سري كان هناك نوع من الجودة "الثانوية". هو نفسه نادرا ما يشارك في بعض الأمورمشكلة علمية

. كان نوع عمله المفضل هو الرد على بحث علمي لشخص آخر، أو تطوير هذا العمل، أو انتقاده. على الرغم من حقيقة أن شرودنغر نفسه كان فردانيًا بطبيعته، إلا أنه كان يحتاج دائمًا إلى أفكار شخص آخر ودعمه لمزيد من العمل. وعلى الرغم من هذا النهج الغريب، تمكن شرودنغر من تحقيق العديد من الاكتشافات.

معلومات السيرة الذاتية إن نظرية شرودنغر معروفة الآن ليس فقط لطلاب أقسام الفيزياء والرياضيات. سيكون موضع اهتمام أي شخص مهتم بالعلوم الشعبية. تم إنشاء هذه النظرية من قبل الفيزيائي الشهير إي. شرودنغر، الذي دخل التاريخ كأحد المبدعينميكانيكا الكم . ولد العالم في 12 أغسطس 1887 في عائلة صاحب مصنع للأقمشة الزيتية. كان عالم المستقبل، المشهور في جميع أنحاء العالم بألغازه، مولعا بعلم النبات والرسم عندما كان طفلا. وكان معلمه الأول والده. في عام 1906، بدأ شرودنغر دراسته في جامعة فيينا، حيث بدأ معجبًا بالفيزياء. عندما جاء الأولالحرب العالمية ذهب العالم ليكون بمثابة رجل مدفعي. فيوقت فراغ

درس نظريات ألبرت أينشتاين.

بحلول بداية عام 1927، كان هناك وضع دراماتيكي في العلوم. يعتقد إي شرودنغر أن أساس نظرية العمليات الكمومية يجب أن يكون فكرة استمرارية الموجة. وعلى العكس من ذلك، رأى هايزنبرغ أن الأساس لهذا المجال من المعرفة يجب أن يكون مفهوم تفرد الموجات، وكذلك فكرة القفزات الكمية. ولم يقبل نيلز بور أيًا من الموقفين.

التقدم في العلوم

لابتكاره مفهوم الميكانيكا الموجية، حصل شرودنغر على جائزة نوبل عام 1933. ومع ذلك، نشأ العالم في تقاليد الفيزياء الكلاسيكية، ولم يتمكن من التفكير في فئات أخرى ولم يعتبر ميكانيكا الكم فرعًا كاملاً من المعرفة. لم يستطع أن يكون راضيًا عن السلوك المزدوج للجسيمات، وحاول اختزاله حصريًا في السلوك الموجي. وفي مناقشته مع ن. بور، عبّر شرودنغر عن الأمر على هذا النحو: "إذا كنا نخطط للحفاظ على هذه القفزات الكمية في العلوم، فأنا آسف عمومًا لأنني ربطت حياتي بالفيزياء الذرية".

مزيد من العمل للباحث علاوة على ذلك، لم يكن شرودنغر واحدًا من مبدعي ميكانيكا الكم الحديثة فحسب. كان هو العالم الذي أدخل مصطلح "موضوعية الوصف" في الاستخدام العلمي. هذه فرصةوصف الواقع دون مشاركة مراقب. له مزيد من البحثتم تخصيصها للنظرية النسبية، والعمليات الديناميكية الحرارية، والديناميكا الكهربائية غير الخطية. قام العلماء أيضًا بعدة محاولات لإنشاء نظرية المجال الموحد. بالإضافة إلى ذلك، تحدث E. Schrödinger ست لغات.

اللغز الأكثر شهرة

إن نظرية شرودنغر، التي يظهر فيها نفس القط، نشأت من انتقادات العالم لنظرية الكم. تنص إحدى مسلماته الرئيسية على أنه في حالة عدم ملاحظة النظام، فإنه يكون في حالة تراكب. أي في حالتين أو أكثر تستبعد وجود بعضها البعض. حالة التراكب في العلم لها التعريف التالي: هذه هي قدرة الكم، والتي يمكن أن تكون أيضًا إلكترونًا أو فوتونًا أو على سبيل المثال نواة الذرة، على أن تكون في حالتين في نفس الوقت أو حتى عند نقطتين في الفضاء في لحظة لا يراقبها أحد.

كائنات في عوالم مختلفة

من الصعب جدًا على الشخص العادي أن يفهم مثل هذا التعريف. بعد كل شيء، كل كائن العالم المادييمكن أن يكون إما في نقطة واحدة في الفضاء أو في أخرى. ويمكن توضيح هذه الظاهرة على النحو التالي. يأخذ المراقب صندوقين ويضع كرة تنس في أحدهما. سيكون من الواضح أنه في صندوق واحد وليس في الآخر. ولكن إذا وضعت إلكترونًا في إحدى الحاويات، فسيكون البيان التالي صحيحًا: هذا الجسيم موجود في صندوقين في نفس الوقت، بغض النظر عن مدى التناقض الذي قد يبدو عليه. وبنفس الطريقة، لا يقع الإلكترون الموجود في الذرة عند نقطة محددة بدقة في وقت أو آخر. يدور حول النواة، ويقع في جميع نقاط المدار في وقت واحد. في العلوم، تسمى هذه الظاهرة "السحابة الإلكترونية".

ماذا أراد العالم أن يثبت؟

وبالتالي، يتم تنفيذ سلوك الأشياء الصغيرة والكبيرة وفقًا لقواعد مختلفة تمامًا. في عالم الكم هناك بعض القوانين، وفي العالم الكبير - قوانين مختلفة تماما. ومع ذلك، لا يوجد مفهوم من شأنه أن يفسر الانتقال من العالم العناصر الماديةمألوفة لدى الناس للعالم المصغر. تم إنشاء نظرية شرودنغر لإثبات عدم كفاية البحث في مجال الفيزياء. أراد العالم أن يبين أن هناك علماً هدفه وصف الأشياء الصغيرة، وهناك مجالاً معرفياً يدرس الأشياء العادية. إلى حد كبير، بفضل عمل العالم، تم تقسيم الفيزياء إلى مجالين: الكم والكلاسيكي.

نظرية شرودنغر: الوصف

وصف العالم تجربته الفكرية الشهيرة في عام 1935. اعتمد شرودنغر في تنفيذه على مبدأ التراكب. وأكد شرودنجر أنه طالما أننا لا نلاحظ الفوتون، فمن الممكن أن يكون جسيمًا أو موجة؛ كلا من الأحمر والأخضر. سواء مستديرة أو مربعة. مبدأ عدم اليقين هذا، الذي ينبع مباشرة من مفهوم الثنائية الكمومية، استخدمه شرودنغر في لغزه الشهير عن القطة. معنى التجربة باختصار هو كما يلي:

• يتم وضع قطة في صندوق مغلق، بالإضافة إلى حاوية تحتوي على حمض الهيدروسيانيك ومادة مشعة.
• يمكن أن تتفكك النواة خلال ساعة. احتمال هذا هو 50٪.
• إذا اضمحلت نواة الذرة، فسيتم تسجيلها بواسطة عداد جيجر. ستعمل الآلية وسيتم كسر صندوق السم. القطة سوف تموت .
• إذا لم يحدث الاضمحلال، فإن قطة شرودنغر ستكون على قيد الحياة.

وفقا لهذه النظرية، حتى يتم ملاحظة القطة، فهي في حالتين في وقت واحد (ميتة وحية)، تماما مثل نواة الذرة (فاسدة أو غير متحللة). وبطبيعة الحال، هذا ممكن فقط وفقا لقوانين العالم الكمي. في الكون الكبير، لا يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت.

مفارقة المراقب

لفهم جوهر نظرية شرودنجر، من الضروري أيضًا فهم مفارقة المراقب. معناها هو أن كائنات العالم الصغير يمكن أن تكون في حالتين في وقت واحد فقط عندما لا يتم ملاحظتها. على سبيل المثال، ما يسمى بـ "التجربة ذات الشقين والمراقب" معروف في العلوم. قام العلماء بتوجيه شعاع من الإلكترونات إلى صفيحة معتمة تم فيها عمل شقين رأسيين. على الشاشة خلف اللوحة، رسمت الإلكترونات نمطًا موجيًا. بمعنى آخر، تركوا خطوطًا سوداء وبيضاء. وعندما أراد الباحثون ملاحظة كيفية تحليق الإلكترونات عبر الشقوق، عرضت الجزيئات خطين رأسيين فقط على الشاشة. لقد تصرفوا مثل الجسيمات، وليس مثل الأمواج.

شرح كوبنهاجن

يُطلق على التفسير الحديث لنظرية شرودنجر اسم تفسير كوبنهاجن. بناءً على مفارقة المراقب، يبدو الأمر كما يلي: طالما لم يلاحظ أحد نواة الذرة في النظام، فهي في وقت واحد في حالتين - متحللة وغير متحللة. ومع ذلك، فإن القول بأن القطة حية وميتة في نفس الوقت هو أمر خاطئ للغاية. بعد كل شيء، في العالم الكبير لا يتم ملاحظة نفس الظواهر كما في العالم المصغر.

لهذا السبب نحن نتحدث عنهلا يتعلق الأمر بنظام "نواة القطة"، بل يتعلق بحقيقة أن عداد جيجر ونواة الذرة مترابطان. يمكن للنواة اختيار حالة أو أخرى في وقت إجراء القياسات. ومع ذلك، فإن هذا الاختيار لا يحدث في اللحظة التي يفتح فيها المجرب الصندوق الذي به قطة شرودنغر. في الواقع، يتم فتح الصندوق في العالم الكبير. بمعنى آخر، في نظام بعيد جدًا عن العالم الذري. ولذلك فإن النواة تختار حالتها بدقة في اللحظة التي تصطدم فيها بجهاز كشف عداد جيجر. وهكذا، فإن إروين شرودنغر لم يصف النظام بشكل كامل في تجربته الفكرية.

استنتاجات عامة

وبالتالي، ليس من الصحيح تمامًا ربط النظام الكبير بالعالم المجهري. في الكون الكبير، تفقد قوانين الكم قوتها. يمكن أن تكون نواة الذرة في حالتين في وقت واحد فقط في العالم المصغر. لا يمكن قول الشيء نفسه عن القطة، لأنها كائن من الكون الكبير. ولذلك، فقط للوهلة الأولى يبدو أن القطة تنتقل من حالة التراكب إلى إحدى الحالات في لحظة فتح الصندوق. وفي الواقع، يتم تحديد مصيرها في اللحظة التي تتفاعل فيها النواة الذرية مع الكاشف. يمكن استخلاص الاستنتاج على النحو التالي: حالة النظام في لغز إروين شرودنغر لا علاقة لها بالشخص. لا يعتمد الأمر على المجرب، بل على الكاشف - الكائن الذي "يراقب" النواة.

استمرار المفهوم

نظرية شرودنغر بكلمات بسيطةيوصف على النحو التالي: في حين أن المراقب لا ينظر إلى النظام، فإنه يمكن أن يكون في حالتين في وقت واحد. ومع ذلك، ذهب عالم آخر، يوجين فيجنر، إلى أبعد من ذلك وقرر أن يصل بمفهوم شرودنغر إلى حد العبثية الكاملة. قال فيجنر: "معذرةً!"، "ماذا لو كان زميله يقف بجانب المجرب ويراقب القطة؟" لا يعرف الشريك بالضبط ما رآه المجرب نفسه في اللحظة التي فتح فيها الصندوق مع القطة. قطة شرودنغر تخرج من التراكب. ومع ذلك، ليس لزميل مراقب. فقط في اللحظة التي يصبح فيها مصير القطة معروفًا للأخير، يمكن تسمية الحيوان أخيرًا حيًا أو ميتًا. بالإضافة إلى ذلك، يعيش مليارات الأشخاص على كوكب الأرض. ولا يمكن إصدار الحكم النهائي إلا عندما تصبح نتيجة التجربة ملكًا لجميع الكائنات الحية. بالطبع، يمكنك أن تخبر جميع الناس بمصير القطة ونظرية شرودنغر لفترة وجيزة، لكن هذه عملية طويلة جدًا وتستغرق وقتًا طويلاً.

لم يتم دحض مبادئ ثنائية الكم في الفيزياء أبدًا من خلال تجربة شرودنغر الفكرية. بمعنى ما، يمكن القول بأن كل كائن ليس حيًا ولا ميتًا (في حالة التراكب) طالما أن هناك شخصًا واحدًا على الأقل لا يراقبه.

هل يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت؟ كم عدد الأكوان الموازية هناك؟ وهل هم موجودون أصلاً؟ هذه ليست أسئلة من الخيال العلمي على الإطلاق، ولكنها مشاكل علمية حقيقية تم حلها عن طريق فيزياء الكم.

لذلك دعونا نبدأ مع قطة شرودنغر. هذه تجربة فكرية اقترحها إروين شرودنغر للإشارة إلى التناقض الموجود فيها فيزياء الكم. جوهر التجربة هو على النحو التالي.

يتم وضع قطة خيالية في صندوق مغلق في نفس الوقت، بالإضافة إلى نفس الآلية الخيالية ذات النواة المشعة وحاوية الغاز السام. وبحسب التجربة، إذا تفككت النواة، فسيتم تفعيل الآلية: ستنفتح حاوية الغاز وتموت القطة. احتمال الاضمحلال النووي هو 1 في 2.

المفارقة هي أنه وفقًا لميكانيكا الكم، إذا لم تتم ملاحظة النواة، فإن القطة تكون في ما يسمى بالتراكب، وبعبارة أخرى، تكون القطة في حالات حصرية متبادلة في نفس الوقت (فهي حية وميتة). ومع ذلك، إذا فتح المراقب الصندوق، فيمكنه التحقق من أن القطة في حالة واحدة محددة: إما حية أو ميتة. وفقًا لشرودنجر، فإن عدم اكتمال نظرية الكم يكمن في حقيقة أنها لا تحدد الظروف التي تتوقف فيها القطة عن التراكب، ويتبين أنها إما حية أو ميتة.

وتتفاقم هذه المفارقة من خلال تجربة فيجنر، التي تضيف فئة الأصدقاء إلى تجربة فكرية موجودة بالفعل. وبحسب ويجنر، عندما يفتح المجرب الصندوق، سيعرف ما إذا كانت القطة حية أم ميتة. بالنسبة للمجرب، لم تعد القطة في حالة تراكب، أما بالنسبة للصديق الذي يقف خلف الباب، والذي لا يعرف بعد نتائج التجربة، فإن القطة لا تزال في مكان ما “بين الحياة والموت”. ويمكن أن يستمر هذا مع عدد لا نهائي من الأبواب والأصدقاء، ووفقًا لمنطق مماثل، ستكون القطة في حالة تراكب حتى يعرف جميع الأشخاص في الكون ما رآه المجرب عندما فتح الصندوق.

كيف تفسر فيزياء الكم مثل هذا التناقض؟ تقدم فيزياء الكم تجربة فكرية الانتحار الكميواثنين من السيناريوهات المحتملة على أساس تفسيرات مختلفة لميكانيكا الكم.

في تجربة فكرية، يتم توجيه مسدس نحو المشارك وإما أن يطلق النار نتيجة لتحلل ذرة مشعة أو لا. مرة أخرى، 50 إلى 50. وبالتالي، فإن المشارك في التجربة إما أن يموت أو لا يموت، لكنه في الوقت الحالي، مثل قطة شرودنغر، في حالة تراكب.

يمكن تفسير هذا الموقف بطرق مختلفة من وجهة نظر ميكانيكا الكم. وفقًا لتفسير كوبنهاجن، ستنفجر البندقية في النهاية ويموت المشارك. وفقًا لتفسير إيفريت، فإن التراكب ينص على وجود عالمين متوازيين يوجد فيهما المشارك في نفس الوقت: في أحدهما حي (لم تطلق البندقية النار)، وفي الثاني ميت (أطلق السلاح). ومع ذلك، إذا كان تفسير العوالم المتعددة صحيحًا، ففي أحد الأكوان يبقى المشارك على قيد الحياة دائمًا، مما يؤدي إلى فكرة وجود "الخلود الكمي".

أما قطة شرودنغر ومراقب التجربة، فإنه، بحسب تفسير إيفريت، يجد نفسه والقطة في عالمين في آن واحد، أي «باللغة الكمومية» «متشابكين» معه.

تبدو هذه القصة وكأنها قصة من إحدى روايات الخيال العلمي، لكنها واحدة من العديد من النظريات العلمية التي لها مكان في الفيزياء الحديثة.

من المؤكد أن الكثيرين قد صادفوا هذه الصيغة الغامضة. ولم تتمكن الأغلبية من فهم جوهر الأمر بشكل كامل. قطة شرودنغر هي تجربة سميت على اسم مبتكرها، وهو عالم فيزياء نمساوي وأحد مؤسسي ميكانيكا الكم. في مادتنا نتحدث ببساطة وباختصار عن معنى التجربة. لماذا كان ذلك؟

إروين شرودنجر عالم فيزياء نظرية مشهور. وفي عام 1935، قرر إجراء تجربة افتراضية على قطة. كل هذا لإثبات أن تفسير كوبنهاجن للتراكب (خلط حالتين) ليس صحيحًا تمامًا فيما يتعلق بنظرية الكم.

ما هو جوهر التجربة؟

يضع شرودنغر قطًا حيًا عقليًا في غرفة فولاذية مع مطرقة وقنينة من حمض الهيدروسيانيك وكمية صغيرة جدًا من المواد المشعة. إذا اضمحلت حتى ذرة واحدة من المواد المشعة خلال فترة الاختبار، فإن آلية التتابع ستطلق المطرقة. لكنه سوف يقلب بالفعل زجاجة الغاز السام ويجعل القطة تموت.

لماذا توصل شرودنغر إلى هذا؟

في ميكانيكا الكم، يُعتقد أنه إذا لم يكن هناك أحد ولا شيء يراقب النواة، فهي في حالة مختلطة وغير محددة. كلاهما تفكك ولم يتفكك على الفور. ولكن عندما يظهر الراصد، تجد النواة نفسها في إحدى الحالات. بالمناسبة، كان هدف تجربة شرودنغر هو معرفة اللحظة التي تكون فيها "القطة ميتة وحية". وأيضًا عند اكتشاف حالة معينة. يريد أحد العلماء إثبات أن ميكانيكا الكم مستحيلة بدون تفاصيل دقيقة. ويحددون تحت أي ظروف يحدث انهيار الدالة الموجية (تغير الحالة). كما أنها تحدد متى يظل الكائن في إحدى الحالات المحتملة (وليس في عدة حالات في وقت واحد).

أراد إروين شرودنجر أن يشير إلى نتيجة غريبة توصل إليها منظرو الكم. لقد صدقوا ذلك شخص عادييستطيع رؤية الحالة الحقيقية للمادة بدون سلاح. كان تفسير كوبنهاجن لفيزياء الكم هو السائد في ذلك الوقت. لقد اعتقدت أن الذرات أو الفوتونات موجودة في عدة حالات في لحظة واحدة (في حالة تراكب) ولا تدخل في حالة معينة حتى يتم ملاحظتها.

تقول تجربة شرودنغر إن الراصد لا يمكنه معرفة ما إذا كانت ذرة مادة ما قد اضمحلت أم لا. بالإضافة إلى ذلك، لا يعرف المراقب ما إذا كانت الزجاجة قد انكسرت أم ماتت القطة. وفقًا لتفسير كوبنهاجن، ستكون القطة حية وميتة حتى ينظر شخص ما إلى الصندوق. في ميكانيكا الكم، القدرة على البقاء حيًا وميتًا حتى يتم ملاحظتها تسمى عدم اليقين الكمي أو مفارقة المراقب. المنطق وراء مفارقة المراقب هو أن الملاحظات يمكن أن تحدد النتائج.

وافق شرودنغر على وجود التراكب. بالمناسبة، خلال حياته، تمكن العلماء من إثبات ذلك من خلال دراسة التداخل في موجات الضوء. لكنه تساءل متى يفسح التراكب المجال لحالة معينة. تجربة شرودنغر جعلت الناس يتساءلون. هل من الممكن حقاً تحديد نتيجة حياة القطة من خلال فتح الصندوق (أنظر إليه)؟

لكن هل ستكون القطة حية أم ميتة، حتى لو لم يتم فتح الصندوق؟

بهذه التجربة الفكرية المتناقضة، أثبت شرودنجر خطأ تفسير كوبنهاجن لفيزياء الكم. قد يعمل هذا التفسير على المستوى المجهري. لكن لا علاقة لها بالعالم العياني (يتم أخذ القطة كمثال للعالم العياني). إن ما يعرفه العلماء عن طبيعة المادة على المستوى المجهري وما يلاحظه الناس على المستوى المجهري لم يتم فهمه بالكامل بعد. ويبقى دور المراقب قضية مهمةفي دراسة فيزياء الكم وهو مصدر لا نهاية له من التكهنات.

من المؤسف أنني أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير، لكن لم أكن أعرف ماذا يعني أو حتى في أي موضوع تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة...

« قطة شرودنغر» - هذا هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر، والحائز أيضًا على جائزة نوبل جائزة نوبل. وبمساعدة هذه التجربة الوهمية، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

نُشرت المقالة الأصلية لإروين شرودنغر عام 1935. وهنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا بناء الحالات التي يوجد فيها هزلية تمامًا. دع قطة ما تكون محبوسة في غرفة فولاذية مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): يوجد داخل عداد جيجر كمية صغيرة من المادة المشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة واحدة ولكن بنفس الاحتمال قد لا تتفكك؛ إذا حدث هذا، يتم تفريغ أنبوب القراءة ويتم تنشيط المرحل، مما يؤدي إلى إطلاق المطرقة التي تكسر القارورة بحمض الهيدروسيانيك.

فإذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة، فيمكننا القول أن القطة ستكون على قيد الحياة بعد هذه المدة، طالما لم تتفكك الذرة. أول تفكك للذرة من شأنه أن يسمم القطة. سوف تعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق خلط أو تلطيخ قطة حية وميتة (عفوا عن التعبير) في أجزاء متساوية. والأمر المعتاد في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين الذي كان يقتصر في الأصل على العالم الذري يتحول إلى عدم يقين عياني، يمكن إزالته بالملاحظة المباشرة. وهذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. وهذا في حد ذاته لا يعني شيئا غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة الباهتة أو الخارجة عن نطاق التركيز وصورة السحب أو الضباب.

بعبارة أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة وحاوية من الغاز السام. تم اختيار المعاملات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي خلال ساعة واحدة 50%. وإذا تفككت النواة ينفتح وعاء من الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق وننتظر ساعة ونطرح السؤال: هل القطة حية أم ميتة؟
3. يبدو أن ميكانيكا الكم تخبرنا أن النواة الذرية (وبالتالي القطة) موجودة في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق، يكون نظام نواة القطة في حالة "تحللت النواة، والقطة ميتة" باحتمال 50%، وفي حالة "النواة لم تضمحل، والقطة حية" مع احتمال 50% احتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث، فإن القطة حية/ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة اضمحلال النواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق، بل حتى عندما تدخل النواة إلى الكاشف. لأن تقليل الوظيفة الموجية لنظام "كاشف القطة-النواة" لا يرتبط بالمراقب البشري للصندوق، ولكنه يرتبط بالمراقب الكاشف للنواة.

وفقا لميكانيكا الكم، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة، فسيتم وصف حالتها بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة، لذلك قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة هو حي وميت في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق، فيمكن للمجرب رؤية حالة محددة واحدة فقط - "لقد تحللت النواة، ماتت القطة" أو "النواة لم تتحلل، القطة على قيد الحياة".

الجوهر في اللغة الإنسانية

أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت، وهو أمر لا يمكن أن يكون كذلك. ولذلك فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تشير تحت أي ظروف تنهار الدالة الموجية، وإما أن تموت القطة أو تبقى على قيد الحياة ولكنها لم تعد مزيجًا من الاثنين. وبما أنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون إما حية أو ميتة (لا توجد حالة وسطية بين الحياة والموت)، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة النواة الذرية. يجب أن تكون إما متحللة أو غير متحللة (ويكيبيديا).

آخر التفسيرات الحديثة لتجربة شرودنغر الفكرية هي قصة شيلدون كوبر، بطل سلسلة "النظرية" .الانفجار العظيم" ("نظرية الانفجار الكبير")، والتي ألقاها لجارته الأقل تعليما بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات الإنسانية. من أجل فهم ما يحدث بين رجل وامرأة، ما هي العلاقة بينهما: جيدة أو سيئة، تحتاج فقط إلى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين، العلاقة جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لتبادل نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبينيا.

يعتبر توضيح شرودنجر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية في فيزياء الكم: وفقًا لقوانينها، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و"ميتة"، إذا كنت تتذكر قطة طويلة المعاناة). وتسمى هذه الحالات التراكبات.

اقترح الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"تعتمد القياسات في فيزياء الكم على تشغيل بعض الأجهزة العيانية، مثل عداد جيجر، الذي يتم من خلاله تحديد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) بجهاز ما ميكروسكوبي يميز بين حالتين مختلفتين للنظام، فإن الجهاز (عداد جيجر، على سبيل المثال) سيدخل في حالة من التشابك الكمي ويجد نفسه أيضًا في حالتين التراكبات في نفس الوقت. لكن من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة بشكل مباشر، مما يجعلها غير مقبولة”.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر، تلعب القطة دور جهاز مجهري، وهو عداد جيجر، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة الاضمحلال أو "عدم الاضمحلال" لتلك النواة. وفي هذه الحالة ستكون القطة الحية مؤشرا على "عدم الاضمحلال"، والقطة الميتة ستكون مؤشرا على الاضمحلال. ولكن وفقا لنظرية الكم، فإن القطة، مثل النواة، يجب أن توجد في تراكبين للحياة والموت.

بدلًا من ذلك، وفقًا للفيزيائي، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة، مما يعني أنهما في "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. أي أنه إذا تغيرت حالة أحد الأجسام المتشابكة فجأة إلى العكس، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا، بغض النظر عن بعدهما عن بعضهما البعض. وفي الوقت نفسه، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لنظرية الكم هذه.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون لدى أي إشارة ضوئية أو كهرومغناطيسية الوقت الكافي لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه جسم واحد مقسم إلى قسمين في الفضاء، بغض النظر عن مدى المسافة بينهما،" يوضح هوبسون.

قطة شرودنغر لم تعد حية وميتة في نفس الوقت. فهو ميت إذا حدث الانحلال، وحي إذا لم يحدث الانحلال.

دعونا نضيف أن حلولاً مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدى الثلاثين عامًا الماضية، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وبقيت دون أن يلاحظها أحد في دوائر علمية واسعة. ويشير هوبسون إلى أن حل مفارقات ميكانيكا الكم، على الأقل من الناحية النظرية، ضروري للغاية لفهمها المتعمق.

شرودنغر

ولكن في الآونة الأخيرة فقط يشرح المنظرون كيف تقتل الجاذبية قطة شرودنجر, ولكن هذا أكثر تعقيدا..

كقاعدة عامة، يفسر الفيزيائيون ظاهرة مفادها أن التراكب ممكن في عالم الجسيمات، لكنه مستحيل في القطط أو غيرها من الأجسام الكبيرة، والتداخل من بيئة. عندما يمر جسم كمي عبر مجال ما أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية، فإنه يتخذ على الفور حالة واحدة فقط، كما لو تم قياسه. هذه هي بالضبط الطريقة التي يتم بها تدمير التراكب، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة أو بأخرى عزل جسم كبير في حالة تراكب عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى، فإنه سيظل عاجلاً أم آجلاً يتخذ حالة واحدة. على الأقل هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما الفضاء بين النجومربما يكون لدى القطة فرصة للحفاظ على التماسك الكمي، ولكن على الأرض أو بالقرب من أي كوكب فإن هذا غير مرجح للغاية. ويوضح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، إيجور بيكوفسكي من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية، أن السبب في ذلك هو الجاذبية.

يرى بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا أن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة، وبالتالي فإننا لا نلاحظ ظواهر مماثلة في الكون الكبير. بالمناسبة، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في فيلم روائي طويل"بين النجوم".

أينشتاين النظرية العامةالنسبية تقول أنه للغاية كائن ضخمسوف ينحني الزمكان بالقرب من نفسه. وبالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر، يمكننا القول أنه بالنسبة للجزيء الموجود بالقرب من سطح الأرض، فإن الوقت سوف يمر أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

وبسبب تأثير الجاذبية على الزمكان، فإن الجزيء المتأثر بهذا التأثير سوف يتعرض لانحراف في موضعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء التي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال الجزيء في حالة تراكب كمي لموقعين، فإن العلاقة بين الموضع و الطاقة الداخليةوسرعان ما سيجبر الجزيء على "اختيار" موقع واحد فقط من موقعين في الفضاء.

"في معظم الحالات، ترتبط ظاهرة فك الترابط التأثير الخارجي"ولكن في هذه الحالة، يتفاعل الاهتزاز الداخلي للجزيئات مع حركة الجزيء نفسه"، يوضح بيكوفسكي.

لم يتم ملاحظة هذا التأثير حتى الآن، حيث توجد مصادر أخرى لفك الترابط، مثل المجالات المغناطيسية, الإشعاع الحراريوعادةً ما تكون الاهتزازات أقوى بكثير، مما يتسبب في تدمير الأنظمة الكمومية قبل فترة طويلة من تدمير الجاذبية. لكن المجربين يسعون جاهدين لاختبار الفرضية.

ويمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول، يجب أن يختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الزمن عند "ارتفاعات" مختلفة للمسار، بينما في الثانية، قد يبقى التراكب الكمي.

في عام 1935، نشر أحد المعارضين المتحمسين لميكانيكا الكم الناشئة حديثًا، إريك شرودنغر، مقالًا زعم أنه يكشف ويثبت عدم اتساق الفرع الجديد من تطور الفيزياء.

جوهر المقال هو إجراء تجربة فكرية:

1. يتم وضع قطة حية في صندوق مغلق تمامًا.
2. تم وضع عداد جيجر الذي يحتوي على ذرة مشعة واحدة بجوار القطة.
3. يتم توصيل دورق مملوء بالحمض مباشرة إلى عداد جيجر.
4. سيؤدي التحلل المحتمل للذرة المشعة إلى تنشيط عداد جيجر، والذي بدوره سيكسر القارورة وسيقتل الحمض المسكوب منه القطة.
5. هل ستبقى القطة على قيد الحياة أم ستموت إذا بقيت مع هؤلاء الجيران المزعجين؟
6. يتم تخصيص ساعة واحدة للتجربة.

كان الهدف من الإجابة على هذا السؤال هو إثبات عدم اتساق نظرية الكم، التي تقوم على التراكب: قانون المفارقة - جميع الجسيمات الدقيقة في عالمنا تكون دائمًا في حالتين في وقت واحد، حتى تبدأ في ملاحظتها.

أي أنه في مكان مغلق (نظرية الكم)، فإن قطتنا، مثل جارتها التي لا يمكن التنبؤ بها - الذرة، موجودة في نفس الوقت في ولايتين:

1. قطة حية وفي نفس الوقت ميتة.
2. ذرة متحللة وفي نفس الوقت غير متحللة.

وهو، وفقا للفيزياء الكلاسيكية، سخافة كاملة. إن الوجود المتزامن لمثل هذه الأشياء المتنافية أمر مستحيل.

وهذا صحيح، ولكن فقط من وجهة نظر الكون الكبير. بينما في العالم الصغير تنطبق قوانين مختلفة تمامًا، ولذلك كان شرودنغر مخطئًا عند تطبيق قوانين العالم الصغير على العلاقات داخل العالم الصغير. إن عدم فهم تلك المراقبة الهادفة لحالات عدم اليقين المستمرة في العالم الصغير يزيل هذا الأخير.

بمعنى آخر، إذا فتحنا نظامًا مغلقًا يتم فيه وضع قطة مع ذرة مشعة، فسنرى حالة واحدة فقط من الحالات المحتملة للموضوع.

وقد أثبت ذلك عالم الفيزياء الأمريكي من جامعة أركنساس آرت هوبسون. وفقًا لنظريته، إذا قمت بتوصيل نظام ميكروي (ذرة مشعة) بنظام ماكرو (عداد جيجر)، فإن الأخير سيصبح بالضرورة مشبعًا بحالة التشابك الكمي للأول ويدخل في حالة تراكب. وبما أننا لا نستطيع أن نلاحظ هذه الظاهرة بشكل مباشر، فإنها ستصبح غير مقبولة بالنسبة لنا (كما أثبت شرودنغر).

وهكذا، اكتشفنا أن الذرة وعداد الإشعاع لهما نفس التراكب. ثم من أو ماذا، بالنسبة لهذا النظام، يمكننا أن نسميه قطة؟ من الناحية المنطقية، القطة، في هذه الحالة، تصبح مؤشرا للدولة النواة المشعة(ببساطة - مؤشر):

1. القطة على قيد الحياة ولم يتحلل جوهرها.
2. ماتت القطة وتفكك جوهرها.

ومع ذلك، يجب أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن القطة هي أيضًا جزء من نظام واحد، لأنها موجودة أيضًا داخل الصندوق. ولذلك، ووفقا لنظرية الكم، فإن القطة تكون في ما يسمى بالاتصال غير المحلي مع الذرة، أي. في حالة الخلط، وهو ما يعني في تراكب العالم الصغير.

ويترتب على ذلك أنه إذا حدث تغير مفاجئ في أحد كائنات النظام، فإن نفس الشيء سيحدث لكائن آخر، مهما كان بعده عن الآخر. إن التغيير اللحظي في حالة كلا الجسمين يثبت أننا نتعامل مع هذا الأمر نظام موحد، مقسمة ببساطة عن طريق الفضاء إلى قسمين.

وهذا يعني أنه يمكننا القول بثقة أن قطة شرودنغر تكون على الفور إما حية إذا لم تتحلل الذرة، أو ميتة إذا تحللت الذرة.

ومع ذلك، فبفضل تجربة شرودنغر الفكرية، تم إنشاء جهاز رياضي يصف تراكبات العالم الصغير. وقد وجدت هذه المعرفة تطبيقًا واسعًا في التشفير وتكنولوجيا الكمبيوتر.

أخيرًا، أود أن أشير إلى الحب الذي لا ينضب للمفارقة الغامضة لـ "قطة شرودنغر" من جانب جميع أنواع الكتاب والسينما. هذا فقط بعض الأمثلة:

1. جهاز سحري يسمى "قطة شرودنجر" في رواية لوكيانينكو "الساعة الأخيرة".
2. في رواية دوغلاس آدامز البوليسية وكالة المباحث"ديرك بلطف"، هناك مناقشة حية لمشكلة قطة شرودنغر.
3. في رواية آر إي هاينلاين "القطة تمشي عبر الجدران"، الشخصية الرئيسية، القطة، تكون دائمًا تقريبًا في حالتين في وقت واحد.
4. قطة شيشاير الشهيرة للويس كارول في رواية "أليس في بلاد العجائب" تحب الظهور في عدة أماكن في وقت واحد.
5. في رواية فهرنهايت 451، يثير راي برادبري قضية قطة شرودنغر، على شكل كلب ميكانيكي حي ميت.
6. في رواية "الساحر الشافي"، يصف كريستوفر ستاشف رؤيته لقطة شرودنغر بطريقة مبتكرة للغاية.

والعديد من الأفكار الأخرى الساحرة والمستحيلة تمامًا حول مثل هذه التجربة الفكرية الغامضة.