน่นอนซึ่งเดิมจำกัดอยู่ที่โลกปรมาณู ถูกเปลี่ยนเป็นความไม่แน่นอนในระดับมหภาคที่สามารถขจัดออกได้โดยการสังเกตโดยตรง สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้เรายอมรับ "รูปแบบการเบลอ" อย่างไร้เดียงสาว่าสะท้อนความเป็นจริง โดยตัวมันเองไม่ได้หมายความว่าอะไรไม่ชัดเจนหรือขัดแย้งกัน มีความแตกต่างระหว่างภาพถ่ายที่คลุมเครือหรือไม่อยู่ในโฟกัสกับภาพเมฆหรือหมอก

กล่าวอีกนัยหนึ่ง:

มีกล่องและแมว กล่องประกอบด้วยกลไกที่ประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมกัมมันตภาพรังสีและภาชนะบรรจุก๊าซพิษ เลือกพารามิเตอร์ทดลองเพื่อให้ความน่าจะเป็นของการสลายตัวของนิวเคลียร์ใน 1 ชั่วโมงคือ 50% หากแกนสลายตัว ถังแก๊สจะเปิดออกและแมวก็ตาย หากไม่เกิดการแตกตัวของนิวเคลียส แสดงว่าแมวยังคงมีชีวิตอยู่และสบายดี
เราปิดแมวในกล่องรอหนึ่งชั่วโมงแล้วถามตัวเอง: แมวยังมีชีวิตอยู่หรือตาย?
กลศาสตร์ควอนตัมอย่างที่เคยเป็นมาบอกเราว่านิวเคลียสของอะตอม (และด้วยเหตุนี้แมว) อยู่ในสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดพร้อมกัน (ดูการซ้อนทับควอนตัม) ก่อนเปิดกล่อง ระบบ “แกนแมว” อยู่ในสถานะ “แก่นเน่า แมวตาย” มีโอกาส 50% และในสถานะ “นิวเคลียสไม่สลาย แมวยังมีชีวิตอยู่” ด้วยความน่าจะเป็น 50% ปรากฎว่าแมวที่นั่งอยู่ในกล่องมีทั้งเป็นและตายไปพร้อม ๆ กัน
ตามการตีความของโคเปนเฮเกนสมัยใหม่ แมวยังมีชีวิตอยู่/ตายโดยไม่มีสภาวะใดๆ และการเลือกสถานะการสลายตัวของนิวเคลียสไม่ได้เกิดขึ้นในขณะที่เปิดกล่อง แต่ถึงแม้นิวเคลียสจะเข้าสู่เครื่องตรวจจับ เนื่องจากการลดการทำงานของคลื่นของระบบ "cat-detector-nucleus" ไม่ได้เชื่อมต่อกับผู้สังเกตการณ์กล่องมนุษย์ แต่เชื่อมต่อกับตัวตรวจจับผู้สังเกตการณ์ของนิวเคลียส

อธิบายเป็นคำง่ายๆ

ตามกลศาสตร์ควอนตัม หากไม่สังเกตนิวเคลียสของอะตอม สถานะของมันจะถูกอธิบายโดยส่วนผสมของสองสถานะ - นิวเคลียสที่ผุพังและนิวเคลียสที่ไม่สลาย ดังนั้นแมวนั่งอยู่ในกล่องและแสดงตัวตนของนิวเคลียสของอะตอม มีทั้งเป็นและตายไปพร้อม ๆ กัน หากกล่องถูกเปิดออก ผู้ทดลองจะเห็นเพียงสถานะเดียวเท่านั้น - "นิวเคลียสแตกสลาย แมวตายแล้ว" หรือ "นิวเคลียสไม่สลาย แมวยังมีชีวิตอยู่"

สาระสำคัญในภาษามนุษย์: การทดลองของชโรดิงเงอร์แสดงให้เห็นว่า จากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม แมวมีทั้งชีวิตและตายไปพร้อม ๆ กัน ซึ่งไม่สามารถเป็นเช่นนั้นได้ ดังนั้นกลศาสตร์ควอนตัมจึงมีข้อบกพร่องที่สำคัญ

คำถามคือ: เมื่อใดที่ระบบจะหยุดการดำรงอยู่เป็นส่วนผสมของสองสถานะและเลือกหนึ่งที่เป็นรูปธรรม? จุดประสงค์ของการทดลองคือเพื่อแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ควอนตัมไม่สมบูรณ์โดยไม่มีกฎเกณฑ์บางอย่างที่ระบุว่าฟังก์ชันคลื่นจะยุบภายใต้เงื่อนไขใด และแมวอาจตายหรือยังมีชีวิตอยู่ แต่ก็เลิกเป็นส่วนผสมของทั้งสองอย่าง เนื่องจากเป็นที่ชัดเจนว่าแมวจะต้องมีชีวิตอยู่หรือตาย (ไม่มีสถานะตรงกลางระหว่างความเป็นและความตาย) นิวเคลียสของอะตอมก็จะเหมือนกัน จะต้องถูกเลิกราหรือไม่เลิกรา (วิกิพีเดีย)

วิดีโอจาก ทฤษฎีบิ๊กแบง

การตีความล่าสุดเกี่ยวกับการทดลองทางความคิดของชโรดิงเงอร์ก็คือเรื่องราวของเชลดอน คูเปอร์ ฮีโร่ของซีรีส์ทฤษฎีบิ๊กแบง ซึ่งเขาได้พูดคุยกับเพนนีเพื่อนบ้านที่มีการศึกษาน้อย ประเด็นของเรื่องราวของเชลดอนคือแนวคิดเรื่องแมวของชโรดิงเงอร์สามารถนำไปใช้กับความสัมพันธ์ระหว่างผู้คนได้ เพื่อให้เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างชายและหญิง ความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาเป็นอย่างไร: ดีหรือไม่ดี คุณเพียงแค่ต้องเปิดกล่อง จนถึงตอนนี้ความสัมพันธ์มีทั้งดีและไม่ดี

ด้านล่างนี้เป็นคลิปวิดีโอของบทสนทนาทฤษฎีบิ๊กแบงระหว่างเชลดอนและเพนนี

แมวยังมีชีวิตอยู่จากการทดลองหรือไม่?

สำหรับผู้ที่ไม่ได้อ่านบทความอย่างละเอียด แต่ยังกังวลเกี่ยวกับแมว - ข่าวดี: ไม่ต้องกังวลตามข้อมูลของเราอันเป็นผลมาจากการทดลองทางความคิดโดยนักฟิสิกส์ชาวออสเตรียที่คลั่งไคล้

ไม่ใช่แมวตัวเดียวที่ได้รับบาดเจ็บ

วลีนี้ - แมวของชโรดิงเงอร์ - เคยได้ยินมามากมาย และผู้ชื่นชอบแมวและแมวบางคนถามว่า: "ฉันจะซื้อแมวตัวนี้ได้ที่ไหน" ซื้อที่ไหนไม่ได้เพราะมันไม่มี! เขาไม่ได้ดำรงอยู่ในฐานะสัตว์ แต่เขารู้สึกดีเมื่อได้ทดลองคิดหรือสิ่งที่ผิดธรรมดาที่ชโรดิงเงอร์ประดิษฐ์ขึ้นในคราวเดียว

เล็กน้อยเกี่ยวกับชโรดิงเงอร์เอง

เออร์วิน รูดอล์ฟ โจเซฟ อเล็กซานเดอร์ ชโรดิงเงอร์ ไม่เพียงแต่เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นในยุคของเขาเท่านั้น รางวัลโนเบลแต่ยังเป็น "บิดาแห่งกลศาสตร์ควอนตัม" ตัวจริงด้วย ในฟิสิกส์ปรมาณู แนวคิดพื้นฐานคือสมการ ซึ่งเรียกว่า "สมการชโรดิงเงอร์" แต่ก็ไม่ได้นำความนิยมมาสู่นักฟิสิกส์ที่โดดเด่น! และการทดลองทางความคิดของเขา ซึ่งเผยให้เห็นความขัดแย้งเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัม

การทดลองของชโรดิงเงอร์นี้กลายเป็นการเปิดเผยที่ไม่เพียงแต่นักฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคนทั่วไปที่รู้เรื่องนี้ด้วย อย่างน้อยก็ในชื่อ! และการทดลองนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ความล้มเหลวของการตีความกฎของกลศาสตร์ควอนตัมที่นำเสนอในโคเปนเฮเกนในปี 1927 โดย Niels Bohr และ Werner Heisenberg การตีความนี้มีพื้นฐานมาจากคำตอบของนักวิทยาศาสตร์สองคนสำหรับคำถามเกี่ยวกับความเป็นคู่ของคลื่น corpuscular-wave ซึ่งเป็นลักษณะของกลศาสตร์ควอนตัม การตีความนี้ให้เหตุผลที่เชื่อได้ว่าการผสมผสานของระบบหยุดลงอย่างแม่นยำในขณะที่สังเกต - มันเพียงเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งที่เฉพาะเจาะจง

แก่นแท้ของการทดลองหรือความขัดแย้งของ Schrödinger

มันคืออะไร - แมวของชโรดิงเงอร์ประสบการณ์นี้จะเข้าใจได้อย่างไร? "นักแสดง" ในการทดลองนี้คืออะตอมของแมวที่มีชีวิตและกัมมันตภาพรังสี นี่เป็นคำอธิบายที่ค่อนข้างง่ายสำหรับการทดลองนี้:

เรามีกล่องในกล่องนี้แมวจะนั่ง (หรือแมว - ไม่สำคัญ) และจะมีกลไกพิเศษด้วย กลไกนี้ประกอบด้วยภาชนะที่มีก๊าซพิษและนิวเคลียสของอะตอม นอกจากนี้ แกนกลางนี้มีระยะเวลาการสลายตัวหนึ่งชั่วโมงโดยมีความน่าจะเป็น 50% นั่นคือเท่ากับด้าน "สำหรับ" หรือ "ต่อต้าน" ในช่วงเวลาแห่งการสลายตัวจะมีการเปิดตัวกลไกที่จะเปิดภาชนะนี้ด้วยพิษในรูปของก๊าซ นั่นคือแกนกลางยังคงสลาย - แมวเสียชีวิตจากพิษ แกนกลางยังคงไม่บุบสลาย - แมวแข็งแรงและร่าเริง
แมว (หรือแมว) ถูกขังอยู่ในกล่องนี้และนั่งอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง
กลศาสตร์ควอนตัมเองดูเหมือนจะบอกเราว่าทั้งตัวแมวของเราและนิวเคลียสของอะตอมนั้นอยู่พร้อมกันในทั้งสองสถานะ (นี่คือการซ้อนทับ) จนกว่าเราจะเปิดกล่องโชคร้าย ความน่าจะเป็นของสถานการณ์ "แมวของเรายังมีชีวิตอยู่" หรือ "แมวของเราโชคไม่ดีที่ตาย" อยู่ในการติดต่อระหว่าง 50% ถึง 50% นั่นคือแมวของเราที่อยู่ในกล่องนี้ทั้งตายและมีชีวิตอยู่ในเวลาเดียวกัน!
ยิ่งกว่านั้น ในสถานการณ์นี้ไม่มีสถานะตรงกลางระหว่างคนเป็นและคนตาย! และมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับผู้สังเกตเลย แต่ขึ้นอยู่กับนิวเคลียสเท่านั้น!

นั่นคือถ้ามันค่อนข้างง่าย - ไม่มีการสังเกตนิวเคลียสและแมว นั่นคือสาเหตุที่สภาพของพวกมันสามารถอธิบายได้สองวิธี - แกนกลางสลายตัวและแมวตาย แกนกลางไม่สลายตัว และแมวยังมีชีวิตอยู่ ในเวลาเดียวกัน โดยไม่ตรวจสอบ แมวก็ทั้งตายและมีชีวิตอยู่ เพราะแกนกลางทั้งสองแตกสลายและไม่สลายตัว และด้วยการควบคุมหลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมงเท่านั้นจึงจะสามารถ "วินิจฉัย" ได้อย่างมั่นใจ และก่อนหมดชั่วโมงนี้ ทั้งแก่นและแมวของเราอยู่ในสองขั้นตอนพร้อมกัน - ทั้งด้านบวกและด้านลบ! นี่คือความขัดแย้ง! เพราะมันเป็นไปไม่ได้ที่จะตายและมีชีวิตอยู่ในเวลาเดียวกัน - มันขัดกับกฎหมายทั้งหมด แต่ก่อนที่จะตรวจสอบในหนึ่งชั่วโมง เป็นไปไม่ได้เลยที่จะพูดในสถานะที่แน่นอนของนิวเคลียสนี้ และด้วยเหตุนี้ แมวของเราจึงเป็นเช่นนั้น คำสั่งใด ๆ จะเป็นเท็จ!

และด้วยความช่วยเหลือของการทดลองนี้ จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่ากลศาสตร์ควอนตัมมีข้อบกพร่องที่สำคัญและขัดแย้งกันมาก แมวที่มีชื่อเสียงของชโรดิงเงอร์ได้พิสูจน์เรื่องนี้อย่างชัดเจน ท้ายที่สุด มันเป็นไปไม่ได้ที่จะมีชีวิตอยู่และตายไปพร้อม ๆ กัน และนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นตามคำแนะนำของกลศาสตร์ควอนตัมอย่างแท้จริง! ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความขัดแย้งดังกล่าวเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงล่วงหน้าจากสามัญสำนึก และนี่หมายความว่ากลศาสตร์ควอนตัมทั้งหมดมีความขัดแย้งและต้องการการเพิ่มเติมในรูปแบบของกฎ มีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่สามารถระบุเงื่อนไขที่จะมีตัวเลือกเดียวเท่านั้น

การตีความการทดลองชโรดิงเงอร์

เริ่มต้นด้วยความจริงที่ว่าแม้ว่าชื่อที่มีอยู่ในปัจจุบันจะพูดถึงการทดลองนี้ "แมวของชโรดิงเงอร์" ในรุ่นดั้งเดิมของการทดลองก็มีแมวอยู่! และทุกวันนี้ประสบการณ์นี้มีการตีความหลายอย่าง

การตีความโคเปนเฮเกน

เธอเป็นผู้ที่อ้างว่าแมวที่โชคร้ายของเราอยู่ในสถานะ "ผสม" จนถึงช่วงเวลาที่กล่องเปิดออกนั่นคือมันทั้งตายและมีชีวิตอยู่ ขัดแย้ง? ไม่ต้องสงสัย! และในขณะที่เราเปิดกล่องชโรดิงเงอร์ คลื่นก็ถล่มลงมา ซึ่ง "ทำให้ทุกอย่างเข้าที่" แต่ในการตีความนี้ ไม่มีกฎเกณฑ์ที่ชัดเจนที่จะให้แสงสว่างในช่วงเวลาที่อะตอมของนิวเคลียสกระทบกับเครื่องตรวจจับ

การตีความของเอเวอเร็ตต์ซึ่งเรียกว่าหลายภพ

การสังเกตเองไม่ได้พิเศษหรือจำเป็นที่นี่ ตามการตีความนี้ สภาพของแมวทั้งสองสามารถดำรงอยู่ได้ก่อนสัมผัส สิ่งแวดล้อม. และเมื่อกล่องของชโรดิงเงอร์ถูกเปิดออกเท่านั้น ก็มีสภาพที่แท้จริงอยู่อย่างหนึ่ง!

การตีความของแมวเอง

แน่นอนว่าแมวไม่เข้าใจอะไรในกลศาสตร์ควอนตัม แต่เข้าใจการประเมินสถานะของมันอย่างชัดเจน นี่คือสิ่งที่ Max Tegmark, Hans Moravec และ Bruno Marshal อ้าง! เมื่อพิจารณาจากมุมมองภายในของตัวแมวเองแล้ว แมวจะคงอยู่ตลอดไป และทั้งหมดเป็นเพราะคนตายจะไม่สามารถประเมินสภาพของพวกเขาได้และหากหลังจากเปิดกล่องชโรดิงเงอร์แมวตัวนี้ประเมินแล้วเขาก็ยังไม่ตาย! และพวกเขาเรียกความขัดแย้งนี้ว่าไม่มีอะไรมากไปกว่า "การฆ่าตัวตายควอนตัมของสัตว์"!

แคลิฟอร์เนีย พาราด็อกซ์!

แต่นี่มันนอกโลกแฟนตาซีโดยสิ้นเชิง! Nadav Katz นักวิทยาศาสตร์จากแคลิฟอร์เนีย ดำเนินการและอธิบายการทดลองต่อไปนี้ เขาคืนสถานะควอนตัมของอนุภาคนี้ไปยังจุดเริ่มต้น และสามารถวัดสถานะของอนุภาคได้ ตามที่เขาพูด แม้แต่การเปิดกล่องชโรดิงเงอร์ คุณก็สามารถนำทุกอย่างกลับคืนสู่จุดเดิมได้ และไม่สำคัญว่าแมวจะมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว คุณก็สามารถ "รีเซ็ต" ทุกสิ่งได้ ขัดแย้ง? ไม่ต้องสงสัย!

แมวตัวเดียวกันในวรรณคดีโลก

การทดลองของนักฟิสิกส์ชโรดิงเงอร์ทำให้เขามีชื่อเสียง (และแมวของเขา!) ไม่เพียงแต่ในแวดวงวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในวรรณคดีด้วย Robert Heinlein ในนวนิยายเรื่อง The Cat Walking Through Walls กล่าวถึงแมวขิงชื่อ Pixel เขาอยู่ในทั้งสองรัฐเสมอเหมือนชื่อชโรดิงเงอร์ และนี่คือสิ่งที่พล็อตทั้งหมดของนวนิยายสร้างขึ้น!

แต่เทอร์รี แพรทเชิร์ตได้บรรยายถึงแมวน้ำสายพันธุ์พิเศษที่สืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษ นั่นคือแมว ซึ่งเป็นผู้เข้าร่วมในการทดลองชโรดิงเงอร์ นอกจากนี้ แมวเหล่านี้ฉลาดผิดปกติ แต่พื้นฐานของเนื้อเรื่องที่น่าสนใจของนวนิยายเรื่องนี้ซึ่งเรียกว่า "Invasion of Quantum Cats" โดย Frederic Pohl นั้นอิงจากแมวจากจักรวาลคู่ขนานหรือค่อนข้าง "เพื่อนบ้าน" และการทดลองแบบเดียวกันของชโรดิงเงอร์ทำให้เขาต้องวางแผนเช่นนี้!

และนี่คือภาพย่อ (เหน็บแนม) โดย Nikolai Baitov ที่เรียกว่า "Schrödinger's Cat" อธิบายถึงความบิดเบี้ยวของประสบการณ์นี้จากภายในสู่ภายนอก ตามเนื้อเรื่องมี "ลีกแห่งเวลาย้อนกลับ" เช่นนั้น สมาชิกของลีกนี้เฝ้าดูแมวอย่างใกล้ชิดมาห้าสิบปีแล้ว นั่นคือแก่นแท้ของโครงเรื่องนี้คือ ผู้คน (สมาชิกของลีกนี้) ช่วยชีวิตสัตว์ที่โชคร้ายโดยไม่หยุดยั้ง ทันทีที่หยุดสังเกต แมวจะตาย!

และไม่เพียง แต่ในวรรณคดีเท่านั้น แต่ยังอยู่ในภาพยนตร์และรายการทีวีหลายเรื่องด้วยแมวตัวนี้ก็มีอยู่ด้วย ตัวอย่างเช่น ตัวเอกที่แสดงในละครทีวีเรื่อง Sliders มีชื่อเล่นที่เป็นที่โปรดปราน (ไม่มากก็น้อย!) Schrödinger แก่นแท้ของซีรีส์นี้สร้างจากควอนตัม (แน่นอน!) กลศาสตร์ กฎของมันอย่างไร และแม้ว่าซีรีส์นี้จะมีอารมณ์ขันเล็กน้อย ผจญภัย และมหัศจรรย์ หลายคนก็ดูมัน ซึ่งหมายความว่าแมวของชโรดิงเงอร์ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน

และนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้รักสัตว์เลี้ยงขนปุยจำนวนมากกำลังมองหาข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตที่คุณสามารถซื้อผู้ชายที่หล่อเหลาเช่นนี้ได้? พวกเขายังถามว่าเป็นพันธุ์อะไรและจะหาได้อย่างไร! ต้องขอบคุณวรรณกรรมและภาพยนตร์ตลอดจนความนิยมอย่างมากของการทดลองชโรดิงเงอร์ แต่แท้จริงแล้ว แมวตัวนั้นซึ่งทำหน้าที่เป็นต้นแบบของแมวที่มีชื่อเสียงมากตัวนี้ มันธรรมดามาก เธอมีสีกระดองเต่าและยังเด็กมาก! และเป็นเรื่องดีมากที่หลังจากการทดลอง เธอยังมีชีวิตอยู่อย่างแน่นอน! อย่างไรก็ตาม หลังจากการตีพิมพ์รายงานเกี่ยวกับการทดลองทางความคิดของเขา ชโรดิงเงอร์เองก็ได้รับข้อเสนอมากมายในการขายลูกแมว ซึ่งปรากฏพร้อมกับสัตว์เลี้ยงของเขา ดังนั้นในโลกนี้น่าจะมีทายาทของแมวที่มีชื่อเสียงที่สุดในประวัติศาสตร์ค่อนข้างมาก หรือมากกว่าลูกแมว!

สารานุกรม YouTube

1 / 5
ในความเป็นจริง ฮอว์คิงและนักฟิสิกส์คนอื่นๆ หลายคนเห็นว่า "โรงเรียนโคเปนเฮเกน" ของการตีความกลศาสตร์ควอนตัมเน้นบทบาทของผู้สังเกตการณ์อย่างไม่สมเหตุสมผล ความสามัคคีขั้นสุดท้ายในหมู่นักฟิสิกส์ในเรื่องนี้ยังไม่บรรลุผล
การขนานกันของโลกในแต่ละช่วงเวลานั้นสอดคล้องกับหุ่นยนต์ที่ไม่ได้กำหนดไว้จริง ๆ ในทางตรงกันข้ามกับความน่าจะเป็นเมื่อหนึ่งในเส้นทางที่เป็นไปได้ถูกเลือกในแต่ละขั้นตอนขึ้นอยู่กับความน่าจะเป็น

ความขัดแย้งของวิกเนอร์

นี่เป็นรุ่นทดลองที่ซับซ้อนของชโรดิงเงอร์ Eugene Wigner แนะนำหมวด "เพื่อน" หลังจากเสร็จสิ้นการทดลอง ผู้ทดลองเปิดกล่องและเห็นแมวเป็นๆ สภาพเวกเตอร์ของแมวในขณะที่เปิดกล่องจะเข้าสู่สถานะ "แกนกลางไม่สลายตัวแมวยังมีชีวิตอยู่" ดังนั้นในห้องปฏิบัติการ แมวจึงได้รับการยอมรับว่ายังมีชีวิตอยู่ นอกห้องปฏิบัติการคือ เพื่อน. เพื่อนยังไม่รู้เลยว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว เพื่อนตระหนักว่าแมวยังมีชีวิตอยู่ก็ต่อเมื่อผู้ทดลองแจ้งผลการทดลองให้เขาทราบ แต่ทุกคน เพื่อนแมวยังไม่ได้รับการยอมรับว่ายังมีชีวิตอยู่ และพวกเขาจะรับรู้ก็ต่อเมื่อได้รับแจ้งผลการทดลองเท่านั้น ดังนั้นแมวสามารถถือได้ว่ามีชีวิตอยู่อย่างสมบูรณ์ (หรือตายโดยสมบูรณ์) ต่อเมื่อทุกคนในจักรวาลทราบผลของการทดลอง จนถึงตอนนี้ แมวตามขนาดของจักรวาลใหญ่ ตามวิกเนอร์ ยังมีชีวิตอยู่และตายไปพร้อม ๆ กัน

การใช้งานจริง

ข้างต้นถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติ: ในการคำนวณควอนตัมและในควอนตัม การเข้ารหัส สายเคเบิลใยแก้วนำแสงส่งสัญญาณแสงที่อยู่ในสถานะซ้อนทับสองสถานะ หากผู้บุกรุกเชื่อมต่อกับสายเคเบิลตรงกลางแล้วแตะสัญญาณเพื่อดักฟังข้อมูลที่ส่ง สิ่งนี้จะยุบฟังก์ชั่นคลื่น (จากมุมมองของการตีความโคเปนเฮเกนจะมีการสังเกต) และ แสงจะเข้าสู่รัฐใดรัฐหนึ่ง เมื่อทำการทดสอบทางสถิติของแสงที่ปลายสายรับสัญญาณแล้ว จะสามารถตรวจสอบได้ว่าแสงนั้นอยู่ในสถานะทับซ้อนหรือว่าได้รับการสังเกตและส่งไปยังจุดอื่นแล้วหรือไม่ ทำให้สามารถสร้างวิธีการสื่อสารที่ไม่รวมการสกัดกั้นและการดักฟังสัญญาณที่มองไม่เห็น
การทดลอง (ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถทำได้ แม้ว่าระบบการทำงานของการเข้ารหัสควอนตัมจะยังไม่ถูกสร้างขึ้น) ยังแสดงให้เห็นว่า "การสังเกต" ในการตีความโคเปนเฮเกนไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับจิตใจของผู้สังเกต เนื่องจากในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงทางสถิติที่ปลายสายเคเบิลนำไปสู่กิ่งก้านลวดที่ไม่มีชีวิตอย่างสมบูรณ์

แมวสามารถเป็นได้ทั้งเป็นและตายไปพร้อม ๆ กันหรือไม่? มีจักรวาลคู่ขนานกี่แห่ง? และพวกเขามีอยู่จริงหรือไม่? นี่ไม่ใช่คำถามจากอาณาจักรแห่งจินตนาการเลย แต่ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ค่อนข้างจริงแก้ไขได้ด้วยฟิสิกส์ควอนตัม

มาเริ่มกันที่ แมวของชโรดิงเงอร์. นี่คือการทดลองทางความคิดที่เสนอโดย Erwin Schrödinger เพื่อชี้ให้เห็นความขัดแย้งที่มีอยู่ในฟิสิกส์ควอนตัม สาระสำคัญของการทดลองมีดังนี้

แมวในจินตนาการถูกวางไว้ในกล่องปิดพร้อมกัน เช่นเดียวกับกลไกจินตภาพเดียวกันกับแกนกัมมันตภาพรังสีและภาชนะที่มีก๊าซพิษ จากการทดลอง หากนิวเคลียสแตกตัว กลไกจะทำงาน: ถังแก๊สจะเปิดออกและแมวจะตาย ความน่าจะเป็นของการสลายตัวของนิวเคลียร์คือ 1 ถึง 2

ความขัดแย้งอยู่ในความจริงที่ว่าตามกลศาสตร์ควอนตัมหากไม่สังเกตนิวเคลียสแล้วแมวก็อยู่ในสิ่งที่เรียกว่าการทับซ้อนหรืออีกนัยหนึ่งแมวอยู่ในสถานะที่ไม่เกิดร่วมกันพร้อมกัน (ทั้งที่มีชีวิตและตาย ). อย่างไรก็ตาม หากผู้สังเกตการณ์เปิดกล่องออก เขาสามารถมั่นใจได้ว่าแมวนั้นอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่ง: เขายังมีชีวิตอยู่หรือตายแล้ว ตาม Schrödinger ความไม่สมบูรณ์ของทฤษฎีควอนตัมอยู่ในความจริงที่ว่ามันไม่ได้ระบุว่าภายใต้เงื่อนไขใดที่แมวหยุดอยู่ในการทับซ้อนและกลายเป็นว่ามีชีวิตอยู่หรือตาย

ความขัดแย้งนี้รุนแรงขึ้นจากการทดลองของ Wigner ซึ่งเพิ่มหมวดหมู่ของเพื่อนในการทดลองทางความคิดที่มีอยู่แล้ว ตามคำกล่าวของ Wigner เมื่อผู้ทดลองเปิดกล่อง เขาจะรู้ว่าแมวตัวนั้นยังมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว สำหรับผู้ทดลอง แมวหยุดอยู่เหนือตำแหน่ง แต่สำหรับเพื่อนที่อยู่นอกประตูและยังไม่ทราบผลการทดลอง แมวยังคงอยู่ที่ไหนสักแห่ง "ระหว่างความเป็นกับความตาย" สิ่งนี้สามารถดำเนินต่อไปได้โดยมีประตูและเพื่อนนับไม่ถ้วน และตามตรรกะที่คล้ายกัน แมวจะอยู่ในตำแหน่งซ้อนจนกว่าทุกคนในจักรวาลจะรู้ว่าผู้ทดลองเห็นอะไรเมื่อเขาเปิดกล่อง

ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายความขัดแย้งดังกล่าวได้อย่างไร ฟิสิกส์ควอนตัมเสนอการทดลองทางความคิด การฆ่าตัวตายควอนตัมและสองสถานการณ์ที่เป็นไปได้ตามการตีความกลศาสตร์ควอนตัมที่แตกต่างกัน

ในระหว่างการทดลองทางความคิด ปืนจะเล็งไปที่ผู้เข้าร่วมซึ่งจะยิงจากการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีหรือไม่ อีกครั้ง 50 ถึง 50 ดังนั้น ผู้เข้าร่วมในการทดลองอาจจะตายหรือไม่ตายก็ได้ แต่ตอนนี้เขาเป็นเหมือนแมวของชโรดิงเงอร์

สถานการณ์นี้สามารถตีความได้หลายวิธีจากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม ตามการตีความของโคเปนเฮเกนไม่ช้าก็เร็วปืนก็จะดับและผู้เข้าร่วมก็จะตาย ตามการตีความของ Everett การซ้อนทับทำให้เกิดการมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานสองจักรวาลซึ่งมีผู้เข้าร่วมอยู่พร้อม ๆ กัน: หนึ่งในนั้นเขายังมีชีวิตอยู่ (ปืนไม่ยิง) ในวินาทีที่เขาตาย (ปืนยิง) อย่างไรก็ตาม หากการตีความแบบหลายโลกถูกต้อง ผู้เข้าร่วมจะมีชีวิตอยู่ในจักรวาลใดจักรวาลหนึ่งเสมอ ซึ่งนำไปสู่แนวคิดเรื่องการมีอยู่ของ "ความเป็นอมตะของควอนตัม"

สำหรับแมวของชโรดิงเงอร์และผู้สังเกตการณ์การทดลอง ตามการตีความของเอเวอเร็ตต์ เขายังพบว่าตัวเองอยู่ร่วมกับแมวในจักรวาลสองจักรวาลพร้อมกัน นั่นคือ "ภาษาควอนตัม" "พัวพัน" กับเขา

ฟังดูเหมือนเรื่องราวจากนิยายวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นหนึ่งในทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์มากมายที่มีที่สำหรับฟิสิกส์สมัยใหม่

ในปี 1935 Eric Schrödinger ฝ่ายตรงข้ามที่กระตือรือร้นของกลศาสตร์ควอนตัมที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่ได้ตีพิมพ์บทความที่ตั้งใจจะประณามและพิสูจน์ความล้มเหลวของสาขาใหม่ของการพัฒนาฟิสิกส์

สาระสำคัญของบทความคือ ทำการทดลองทางความคิด:
1. แมวเป็นๆ ถูกวางไว้ในกล่องที่ปิดสนิท
2. เคาน์เตอร์ Geiger ที่มีอะตอมกัมมันตภาพรังสีหนึ่งตัววางอยู่ข้างแมว
3. ขวดที่เต็มไปด้วยกรดติดอยู่ที่เคาน์เตอร์ไกเกอร์โดยตรง
4. การสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีในที่สุดจะทำให้ตัวนับ Geiger แตกซึ่งจะทำให้ขวดแตกและกรดที่รั่วไหลออกมาจะฆ่าแมว
5. แมวจะมีชีวิตอยู่หรือตายถ้าเขาอยู่กับเพื่อนบ้านที่ไม่สบายใจเช่นนี้?
6. จัดสรรเวลาหนึ่งชั่วโมงสำหรับการทดสอบ
คำตอบสำหรับคำถามนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อพิสูจน์ความไม่สอดคล้องกันของทฤษฎีควอนตัม ซึ่งอิงจากการทับซ้อน: กฎแห่งความขัดแย้ง - อนุภาคขนาดเล็กทั้งหมดในโลกของเราอยู่ในสองสถานะพร้อมกันเสมอ จนกว่าพวกเขาจะเริ่มสังเกตพวกมัน

นั่นคือการอยู่ในพื้นที่ปิด (ทฤษฎีควอนตัม) แมวของเราเช่นเดียวกับเพื่อนบ้านที่คาดเดาไม่ได้ - อะตอมมีอยู่พร้อมกัน ในสองรัฐ:
1. แมวที่มีชีวิตและตายไปพร้อม ๆ กัน
2. สลายตัวและในขณะเดียวกันก็ไม่สลายอะตอม
ซึ่งตามหลักฟิสิกส์คลาสสิกแล้ว เป็นเรื่องไร้สาระอย่างสมบูรณ์ เป็นไปไม่ได้ที่สิ่งที่ไม่เกิดร่วมกันเช่นนี้จะเกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน

และนี่ถูกต้อง แต่จากมุมมองของมหภาคเท่านั้น ในขณะที่กฎที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงทำงานในพิภพเล็ก ดังนั้นชโรดิงเงอร์จึงเข้าใจผิดเมื่อใช้กฎของมหภาคกับความสัมพันธ์ภายในพิภพ การไม่ตระหนักว่าการสังเกตอย่างตั้งใจของความไม่แน่นอนอย่างต่อเนื่องของโลกจุลภาคนั้นช่วยขจัดสิ่งหลัง

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากเราเปิดระบบปิดที่มีอะตอมของกัมมันตภาพรังสีวางแมวไว้ เราจะเห็นสถานะที่เป็นไปได้เพียงสถานะเดียวของตัวแบบทดสอบ

สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยอาร์คันซอ Art Hobson ตามทฤษฎีของเขา หากคุณเชื่อมต่อไมโครซิสเต็ม (อะตอมกัมมันตภาพรังสี) กับมาโครซิสเต็ม (ตัวนับไกเกอร์) ระบบหลังจะซึมซับสภาวะนี้อย่างแน่นอน ควอนตัมพัวพันก่อนและเข้าสู่การทับซ้อน และเนื่องจากเราไม่สามารถสังเกตปรากฏการณ์นี้ได้โดยตรง มันจึงเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้สำหรับเรา (ซึ่งชโรดิงเงอร์แย้ง)

เราจึงพบว่าอะตอมและตัวนับรังสีอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับเดียวกัน ถ้าอย่างนั้นใครหรืออะไรสำหรับระบบนี้ถึงเรียกว่าแมวได้? หากคุณคิดอย่างมีเหตุผล แมวในกรณีนี้ จะกลายเป็นตัวบ่งชี้สถานะของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี (เพียง - ตัวบ่งชี้):
1. แมวยังมีชีวิตอยู่แกนไม่สลายตัว
2. แมวตายแล้ว แกนกลางพังทลาย
อย่างไรก็ตาม เราต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าแมวเป็นส่วนหนึ่งของระบบเดียว เพราะมันอยู่ในกล่องด้วย ดังนั้น ตามทฤษฎีควอนตัม แมวจึงอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าการเชื่อมต่อแบบไม่ใช่ท้องถิ่นกับอะตอม นั่นคือ สับสนและด้วยเหตุนี้ในการซ้อนทับของไมโครเวิร์ล

จากนี้ไป การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในวัตถุใดวัตถุหนึ่งของระบบ มันก็จะเกิดขึ้นกับอีกวัตถุหนึ่งด้วย ไม่ว่าวัตถุเหล่านั้นจะห่างกันแค่ไหน การเปลี่ยนแปลงทันทีในสถานะของวัตถุทั้งสองพิสูจน์ว่าเรากำลังจัดการกับระบบเดียว แบ่งเพียงช่องว่างออกเป็นสองส่วน

ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าแมวของชโรดิงเงอร์จะมีชีวิตอยู่ชั่วขณะหากอะตอมไม่สลายตัว หรือตายหากอะตอมสลายตัว

และต้องขอบคุณการทดลองทางความคิดของชโรดิงเงอร์ที่ทำให้อุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ถูกสร้างขึ้นซึ่งอธิบายการซ้อนทับของไมโครเวิร์ล ความรู้นี้พบ ประยุกต์กว้างในการเข้ารหัสและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

สุดท้ายนี้ ฉันอยากจะสังเกตความรักที่ไม่สิ้นสุดสำหรับความขัดแย้งลึกลับของ "แมวชโรดิงเงอร์" ในส่วนของนักเขียนและภาพยนตร์ทุกประเภท แค่นั้นแหละ ตัวอย่างบางส่วน:
1. อุปกรณ์เวทย์มนตร์ที่เรียกว่า "แมวของชโรดิงเงอร์" ในนวนิยายเรื่อง "The Last Watch" ของ Lukyanenko
2. ในนวนิยายนักสืบ Dirk Gently's Detective Agency โดย Douglas Adams มีการพูดคุยอย่างมีชีวิตชีวาเกี่ยวกับปัญหาของแมวของชโรดิงเงอร์
3. ในนวนิยายของ R. E. Heinlein "The Cat Passing Through Walls", ตัวละครหลัก, แมว, เกือบจะตลอดเวลาในสองสถานะในเวลาเดียวกัน
4. แมว Cheshire ที่มีชื่อเสียงของ Lewis Carroll ในการผจญภัยของอลิซในแดนมหัศจรรย์ชอบที่จะปรากฏในหลายแห่งพร้อมกัน
5. ในนวนิยายเรื่อง Fahrenheit 451 เรย์ แบรดบิวรีตั้งคำถามเกี่ยวกับแมวของชโรดิงเงอร์ ในรูปแบบของสุนัขกลไกที่ยังมีชีวิตอยู่
6. ใน The Mage Healer คริสโตเฟอร์ สตาเชฟ บรรยายภาพแมวของชโรดิงเงอร์ด้วยวิธีที่แปลกมาก
และความคิดที่น่าหลงใหลและเป็นไปไม่ได้อีกมากมายเกี่ยวกับการทดลองทางความคิดที่ลึกลับเช่นนี้
เราแนะนำให้คุณอ่าน