هي تجربة فكرية أجراها الفيزيائي إروين شرودنغر، وجوهرها هو أن القطة الموجودة في الصندوق حية وميتة. وهكذا أثبت العالم عدم اكتماله ميكانيكا الكمأثناء الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

أصل

اقترح عالم الفيزياء النظرية النمساوي إروين شرودنغر تجربة مع قطة في صندوق في مقالته "الوضع الحالي في ميكانيكا الكم" (Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik) في منشور Naturwissenschaften في عام 1935.

نأخذ القطة ونضعها في الصندوق. يحتوي الصندوق على نواة ذرية وحاوية بها غاز سام. احتمالية التفكك النووي هي 50%، وفي حال حدوثه سينفتح وعاء الغاز ويموت القط. إذا لم يحدث الاضمحلال، فإن القطة على قيد الحياة. وفقًا لأساسيات ميكانيكا الكم، قبل أن نفتح الصندوق، تكون القطة في حالة تراكب كمي - أي في جميع الحالات في نفس الوقت.

اتضح أنه في نظام "Cat-Core"، يمكن أن تكون القطة حية أو ميتة بنفس الاحتمالية البالغة 50%. أو أنه حي وميت في نفس الوقت.

شعبية على شبكة الإنترنت

تمت مناقشة مسألة قطة شرودنغر لأول مرة على الإنترنت في مايو 1990 في منتدى يوزنت للعلوم الفيزيائية. في 9 أغسطس 2000، نُشرت قصيدة مخصصة لقط شرودنغر في منتدى Straight Dope Q&A.

في أغسطس 2004، بدأ متجر ThinkGeek عبر الإنترنت في بيع قمصان تحمل عبارة "ماتت قطة شرودنغر".

في 4 يناير 2006، تم إصدار فيلم كوميدي لشرودنغر في سلسلة Xkcd المصورة.

"- اللوحة الأخيرة من هذا الفيلم الهزلي مضحكة وغير مضحكة في نفس الوقت. وإلى أن تقرأه، لا يمكنك معرفة كيف سينتهي الأمر في النهاية.

- هراء"

في 2 يونيو 2007، نشر موقع I Can Has Cheezburger صورة قطة في صندوق مع التعليق: "في صندوق الكم الخاص بك... قطة واحدة... ربما."

كان تتويج شعبية قطة شرودنغر عبارة عن رسومات الشعار المبتكرة من Google المخصصة له، والتي ظهرت في 12 أغسطس 2013، وهو يوم عيد ميلاد إروين شرودنغر الـ 126.

مراجع الثقافة الشعبية

الأفلام والمسلسلات والكتب و العاب كمبيوترحيث ذكرت هذه التجربة. دعونا نعطي فقط بعض الأمثلة.

في الحلقة 16 من الموسم السادس من برنامج فوتثرما، الشرطة تعتقل شرودنغر وقطته.

في الحلقة الثانية من الموسم الأول من مسلسل «ريك ومورتي»، تلتقي الشخصيات الرئيسية بقطط شرودنغر في واقع موازٍ.

شيلدون كوبر في "نظرية" .الانفجار العظيم"باستخدام نظرية قطة شرودنغر لتشرح لبيني كيف تعمل العلاقات بين الرجال والنساء.

معنى

قطة شرودنجر ليست مجرد ميم على الإنترنت، ولكنها أيضًا بطلة للثقافة الشعبية. القطة، وهي حية وميتة، ترمز إلى نوع من الغموض. يتم تذكر شرودنغر عندما يكون هناك شيء مضحك وغير مضحك، أو عندما يكون هناك شيء محظور ومسموح به. على سبيل المثال، إشارة المرور ذات الضوء الأحمر والأخضر في نفس الوقت هي إشارة مرور شرودنغر.

معرض

قطة شرودنغر هي الأكثر غموضا بين جميع القطط، القطط، القطط، القطط التي تعشقها البشرية كثيرا. تنتشر مقاطع فيديو القطط الفيروسية عبر شبكة الويب العالمية مع ملايين المشاهدات يوميًا، كما أن صور القطط اللطيفة على اللوحات الإعلانية يمكن أن تجعلنا نشتري أي منتج. مجال تعميم العلوم له أيضًا أبطاله ذوو الشوارب والمخططون. بتعبير أدق، إحداها هي قطة شرودنغر. من المؤكد أنك سمعت عنها، حتى لو لم تكن منخرطًا في ميكانيكا الكم. فلماذا تطارد القطة الشهيرة الفيزيائيين والشعراء الغنائيين منذ ما يقرب من مائة عام، وتصبح أيضًا واحدة من أكثر الأشياء فضولًا في الثقافة الجماهيرية الحديثة؟

قطة شرودنغر على سبيل الاستعارة

على الرغم من أن الأمر قد يبدو متناقضًا، إلا أن الفيزيائي النظري النمساوي ومالكه جائزة نوبلإروين شرودنجر هو "أب" القطة الأكثر غموضًا، وليس مالكها. بعد كل شيء قطة شرودنغرهي تجربة فكرية، ومفارقة نظرية، واستعارة مذهلة حقًا لوصف التراكب الكمي.

هل كان هناك قطة؟

السؤال "هل كان لدى شرودنغر قطة؟" لا يزال مفتوحا. على الرغم من أنه وفقا لعدد من المصادر، في إحدى الطبعات المبكرة الفيزياءاليومهناك صورة للعالم مع قطته الأليفة ميلتون. ومن ناحية أخرى، في النص الأصليمقال في عام 1935، حيث وصف إروين شرودنغر تجربته الافتراضية، ولم يتم إدراج قطة على الإطلاق، بل قطة (يموت كاتز). لماذا اختار الفيزيائي ممثل القطط ليكون الشخصية الرئيسية لمفهومه؟ كيف تحولت القطة إلى قطة؟ يبدو أن هذه الأسئلة مقدر لها أن تظل بلاغية.

لقد ماتت قطة شرودنغر باحتمال 50%

ومع ذلك، إذا كان مصدر إلهام الباحث هو حيوانه الأليف الشخصي، فمن الواضح أن السبب في ذلك هو مزهرية مكسورة بواسطة قطة أو ورق حائط تالف. لأن الشيء الرئيسي الذي تفعله قطة شرودنجر أثناء التجربة هو أن تُحبس في صندوق فولاذي وتموت. صحيح، مع احتمال 50٪. بتعبير أدق، بالإضافة إلى الحيوان الفقير، يتم وضع آلية خاصة داخل الصندوق تحتوي على نواة مشعة وحاوية بها غاز سام. إذا تفككت النواة، يتم تشغيل الآلية، وتموت القطة بسبب الغاز المنبعث. إذا لم يعمل، فإنه يعيش. لكن المراقب الذي يفتح الصندوق هو وحده القادر على معرفة مصيره. حتى ذلك الحين، القطة حية وميتة.

بدون قطة، ميكانيكا الكم ليست هي نفسها

هذا الوضع برمته، الذي يبدو متناقضًا للوهلة الأولى، يوضح بوضوح أحد أحكام ميكانيكا الكم. ووفقا له، فإن النواة الذرية في وقت واحد في جميع الحالات الممكنة: الاضمحلال وعدم الاضمحلال. وإذا لم يلاحظ الذرة، فإن حالتها توصف بمزيج من هاتين الخاصيتين. لذلك، فإن القطة، اقرأ - نواة الذرة، حية وميتة. وهذا ببساطة مستحيل. وهذا يعني أن ميكانيكا الكم تفتقر إلى بعض القواعد التي تحدد الشروط التي بموجبها يتضح مصير القطة بشكل واضح.

قطة شرودنغر: أصناف

ليس من المستغرب أن يكون لمعنى ما يحدث مع القطة الأسطورية في صندوق فولاذي عدة تفسيرات.

• متنوعة كوبنهاجن

هناك تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم، مؤلفيه نيلز بور وفيرنر هايزنبرغ. ووفقا لها، تبقى القطة في كلتا الحالتين، بغض النظر عن الراصد. بعد كل شيء، لا تحدث اللحظة الحاسمة عندما يفتح الدرج، ولكن عندما يتم تشغيل الآلية. وهذا يعني أن الحيوان مات منذ فترة طويلة بسبب الغاز، لكن الصندوق لا يزال مغلقا. وبعبارة أخرى، في تفسير كوبنهاجن لا توجد حالة "ميتة على قيد الحياة"، لأنها يتم تحديدها بواسطة كاشف يتفاعل مع اضمحلال النواة.

• ايفرت متنوعة

هناك أيضًا تفسير للعوالم المتعددة، أو تفسير إيفريت. إنها تفسر تجربتها مع قطة شرودنغر على أنها تجربتان منفصلتان العالم الموجود، حيث يحدث الانقسام في اللحظة التي يتم فيها فتح الصندوق. في أحد الأكوان، يكون القط على قيد الحياة وبصحة جيدة، وفي آخر لم ينج من التجربة.

• "الانتحار الكمي"

بطريقة أو بأخرى، تم "تعذيب" القط المسكين شرودنجر من قبل العديد من الفيزيائيين. اقترح البعض، على سبيل المثال، النظر في الوضع مع القط من وجهة نظر الحيوان نفسه - فهو يعرف أفضل من جميع الفيزيائيين في العالم، سواء كان ميتا أو على قيد الحياة. حقا، لا يمكنك الجدال مع ذلك. يُطلق على هذا النهج اسم "الانتحار الكمي" ويسمح لك افتراضيًا بالتحقق من صحة أي من هذه التفسيرات.

يمكن للجميع تربية تنوعهم الخاص

إذا نظرت إلى العلوم الفيزيائية الحديثة، فيمكنك أن تقول بثقة أنه على صفحات البحث، فإن قطة شرودنغر التي طالت معاناتها أكثر حيوية من أي شخص آخر على قيد الحياة. ومن وقت لآخر، يقدم العلماء حلولهم لهذه المفارقة المعروفة، ويقومون أيضًا بتطوير المفهوم في إطار تطورات مثيرة جدًا للاهتمام.

• "الصندوق الثاني"

على سبيل المثال، في العام الماضي، قام الباحثون في جامعة ييل "بإعطاء" قطة شرودنغر صندوقًا ثانيًا من أجل لعبة الغميضة القاتلة. وبناءً على هذا النهج، حاول العلماء محاكاة النظام اللازم لتشغيل الحاسوب الكمي. بعد كل شيء، كما تعلمون، إحدى الصعوبات الرئيسية في إنشاء هذا النوع من الآلات هي الحاجة إلى تصحيح الأخطاء. وكما تبين، فإن استخدام قطط شرودنغر يعد وسيلة واعدة لإدارة المعلومات الكمومية الزائدة.

• "القط الصغير"

وقبل بضعة أسابيع فقط، تمكن فريق دولي من العلماء، بقيادة خبراء روس في مجال البصريات الكمومية، من "تربية" قطط شرودنغر المجهرية من أجل التقدم في البحث عن الحدود بين العالمين الكمومي والكلاسيكي. هذه هي الطريقة التي تساعد بها قطة شرودنجر الفيزيائيين على تطوير تقنيات الاتصال الكمي والتشفير.

قطة شرودنغر هي نجمة ثقافة البوب

استوديو أفريقيا / شترستوك.كوم

إذا لم يتمكن القط من الهروب من صندوقه المشؤوم، فقد تمكن من الخروج من حدود المفاهيم العلمية وصفحات البحث. وكيف!

تظهر شخصية القطة الغامضة ذات المصير الصعب بتناسق يحسد عليه في أعمال الثقافة الشعبية. وهكذا تظهر قطة شرودنجر في كتب تيري براتشيت وفريدريك بوهل ودوغلاس آدامز وغيرهم من الكتاب المشهورين عالميًا. وبطبيعة الحال، كان هناك ذكر للقط في مشاريع تلفزيونية شعبية مثل "نظرية الانفجار الكبير" و"دكتور هو". ناهيك عن أن صورة قطة شرودنجر موجودة باستمرار في ألعاب الفيديو وكلمات الأغاني. وقد حققت بوابة الإنترنت ThinkGeek بالفعل ثروة من بيع القمصان التي تحمل نقشًا على جانب واحد: "قطة شرودنغر على قيد الحياة" ، وعلى الجانب الآخر - "قطة شرودنجر ميتة".

القطط تفعل ذلك بشكل أفضل

أوافق، يمكنك ملاحظة شيء مذهل: القط العلمي الأكثر شهرة هو مجرد نموذج متصور لاختبار الفرضية. ومع ذلك، فإن مشاركة الحيوان الأليف الذيل فيها أضافت قدرًا كبيرًا من الشعر والسحر إلى التجربة. أو ربما يكون الأمر مجرد أن القطط تفعل كل شيء بشكل أفضل؟ ممكن جدا.

وتذكر: نتيجة لتجربة شرودنغر، لم تتضرر قطة واحدة.

إذا وجدت خطأ، يرجى تحديد جزء من النص والنقر عليه السيطرة + أدخل.

كما أوضح لنا هايزنبرغ، بسبب مبدأ عدم اليقين، فإن وصف الأجسام في العالم الصغير الكمي له طبيعة مختلفة عن الوصف المعتاد للأشياء في العالم الكبير النيوتوني. بدلًا من الإحداثيات المكانية والسرعة التي اعتدنا على وصفها حركة ميكانيكيةعلى سبيل المثال، كرة على طاولة بلياردو، في ميكانيكا الكم، يتم وصف الأشياء بواسطة ما يسمى بالوظيفة الموجية. تتوافق قمة "الموجة" مع أقصى احتمال للعثور على جسيم في الفضاء في لحظة القياس. يتم وصف حركة مثل هذه الموجة من خلال معادلة شرودنغر، التي تخبرنا كيف تتغير حالة النظام الكمي مع مرور الوقت.

الآن عن القطة. يعلم الجميع أن القطط تحب الاختباء في الصناديق (). كان إروين شرودنغر على علم أيضًا. علاوة على ذلك، وبتعصبه الاسكندنافي المحض، استخدم هذه الميزة في تجربة فكرية شهيرة. كان جوهر الأمر هو وجود قطة محبوسة في صندوق به آلة جهنمية. يتم توصيل الآلة عبر مرحل بنظام كمي، على سبيل المثال، مادة متحللة إشعاعيًا. احتمال الاضمحلال معروف وهو 50٪. يتم تشغيل الآلة الجهنمية عندما تتغير الحالة الكمومية للنظام (يحدث الاضمحلال) وتموت القطة تمامًا. إذا تركت نظام "Cat-box-Hellish Machine-Quanta" لنفسه لمدة ساعة واحدة وتذكرت أن حالة النظام الكمي موصوفة من حيث الاحتمالية، فسيصبح من الواضح أنه ربما لن يكون من الممكن اكتشاف ذلك ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم لا في لحظة معينة من الزمن، كما أنه من المستحيل التنبؤ بدقة بسقوط عملة معدنية على الرؤوس أو الذيل مسبقًا. المفارقة بسيطة للغاية: فالدالة الموجية التي تصف النظام الكمي تمزج بين حالتي القطة - فهي حية وميتة في نفس الوقت، تمامًا كما يمكن أن يوجد الإلكترون المقيد باحتمال متساو في أي مكان في الفضاء على مسافة متساوية من النواة الذرية. إذا لم نفتح الصندوق، فلن نعرف بالضبط كيف حال القطة. دون إبداء الملاحظات (قراءة القياسات) انتهى النواة الذريةولا يمكننا وصف حالتها إلا من خلال تراكب (خلط) حالتين: نواة متحللة وغير متحللة. القطة في حالة الإدمان النووي تكون حية وميتة في نفس الوقت. والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟

يخبرنا تفسير كوبنهاجن للتجربة أن النظام يتوقف عن أن يكون خليطًا من الحالات ويختار واحدة منها في اللحظة التي تحدث فيها الملاحظة، والتي تكون أيضًا قياسًا (يفتح الصندوق). وهذا يعني أن حقيقة القياس ذاتها تغير الواقع المادي، مما يؤدي إلى انهيار الدالة الموجية (إما أن تموت القطة أو تظل على قيد الحياة، ولكنها تتوقف عن أن تكون مزيجًا من الاثنين)! فكر في الأمر، التجربة والقياسات المصاحبة لها تغير الواقع من حولنا. شخصيا، هذه الحقيقة تزعج عقلي أكثر بكثير من الكحول. كما أن ستيف هوكينج المعروف يواجه صعوبة في تجربة هذه المفارقة، مكررًا أنه عندما يسمع عن قطة شرودنغر، تمد يده إلى براوننج. ترجع شدة رد فعل عالم الفيزياء النظرية المتميز إلى حقيقة أن دور المراقب في انهيار الدالة الموجية (انهيارها إلى إحدى الحالتين الاحتماليتين) مبالغ فيه إلى حد كبير، في رأيه.

بالطبع، عندما تصور البروفيسور إيروين سخريته من القطة في عام 1935، كانت تلك طريقة بارعة لإظهار النقص في ميكانيكا الكم. في الواقع، لا يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت. ونتيجة لأحد تفسيرات التجربة، أصبح من الواضح أن هناك تناقضا بين قوانين العالم الكلي (على سبيل المثال، القانون الثاني للديناميكا الحرارية - القطة إما حية أو ميتة) وقوانين العالم الجزئي. العالم (القطة حية وميتة في نفس الوقت).

يتم استخدام ما سبق عمليًا: في الحوسبة الكمومية والتشفير الكمي. يتم إرسال إشارة ضوئية في حالة تراكب من حالتين عبر كابل ألياف ضوئية. إذا اتصل المهاجمون بالكابل في مكان ما في المنتصف وقاموا بنقر إشارة هناك من أجل التنصت على المعلومات المرسلة، فسيؤدي ذلك إلى انهيار الدالة الموجية (من وجهة نظر تفسير كوبنهاجن، سيتم إجراء ملاحظة) و سوف يذهب الضوء إلى إحدى الولايات. ومن خلال إجراء اختبارات إحصائية للضوء عند الطرف المستقبل للكابل، سيكون من الممكن اكتشاف ما إذا كان الضوء في حالات تراكب أو تم رصده بالفعل ونقله إلى نقطة أخرى. وهذا يجعل من الممكن إنشاء وسائل اتصال تستبعد اعتراض الإشارات والتنصت غير القابل للاكتشاف.

تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو القصة التي أخبرها شيلدون كوبر، بطل نظرية الانفجار الكبير، 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.

يوري جوردييف
مبرمج، مطور ألعاب، مصمم، فنان

"قطة شرودنغر" هي تجربة فكرية اقترحها أحد الرواد فيزياء الكملإظهار كيف تبدو التأثيرات الكمومية الغريبة عند تطبيقها على الأنظمة العيانية.

سأحاول أن أشرح حقا بكلمات بسيطة: يا سادة الفيزياء لا تحاسبوني. يتم تضمين عبارة "تقريبًا" قبل كل جملة.

على نطاق صغير جدًا، يتكون العالم من أشياء تتصرف بطرق غير عادية جدًا. واحدة من أغرب خصائص مثل هذه الأشياء هي القدرة على أن تكون في حالتين متبادلتين في نفس الوقت.

ما هو أكثر غرابة من وجهة نظر بديهية (قد يقول البعض مخيفًا) هو أن فعل المراقبة الهادفة يزيل هذا عدم اليقين، والجسم، الذي كان في حالتين متناقضتين في نفس الوقت، يظهر أمام المراقب في واحد منهم فقط، وكأن شيئًا لم يحدث أبدًا، ينظر إلى الجانب ويصفر ببراءة.

على المستوى دون الذري، اعتاد الجميع منذ فترة طويلة على هذه التصرفات الغريبة. موجود جهاز رياضي، الذي يصف هذه العمليات، وقد وجدت المعرفة بها مجموعة متنوعة من التطبيقات: على سبيل المثال، في أجهزة الكمبيوتر والتشفير.

على المستوى العياني، لا يتم ملاحظة هذه التأثيرات: فالأشياء المألوفة لنا تكون دائمًا في حالة واحدة محددة.

الآن لتجربة فكرية. نأخذ القطة ونضعها في صندوق. ونضع أيضًا دورقًا به غاز سام وذرة مشعة وعداد جيجر هناك. قد تتحلل الذرة المشعة وقد لا تتحلل في أي وقت. إذا تفكك، سيكتشف العداد الإشعاع، وستقوم آلية بسيطة بكسر القارورة بالغاز، وسوف تموت قطتنا. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن القطة ستبقى على قيد الحياة.

نغلق الصندوق. من هذه اللحظة، من وجهة نظر ميكانيكا الكم، فإن ذرتنا في حالة من عدم اليقين - لقد اضمحلت باحتمال 50٪ ولم تتحلل باحتمال 50٪. قبل أن نفتح الصندوق وننظر إلى داخله (نبدي ملاحظة)، سيكون في كلتا الحالتين في وقت واحد. وبما أن مصير القطة يعتمد بشكل مباشر على حالة هذه الذرة، فقد اتضح أن القطة أيضًا حية وميتة في نفس الوقت ("...تلطيخ القطة الحية والميتة (عفوًا عن التعبير) بالتساوي" أجزاء..." يكتب مؤلف التجربة). وهذا هو بالضبط كيف تصف نظرية الكم هذا الوضع.

لم يكن بمقدور شرودنغر أن يخمن مقدار الضجيج الذي ستحدثه فكرته. وبطبيعة الحال، فإن التجربة نفسها، حتى في النص الأصلي، موصوفة بشكل فظ للغاية ودون أي ادعاء بالدقة العلمية: أراد المؤلف أن ينقل لزملائه فكرة أن النظرية تحتاج إلى استكمالها بتعريفات أوضح للعمليات مثل "الملاحظة" " وذلك لاستبعاد سيناريوهات القطط في الصناديق من نطاق اختصاصها.

بل إن فكرة القطة استُخدمت "لإثبات" وجود الله باعتباره ذكاءً فائقًا، والذي تجعل ملاحظته المستمرة وجودنا ممكنًا. في الواقع، لا تتطلب "الملاحظة" مراقبًا واعيًا، مما يزيل بعض التصوف من التأثيرات الكمومية. ولكن على الرغم من ذلك، تظل فيزياء الكم اليوم حدود العلم مع العديد من الظواهر غير المبررة وتفسيراتها.

إيفان بولدين
مرشح للعلوم الفيزيائية والرياضية، باحث، خريج MIPT

سلوك كائنات العالم الصغير ( الجسيمات الأولية، الذرات، الجزيئات) يختلف بشكل كبير عن سلوك الأشياء التي يتعين علينا التعامل معها عادة. على سبيل المثال، يمكن للإلكترون أن يطير في نفس الوقت عبر مكانين متباعدين مكانيًا أو أن يكون في نفس الوقت في عدة مدارات في الذرة. لوصف هذه الظواهر، تم إنشاء نظرية - فيزياء الكم. وفقًا لهذه النظرية، على سبيل المثال، يمكن تلطيخ الجسيمات في الفضاء، ولكن إذا كنت تريد تحديد مكان وجود الجسيم، فستجد دائمًا الجسيم بأكمله في مكان ما، أي أنه سيبدو وكأنه ينهار من تلطيخه الدولة إلى مكان معين. أي أنه من المعتقد أنه حتى تقوم بقياس موضع الجسيم، فإنه ليس له موضع على الإطلاق، ولا يمكن للفيزياء التنبؤ إلا بالاحتمال الذي يمكنك من خلاله العثور على الجسيم في أي مكان.

تساءل إروين شرودنغر، أحد مبدعي فيزياء الكم، عما إذا حدث أو لم يحدث، اعتمادًا على نتيجة قياس حالة الجسيمات الدقيقة. على سبيل المثال، يمكن تنفيذ ذلك على النحو التالي: خذ ذرة مشعة بنصف عمر، على سبيل المثال، ساعة. يمكن وضع ذرة في صندوق معتم، ويمكن وضع جهاز هناك، عندما تصطدم به منتجات التحلل الإشعاعي للذرة، يكسر أمبولة بها غاز سام، ويمكن وضع قطة في هذا الصندوق. عندها لن ترى من الخارج هل تحللت الذرة أم لا، أي بها نظرية الكملقد تفككت ولم تتفكك في نفس الوقت، وبالتالي كانت القطة حية وميتة في نفس الوقت. أصبحت هذه القطة تعرف باسم قطة شرودنغر.

قد يبدو من المدهش أن القطة يمكن أن تكون حية وميتة في نفس الوقت، على الرغم من عدم وجود تناقض رسمي هنا وهذا ليس دحضًا لنظرية الكم. ومع ذلك، قد تطرح أسئلة، على سبيل المثال: من يستطيع أن ينهار ذرة من حالة ملطخة إلى حالة معينة، ومن بمثل هذه المحاولة يذهب بنفسه إلى حالة ملطخة؟ كيف تحدث عملية الانهيار هذه؟ أو كيف يحدث أن من يقوم بالانهيار لا يطيع هو نفسه قوانين فيزياء الكم؟ ما إذا كانت هذه الأسئلة منطقية، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي الإجابات، لا يزال من غير الواضح.

جورج بانين
تخرج من الجامعة التقنية الكيميائية الروسية التي سميت باسم. دي. مندليف، كبير المتخصصين في قسم الأبحاث (أبحاث التسويق)

كما أوضح لنا هايزنبرغ، بسبب مبدأ عدم اليقين، فإن وصف الأجسام في العالم الصغير الكمي له طبيعة مختلفة عن الوصف المعتاد للأشياء في العالم الكبير النيوتوني. بدلا من الإحداثيات المكانية والسرعة التي اعتدنا عليها لوصف الحركة الميكانيكية، على سبيل المثال، الكرة على طاولة البلياردو، في ميكانيكا الكم يتم وصف الكائنات من خلال ما يسمى وظيفة الموجة. تتوافق قمة "الموجة" مع أقصى احتمال للعثور على جسيم في الفضاء في لحظة القياس. يتم وصف حركة مثل هذه الموجة من خلال معادلة شرودنغر، التي تخبرنا كيف تتغير حالة النظام الكمي مع مرور الوقت.

الآن عن القطة. يعلم الجميع أن القطط تحب الاختباء في الصناديق (thequestion.ru). كان إروين شرودنغر على علم أيضًا. علاوة على ذلك، وبتعصبه الاسكندنافي المحض، استخدم هذه الميزة في تجربة فكرية شهيرة. كان جوهر الأمر هو وجود قطة محبوسة في صندوق به آلة جهنمية. يتم توصيل الآلة عبر مرحل بنظام كمي، على سبيل المثال، مادة متحللة إشعاعيًا. احتمال الاضمحلال معروف وهو 50٪. يتم تشغيل الآلة الجهنمية عندما تتغير الحالة الكمومية للنظام (يحدث الاضمحلال) وتموت القطة تمامًا. إذا تركت نظام "Cat-box-Hellish Machine-Quanta" لنفسه لمدة ساعة واحدة وتذكرت أن حالة النظام الكمي موصوفة من حيث الاحتمالية، فسيصبح من الواضح أنه ربما لن يكون من الممكن اكتشاف ذلك ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم لا في لحظة معينة من الزمن، كما أنه من المستحيل التنبؤ بدقة بسقوط عملة معدنية على الرؤوس أو الذيل مسبقًا. المفارقة بسيطة للغاية: فالدالة الموجية التي تصف النظام الكمي تمزج بين حالتي القطة - فهي حية وميتة في نفس الوقت، تمامًا كما يمكن أن يوجد الإلكترون المقيد باحتمالية متساوية في أي مكان في الفضاء على مسافة متساوية من النواة الذرية. إذا لم نفتح الصندوق، فلن نعرف بالضبط كيف حال القطة. بدون إجراء ملاحظات (اقرأ القياسات) للنواة الذرية، يمكننا وصف حالتها فقط من خلال تراكب (خلط) حالتين: نواة متحللة وغير متحللة. القطة في حالة الإدمان النووي تكون حية وميتة في نفس الوقت. والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟

يخبرنا تفسير كوبنهاجن للتجربة أن النظام يتوقف عن أن يكون خليطًا من الحالات ويختار واحدة منها في اللحظة التي تحدث فيها الملاحظة، والتي تكون أيضًا قياسًا (يفتح الصندوق). وهذا يعني أن حقيقة القياس ذاتها تغير الواقع المادي، مما يؤدي إلى انهيار الدالة الموجية (إما أن تموت القطة أو تظل على قيد الحياة، ولكنها تتوقف عن أن تكون مزيجًا من الاثنين)! فكر في الأمر، التجربة والقياسات المصاحبة لها تغير الواقع من حولنا. شخصيا، هذه الحقيقة تزعج عقلي أكثر بكثير من الكحول. كما أن ستيف هوكينج المعروف يواجه صعوبة في تجربة هذه المفارقة، مكررًا أنه عندما يسمع عن قطة شرودنغر، تمد يده إلى براوننج. ترجع شدة رد فعل عالم الفيزياء النظرية المتميز إلى حقيقة أن دور المراقب في انهيار الدالة الموجية (انهيارها إلى إحدى الحالتين الاحتماليتين) مبالغ فيه إلى حد كبير، في رأيه.

بالطبع، عندما تصور البروفيسور إيروين سخريته من القطة في عام 1935، كانت تلك طريقة بارعة لإظهار النقص في ميكانيكا الكم. في الواقع، لا يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت. ونتيجة لأحد تفسيرات التجربة، أصبح من الواضح أن هناك تناقضا بين قوانين العالم الكلي (على سبيل المثال، القانون الثاني للديناميكا الحرارية - القطة إما حية أو ميتة) وقوانين العالم الجزئي. العالم (القطة حية وميتة في نفس الوقت).

يتم استخدام ما سبق عمليًا: في الحوسبة الكمومية والتشفير الكمي. يتم إرسال إشارة ضوئية في حالة تراكب من حالتين عبر كابل ألياف ضوئية. إذا اتصل المهاجمون بالكابل في مكان ما في المنتصف وقاموا بنقر إشارة هناك من أجل التنصت على المعلومات المرسلة، فسيؤدي ذلك إلى انهيار الدالة الموجية (من وجهة نظر تفسير كوبنهاجن، سيتم إجراء ملاحظة) و سوف يذهب الضوء إلى إحدى الولايات. ومن خلال إجراء اختبارات إحصائية للضوء عند الطرف المستقبل للكابل، سيكون من الممكن اكتشاف ما إذا كان الضوء في حالات تراكب أو تم رصده بالفعل ونقله إلى نقطة أخرى. وهذا يجعل من الممكن إنشاء وسائل اتصال تستبعد اعتراض الإشارات والتنصت غير القابل للاكتشاف.

تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو القصة التي أخبرها شيلدون كوبر، بطل نظرية الانفجار الكبير، 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. youtube.com

يا رفاق، نضع روحنا في الموقع. شكرا لك على ذلك
أنك تكتشف هذا الجمال. شكرا للإلهام والقشعريرة.
انضم إلينا فيسبوكو فكونتاكتي

تمكن شرودنغر من اكتساب سمعة باعتباره غريب الأطوار حتى بين زملائه الذين كانوا هم أنفسهم في كثير من الأحيان بعيدين عن الحياة. كان العالم يرتدي ملابس غير رسمية لدرجة أنهم لم يرغبوا في السماح له بالدخول إلى الفندق لأنهم اعتبروه متشردًا. ذات مرة، في مؤتمر مهم، رفض شرودنغر الحديث عن الطاقة النووية وألقى محاضرة في الفلسفة.

قرر هذا الشخص المثير للجدل إثارة اهتمام المجتمع العلمي وتوصل إلى تجربة قاسية تتضمن قطة وغازًا قاتلًا. ولحسن الحظ، لم يصب قطة واحدة بأذى. وكل ذلك لأن التجربة كانت عقلية وكل شيء حدث فقط في خيال عالم فيزياء فردي.

بضع كلمات عن ميكانيكا الكم

إليك مثال بسيط لفيزياء الكم في العمل. خذ علبتين كبريت فارغتين. ضع تطابقًا في أحدها - فهذا كائن من عالمنا الكبير المألوف. الآن يمكنك القول أن المباراة موجودة في صندوق واحد فقط، ولا يوجد شيء في الصندوق الآخر. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الفيزياء النيوتونية التي نعرفها.

كل شيء يتغير إذا أخذت إلكترونًا بدلًا من تطابق: فسيتم تحديد موقعه معًافي 2 صناديق. هذه هي الطريقة التي تعمل بها قوانين فيزياء الكم.

في عام 1935، أجرى الفيزيائي تجربته الفكرية الشهيرة. النص الأصلي باللغة الألمانية. حسنًا، لقد ترجمناها لكم من لغة العلماء إلى لغة الناس العاديين.

• يتم وضع قطة في صندوق فولاذي مغلق.
• بالإضافة إلى القطة الموجودة في الصندوق، هناك آلة جهنمية ذات نواة مشعة وغازات سامة. الغاز موجود في وعاء زجاجي محكم الغلق.
• نواة مشعةقد تتفكك خلال ساعة واحدة. أو ربما لن ينهار. احتمال الحدث هو 50٪. (ملحوظة:إن الاضمحلال النووي هو أسهل مثال يتبادر إلى ذهن العالم، لأنه في هذه الحالة يكون للنواة خياران فقط. ولو أنه أخذ أي متغير آخر، لكان من الصعب التنبؤ بنتائج التجربة.)
• إذا تفككت النواة، فلن يحالفك الحظ. نظرًا لأنه سيتم اكتشاف تحلل النواة بواسطة عداد جيجر، فإن المرحل سيعمل، وستقوم مطرقة خاصة بكسر الأمبولة بالغاز السام. القطة ميتة.
• إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة.

لفهم جوهر تجربة شرودنغر، عليك أن تتعرف على مبدأ آخر من مبادئ ميكانيكا الكم - مفارقة المراقب .

إن النواة المشعة التي تهدد قطتنا في حالة تراكب مثلنا تمامًا نحن لا نلاحظخلف النظام. بمجرد أن يتصل المراقب بالنظام ويحاول رؤية ما يحدث بشكل عام، يتم تحديد النواة (الذرات والفوتونات) أخيرًا وتتخذ موقعًا معينًا.

إذا لم يكن هناك أحد يراقب النظام (لا يدخل إلى الصندوق معه أدوات القياس) ، فإن النواة اضمحلت / لم تتحلل في نفس الوقت.

لكن القطة أمر مختلف تمامًا. إنه حي تمامًا أو ميت تمامًا. لأن القطة، أي النظام الماكرو، لا تتأثر بقوانين الكم - فهي تتكون من العديد جزيئات مختلفة. النواة المشعة موجودة في عالم واحد، والقطة تعيش في عالم الأشياء الكبيرة.

القطة لا تهتم عندما تفتح الغطاء. هذه النواة سوف/لن تضمحل عندما يظهر الراصد. وستكون القطة إما حية أو ميتة سواء نظرت إليها أم لا.

كيف "تعرف" النواة أنها تتم مراقبتها؟عندما يبدأ الأشخاص أو الأجهزة في المراقبة أو القياس، تتعرض الجسيمات لانهيار موجى (كمي): فهي تكون في حالة من عدم اليقين لبعض الوقت (لديها العديد من الخيارات)، ويحدد القياس/الملاحظة موقع النواة في الفضاء. وقت. وبكلمات بسيطة، فإن جوهر العالم الصغير يدخل إلى العالم الكبير. فهو يترك منطقة عمل قوانين فيزياء الكم ويقع تحت تأثير الفيزياء النيوتونية.