Котка на Шрьодингер

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Серия статии на тема

Квантова механика

\hat{H}|\psi\rangle = i\hbar\frac{d}{dt}|\psi\rangle  \Delta x \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}

Котката на Шрьодингер е персонаж от изглеждащ парадоксално мисловен експеримент, предложен от Е. Шрьодингер, когато искал да покаже непълнотата на квантовата механика при прехода от субатомни към макроскопични системи.

Описание на експеримента[редактиране | edit source]

Котката на Шрьодингер

Експериментът се състои в следното:

В затворена кутия е поставена котка. В кутията има механизъм, съдържащ радиоактивно ядро и съд с отровен газ. Параметрите на експеримента са така подбрани, че вероятността ядрото да се разпадне за 1 час е 50%. Ако ядрото се разпадне, механизмът се задейства, отваря съда с отровен газ и котката умира. Според квантовата механика, ако върху ядрото не се провежда наблюдение, състоянието му се описва като суперпозиция (смесване) на две състояния — разпаднало се ядро и неразпаднало се ядро, следователно, котката е жива и мъртва едновременно. Ако кутията бъде отворена, експериментаторът трябва да види кое да е от двете състояния — «ядрото се е разпаднало, котката е мъртва» или «ядрото не се е разпаднало, котката е жива».

Въпросът е следният: кога системата престава да съществува като смесване на две състояния и избира едно конкретно? Целта на експеримента — да покаже, че квантовата механика е непълна без някои правила, които показват, при какви условия се случва колапс на вълновата функция и котката става или жива, или мъртва, но не и едното, и другото едновременно.

Обратно на популярното мнение, Шрьодингер е замислил експеримента не защото е вярвал, че може да съществува живо-мъртва котка; напротив, смятал е квантовата механика за непълна и не докрай описваща реалността в дадения случай. Понеже котката може да бъде само жива или само мъртва (не съществува състояние живо-мъртъв), то това означава, че същото трябва да е вярно и за атомното ядро. То трябва да е или разпаднало се или неразпаднало се.

Публикация[редактиране | edit source]

Оригиналната статия е публикувана в Naturwissenschaften («Природни науки») през 1935 година: E. Schrödinger: «Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik» («Днешното състояние на квантовата механика»), Naturwissenschaften, 48, 807, 49, 823, 50, 844 (November 1935). Целта на статията е било обсъждане на парадокса на АПР, публикуван от Айнщайн, Подолски и Розен по-рано същата година. Освен, че ни запознава с котката, в тази статия Шрьодингер въвежда и термина «преплитане» (На немски: Verschränkung, на английски: entanglement).

Копенхагенска интерпретация[редактиране | edit source]

В копенхагенската интерпретация системата престава да бъде смесване на състояния и избира едно от тях в момента, в който се извърши наблюдение. Експериментът с котката показва, че при тази интерпретация природата на самото наблюдение — измерване — е недостатъчно определена. Някои приемат, че опитът говори за това, че до момента в който кутията е затворена, системата се намира едновременно в двете състояния, в суперпозиция на състоянията «разпаднало се ядро, мъртва котка» и «не-разпаднало се ядро, жива котка», а когато кутията бъде отворена, точно тогава се случва колапс на вълновата функция до едно от състоянията. Други интуитивно усещат, че «наблюдение» се случва, когато частица от ядрото попадне в детектор; все пак (и това е ключов момент от мисловния експеримент), в копенхагенската интерпретация няма точно правило, което да казва кога това се случва, и затова тази интерпретация на квантовата механика е непълна до момента в който в нея не бъде въведено такова правило, и не е обяснена възможността за въвеждането му. Точно е правилото, че случайност се появява в тази точка, където за първи път се използва класическо приближение.

По този начин, може да се придържаме към следното правило: В макроскопични системи не наблюдаваме квантови ефекти (освен явленията свръхтечливост и свръхпроводимост); затова, ако наложим макроскопична вълнова функция на квантово състояние, от наблюдения знаем, че ще разрушим суперпозицията. И въпреки, че не е съвсем ясно, какво определя даден обект като "макроскопичен", за котката сме напълно уверени, че е макроскопична. Така копенхагенската интерпретация не предрича, че котката съществува в наложено състояние на жива и мъртва, докато някой не отвори кутията.

Интерпретация на Еверет за паралелните светове и съвместните истории[редактиране | edit source]

В интерпретацията на квантовата механика за паралелните светове, която не счита процеса на наблюдение за нещо по-особено, и двете състояния съществуват, но поради краткото време на декохерентност на макроскопичните системи, това състояние на суперпозиция не трае дълго. Когато наблюдател отвори кутията, той става квантово „преплетен” с котката и се създават състояния на наблюдателя съответстващи на «котката е мъртва», и «котката е жива», и никое от тези състояния не може да взаимодейства с другото. Същия механизъм на квантова декохерентност е важен и за интерпретация в термините на съвместните истории. Само "мъртвата котка" или "живата котка" поотделно могат да бъдат част от съвместна история в тази интерпретация.

С други думи - когато кутията бива отворена, вселената се разделя на две отделни вселени. В едната наблюдателя гледа в кутия с мъртва котка, а в другата той гледа в кутия с жива котка.