Teoria Schrödingera w prostych słowach. Kot Schrödingera. Erwin schrödinger

Charakterystyczna cecha pracy wybitnego naukowca Erwin Schrödinger było coś w rodzaju "wtórnego". On sam rzadko zajmował się pewnym problemem naukowym. Jego ulubionym gatunkiem pracy była odpowiedź na czyjeś badania naukowe, rozwój tej pracy lub jej krytykę. Mimo że sam Schrödinger był z natury indywidualistą, zawsze potrzebował czyjejś myśli, wsparcia dla dalszej pracy. Pomimo tego unikalnego podejścia Schrodinger zdołał dokonać wielu odkryć.

Informacje biograficzne

Teoria Schrödingera znana jest nie tylko uczniom zdolności fizycznych i matematycznych. Będzie to interesujące dla każdego, kto interesuje się nauką popularną. Ta teoria została stworzona przez słynnego fizyka E. Schrödingera, który przeszedł do historii jako jeden z twórców mechaniki kwantowej. Naukowiec urodził się 12 sierpnia 1887 r. W rodzinie właściciela fabryki do produkcji ceraty. Przyszły naukowiec, znany na całym świecie ze swojej tajemnicy, w dzieciństwie lubił botanika i malarstwo. Jego pierwszym mentorem był jego ojciec. W 1906 Schrödinger rozpoczął studia na Uniwersytecie Wiedeńskim, podczas których zaczął podziwiać fizykę. Gdy przybyła pierwsza wojna światowa, naukowiec udał się na służbę artylerzysty. W wolnym czasie studiował teorie Alberta Einsteina.

Na początku 1927 roku dramatyczna sytuacja rozwinęła się w nauce. E. Schrödinger uważał, że idea ciągłości fali powinna być podstawą teorii procesów kwantowych. Przeciwnie, Heisenberg uważał, że podstawą tego obszaru wiedzy powinna być koncepcja nieciągłości fali, a także idea skoków kwantowych. Niels Bohr nie zajmował żadnej z pozycji.

Postępy w nauce

Aby stworzyć koncepcję mechaniki falowej w 1933 roku, Schrödinger otrzymał Nagrodę Nobla. Jednak wychowany w tradycji klasycznej fizycy, naukowcy Nie mogłem myśleć w innych kategoriach i nie uważałem mechaniki kwantowej za pełnowartościową gałąź wiedzy. Nie był w stanie zaspokoić podwójnego zachowania cząstek i próbował zredukować je wyłącznie do fali. W swojej dyskusji z N. Bohrem Schrödinger ujął to następująco: "Jeśli planujemy zachować te kwantowe skoki w nauce, to ogólnie przykro mi, że połączyłem swoje życie z fizyką atomową".

Dalsza praca badacza

W tym samym czasie Schrödinger był nie tylko jednym z twórców współczesnej mechaniki kwantowej. To on był naukowcem, który wprowadził pojęcie "obiektywność opisu" do użytku naukowego. Jest to możliwość teorii naukowych opisywania rzeczywistości bez udziału obserwatora. Jego dalsze badania poświęcone były teorii względności, procesom termodynamicznym, nieliniowej elektrodynamiki Born. Naukowcy podjęli także kilka prób stworzenia jednolitej teorii pola. Ponadto E. Schrödinger mówił w sześciu językach.

Najsławniejsza tajemnica

Teoria Schrödingera, w której pojawia się ten sam kot, wyrosła z krytyki teorii kwantowej naukowca. Jedną z głównych zasad jest to, że podczas gdy system nie jest monitorowany, znajduje się w stanie superpozycji. Mianowicie, w dwóch lub więcej stanach, które wykluczają istnienie siebie nawzajem. Stan superpozycji w nauce ma następującą definicję: jest to zdolność kwantu, który może być również elektronem, fotonem lub, na przykład, jądrem atomu, jednocześnie w dwóch stanach lub nawet w dwóch punktach w przestrzeni w czasie, gdy nikt nie patrzy.

Obiekty w różnych światach

Dla zwykłej osoby bardzo trudno jest zrozumieć taką definicję. W rzeczywistości każdy obiekt materialnego świata może znajdować się w jednym punkcie przestrzeni lub w innym. Aby zilustrować to zjawisko może być następująco. Obserwator bierze dwa pudełka i umieszcza piłkę tenisową w jednym z nich. Będzie jasne, że jest w jednym pudełku, a nie w innym. Ale jeśli umieścimy elektron w jednym z pojemników, wtedy następujące stwierdzenie będzie prawdziwe: ta cząstka jest jednocześnie w dwóch polach, bez względu na to, jak może wyglądać paradoksalnie. W ten sam sposób elektron w atomie nie znajduje się w ściśle określonym punkcie w danym momencie. Obraca się wokół jądra, zlokalizowanego we wszystkich punktach orbity w tym samym czasie. W nauce zjawisko to nazywane jest "chmurą elektronową".

Co naukowiec chciał udowodnić?

Zatem zachowanie małych i dużych obiektów jest realizowane zgodnie z zupełnie innymi regułami. W świecie kwantowym istnieją pewne prawa, aw makrokosmosie - zupełnie inne. Nie ma jednak takiej koncepcji, która tłumaczyłaby przejście ze świata przedmiotów materialnych, znanych ludziom, do mikroświata. Teoria Schrödingera powstała w celu wykazania niewystarczalności badań w dziedzinie fizyki. Naukowiec chciał pokazać, że istnieje nauka, której celem jest opisywanie małych obiektów, a także dziedzina wiedzy zajmująca się zwykłymi przedmiotami. Pod wieloma względami, dzięki pracy naukowca, nastąpił podział fizyki na dwa obszary: kwantowy i klasyczny.

Teoria Schrödingera: opis

Naukowiec opisał swój słynny eksperyment myślowy w 1935 roku. W swoim postępowaniu liczył Schrödinger zasada superpozycji. Schrödinger podkreślił, że dopóki nie obserwujemy fotonu, może to być zarówno cząstka, jak i fala; zarówno czerwony, jak i zielony; zarówno okrągłe, jak i kwadratowe. Ta zasada niepewności, która wynika bezpośrednio z koncepcji dualizmu kwantowego, została wykorzystana przez Schrödingera w jego dobrze znanej zagadce o kocie. Znaczenie eksperymentu w skrócie jest następujące:

• Kot jest umieszczony w zamkniętym pudełku, a także w pojemniku, który zawiera kwas cyjanowodorowy i substancja radioaktywna.
• Rdzeń w ciągu godziny może się zepsuć. Prawdopodobieństwo to wynosi 50%.
• Jeśli jądro atomowe rozpadnie się, zostanie ono unieruchomione licznikiem Geigera. Mechanizm zadziała, a pudełko z trucizną zostanie zerwane. Kot umrze.
• Jeśli upadek nie nastąpi, kot Schrödingera będzie żywy.

Zgodnie z tą teorią, podczas gdy kot nie jest monitorowany, jest jednocześnie w dwóch stanach (martwych i żywych), podobnie jak jądro atomu (zepsute lub nie zepsute). Oczywiście jest to możliwe tylko zgodnie z prawami świata kwantowego. W makrokosmosie kot nie może być jednocześnie żywy i martwy w tym samym czasie.

Paradoks obserwatora

Aby zrozumieć istotę teorii Schrödingera, trzeba mieć także wyobrażenie o paradoksie obserwatora. Jego znaczenie jest takie, że obiekty mikroświata mogą być jednocześnie w dwóch stanach tylko wtedy, gdy nie są monitorowane. Na przykład w nauce znany jest tak zwany "eksperyment z 2 gniazdami i obserwatorem". Naukowcy skierowali wiązkę elektronów na nieprzezroczystą płytkę, na której wykonano dwie pionowe szczeliny. Na ekranie za płytą elektrony namalowały wzór fal. Innymi słowy, zostawili czarno-białe paski. Kiedy naukowcy chcieli obserwować, jak elektrony przelatują przez szczeliny, cząstki wyświetlają tylko dwa pionowe paski na ekranie. Zachowywali się jak cząsteczki, a nie fale.

Wyjaśnienie w Kopenhadze

Nowoczesne wyjaśnienie teorii Schrödingera nazywa się Kopenhaga. Przechodząc od paradoksu obserwatora, brzmi to następująco: dopóki nikt nie obserwuje jądra atomowego w systemie, jest on jednocześnie w dwóch stanach - rozpada się i nie jest zintegrowany. Jednak stwierdzenie, że kot jest żywy i martwy w tym samym czasie, jest wyjątkowo błędne. Rzeczywiście, w makrokosmosie nigdy nie obserwuje się takich samych zjawisk jak w mikroświecie.

Dlatego nie mówimy o systemie kot-jądro, ale o tym, że licznik Geigera i jądro atomowe są połączone ze sobą. Jądro może wybrać jeden lub inny stan w chwili wykonywania pomiarów. Jednak ten wybór nie ma miejsca w momencie, gdy eksperymentator otwiera pudło z kotem Schrodingera. W rzeczywistości otwieranie pudełka odbywa się w makrokosmosie. Innymi słowy, w systemie, który jest bardzo oddalony od świata atomowego. Dlatego jądro wybiera swój stan dokładnie w momencie, w którym trafi ono w detektor licznika Geigera. Tak więc w swoim eksperymencie myślowym Erwin Schrödinger opisał system niedostatecznie.

Ogólne wnioski

Dlatego nie jest całkowicie poprawne powiązanie makrosystemu ze światem mikroskopowym. W makrokosmosie prawa kwantowe tracą swoją moc. Jądro atomu może jednocześnie znajdować się w dwóch stanach tylko w mikroświecie. Tego samego nie można powiedzieć o kocie, ponieważ jest to przedmiot makrokosmosu. Dlatego tylko na pierwszy rzut oka wydaje się, że kot przesuwa się z superpozycji do jednego ze stanów w momencie otwarcia pudełka. W rzeczywistości jego los determinowany jest w chwili, gdy jądro atomowe wchodzi w interakcje z detektorem. Wniosek można sformułować następująco: stan systemu w zagadce Erwina Schrodingera nie jest w żaden sposób związany z człowiekiem. Nie zależy od eksperymentatora, ale od detektora - obiektu, który "obserwuje" jądro.

Kontynuacja koncepcji

Teoria Schrödingera jest opisana w prosty sposób następująco: dopóki obserwator nie patrzy na system, może znajdować się jednocześnie w dwóch stanach. Jednak inny naukowiec, Eugene Wigner, posunął się dalej i postanowił wprowadzić koncepcję Schrödingera do kompletnego absurdu. "Pozwól mi!" Powiedział Wigner. "A co, jeśli jego kolega stoi obok eksperymentatora obserwującego kota?" Partner nie wie, co dokładnie zobaczył sam eksperymentator, kiedy otworzył pudełko z kotem. Kot Schrödingera wyłania się ze stanu superpozycji. Jednak nie dla kolegi obserwatora. Dopiero w tym momencie, kiedy los kota staje się znany temu drugiemu, zwierzę może nareszcie zostać nazwane żywym lub martwym. Ponadto na Ziemi żyją miliardy ludzi. A ostatni werdykt może być dokonany tylko wtedy, gdy wynik eksperymentu stanie się własnością wszystkich żywych istot. Oczywiście wszyscy ludzie mogą krótko opowiedzieć o losie kota i teorii Schrödingera, ale jest to bardzo długi i żmudny proces.

Zasady dualizmu kwantowego w fizyce nigdy nie zostały obalone przez eksperyment mentalny Schrödingera. W pewnym sensie, każda istota nie może być nazwana ani żywą, ani martwą (w superpozycji), dopóki przynajmniej jedna osoba nie patrzy na niego.