Парадокс мира квантовой механики

Уравнение Шрёдингера построены для четырёхполярного мира. Его смысл, некоторым образом,отображается и на линейный ум. Та же часть этого пространства, которая не отображается на линейный ум учёных цивилизации Запада, оказалась пародоксальной и непостижимой для "непосвещённого читателя"

Кошка Шрёдингера

Один из основоположников квантовой физики, австрийский ученый Эрвин Шредингер, размышляя о странностях поведения частиц, поставил в 1935 году мысленный эксперимент, который до сих пор смущает умы.

В закрытый ящик помещёна кошка. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией двух состояний — распавшегося ядра и не распавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное?

Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Вопреки расхожим представлениям, сам Шрёдингер придумал этот опыт вовсе не потому, что он верил, будто «мёртвоживые» кошки существуют. Сам же Шрёдингер считал квантовую механику неполной и не до конца описывающей реальность в данном случае. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым, или существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью, то это означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязано быть либо распавшимся, либо не распавшимся.

Что можно сказать о кошке, глядя на закрытый ящик?

С житейской точки зрения, кошка либо жива, либо нет. Но законы квантовой физики предполагают, что кошка и жива, и мертва одновременно с вероятностью 0,5. И такое ее странное состояние будет продолжаться до тех пор, пока какой-нибудь наблюдатель не снимет эту неопределенность, заглянув в ящик.

Шредингер и сам был не рад, когда запустил в оборот такую абстракцию. Ученые всех стран переполошились. Выходит, и человек может быть наполовину жив - наполовину мертв.

Так как понимать?

В копенгагенской интерпретации система перестаёт быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение. Эксперимент с котом показывает, что в этой интерпретации природа этого самого наблюдения определена недостаточно. Некоторые полагают, что опыт говорит о том, что до тех пор, пока ящик закрыт, система находится в обоих состояниях одновременно, в суперпозиции состояний «распавшееся ядро, мёртвая кошка» и «не распавшееся ядро, живая кошка», а когда ящик открывают, то только тогда происходит коллапс волновой функции до одного из вариантов. Другие полагают, что «наблюдение» происходит, когда частица из ядра попадает в детектор. Однако в копенгагенской интерпретации нет чёткого правила, которое говорит, когда это происходит, и потому эта интерпретация неполна до тех пор, пока такое правило в неё не введено или не сказано, как его можно ввести в принципе. Точное правило таково: случайность появляется в том месте, где в первый раз используется классическое приближение.

По этим предположениям, опираются на следующий подход: в макроскопических системах не наблюдаются квантовые явления. Поэтому, если накладывать макроскопическую волновую функцию на квантовое состояние, то из опыта должны заключить, что суперпозиция разрушается. Вообще-то не совсем ясно, что является «макроскопическим» вообще. Однако про кошку точно известно, что она является макроскопическим объектом. Таким образом, копенгагенская интерпретация не считает, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения живого и мёртвого.

Существует также многомировая интерпретация Эверетта и совместные истории. В многомировой интерпретации квантовой механики, которая не считает процесс измерения чем-то особенным, оба состояния кошки существуют, но декогерируют. Когда наблюдатель открывает ящик, он «связывается» с кошкой и от этого образуются два состояния наблюдателя, соответствующие живой и мёртвой кошке, которые не взаимодействуют друг с другом.

Тот же механизм квантовой декогеренции бытует и для совместных историй. В этой интерпретации только «мёртвая кошка» или «живая кошка» могут быть в совместной истории. Другими словами, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные Вселенные, в одной из которых наблюдатель смотрит на ящик с мёртвым котом, а в другой…. другой наблюдатель смотрит на живого кота. Парадокс?

Космолог Макс Тегмарк предложил вариацию опыта с котом Шрёдингера под названием «машина для квантового самоубийства». Он рассматривает эксперимент с кошкой с точки зрения самой кошки и утверждает, что таким образом можно экспериментально различить копенгагенскую и многомировую интерпретации.

Другая вариация эксперимента — это опыт с другом Вигнера.

Физик Стивен Хокинг однажды воскликнул: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьём!» Фактически Хокинг и многие другие физики придерживаются мнения, что «Копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчёркивает роль наблюдателя безосновательно.

Окончательного единства среди физиков по этому вопросу всё ещё не достигнуто. Распараллеливание миров в каждый момент времени соответствует подлинному недетерминированному автомату, в отличие от вероятностного, когда на каждом шаге выбирается один из возможных путей в зависимости от их вероятности.

И вновь факт!

Постепенно все немного успокоилось. Специалисты сошлись на том, что законы микромира не стоит переносить на большой мир. Другими словами - что дозволено электрону, то человеку ни-ни. Но недавно ситуация вновь стала зыбкой. ... Кристофер Монро из Института стандартов и технологий (США) экспериментально показал реальность парадокса «кошки Шредингера» на атомном уровне. Опыт выглядел следующим образом: ученые взяли атом бериллия и мощным лазерным импульсом оторвали у него один из двух электронов. У оставшегося на орбите электрона существовали две возможности - либо вращаться по часовой стрелке, либо против. Но физики лишили его выбора, затормозив частицу все тем же лучом лазера. Тут-то и произошло невероятное. Атом гелия раздвоился, реализовав себя сразу в обоих состояниях: в одном электрон крутился по часовой стрелке, в другом – против часовой...