Була свого роду «вторинність». Сам він рідко займався певною науковою проблемою. Його улюбленим жанром роботи був відгук на чиєсь наукове дослідження, розвиток цієї роботи або її критика. Незважаючи на те, що сам Шредінгер був індивідуалістом за характером, йому завжди була потрібна чужа думка, опора для подальшої роботи. Незважаючи на цей своєрідний підхід, Шредінгер вдалося зробити чимало відкриттів.

Біографічні дані

Теорія Шредінгера зараз відома не лише студентам фізико-математичних факультетів. Вона буде цікава кожному, хто відчуває інтерес до популярної науки. Ця теорія була створена відомим фізиком Е. Шредінгером, який увійшов в історію як один із творців квантової механіки. Вчений народився 12 серпня 1887 року у сім'ї власника фабрики з виготовлення клейонки. Майбутній учений, який прославився на весь світ своєю загадкою, захоплювався у дитинстві ботанікою та малюванням. Першим його наставником був батько. У 1906 році Шредінгер розпочав навчання у Віденському університеті, під час якого і почав захоплюватися фізикою. Коли настала Перша світова війна, вчений пішов на службу артилеристом У вільний часзаймався вивченням теорій Альберта Ейнштейна.

На початку 1927 року у науці склалася драматична ситуація. Е. Шредінгер вважав, що основою теорії про квантові процеси повинна бути ідея про безперервність хвиль. Гейзенберг, навпаки, вважав, що фундаментом для цієї галузі знань має бути концепція про дискретність хвиль, а також ідея про квантові стрибки. Нільс Бор не приймав жодної з позицій.

Досягнення у науці

За створення концепції хвильової механіки 1933 року Шредінгер отримав Нобелівську премію. Проте, вихований у традиціях класичної фізики, вчений було мислити іншими категоріями і вважав квантову механіку повноцінної галуззю знання. Його не могло задовольнити двоїсте поведінка частинок, і він намагався звести його виключно до хвильового. У своїй дискусії з Н. Бором Шредінгер висловився так: «Якщо ми плануємо зберегти в науці ці квантові стрибки, тоді я взагалі шкодую, що пов'язав своє життя з атомною фізикою».

Подальші роботи дослідника

При цьому Шредінгер був не лише одним із творців сучасної квантової механіки. Саме він був тим ученим, який увів у науковий ужиток термін «об'єктність опису». Це можливість наукових теорійописувати реальність без спостерігача. Його подальші дослідженнябули присвячені теорії відносності, термодинамічних процесів, нелінійної електродинаміки Борна. Також вченим було зроблено кілька спроб створити єдину теорію поля. Крім того, Е. Шредінгер володів шістьма мовами.

Найзнаменитіша загадка

Теорія Шредінгера, в якій фігурує цей кіт, виросла з критики вченого квантової теорії. Один з її основних постулатів говорить, що поки за системою не проводиться спостереження, вона перебуває в стані суперпозиції. А саме, у двох і більше станах, що виключають існування один одного. Стан суперпозиції у науці має таке визначення: це здатність кванта, яким може бути також електрон, фотон, або, наприклад, ядро ​​атома, знаходитися одночасно у двох станах або навіть у двох точках простору в той момент, коли ніхто за ним не спостерігає.

Об'єкти у різних світах

Простій людині дуже складно зрозуміти таке визначення. Адже кожен об'єкт матеріального світуможе бути або в одній точці простору, або в іншій. Проілюструвати цей феномен можна так. Спостерігач бере дві коробки, і кладе в одну з них кульку для тенісу. Буде ясно, що в одній коробці він знаходиться, а в іншій – ні. Але якщо в одну з ємностей покласти електрон, то вірним буде наступне твердження: ця частка знаходиться одночасно у двох коробках, хоч би яким парадоксальним це здавалося. Так само електрон в атомі не знаходиться в строго певній точці в той чи інший момент часу. Він обертається навколо ядра, розташовуючись по всіх точках орбіти одночасно. У науці цей феномен називається «електронною хмарою».

Що хотів довести вчений?

Таким чином, поведінка дрібних і великих об'єктів реалізується за різними правилами. У квантовому світі існують одні закони, а макросвіті - абсолютно інші. Однак немає такої концепції, яка б пояснювала перехід від світу матеріальних предметів, звичних для людей до мікросвіту. Теорія Шредінгера і була створена, щоб продемонструвати недостатність досліджень у галузі фізики. Вчений хотів показати, що є наука, метою якої є опис невеликих об'єктів, і є сфера знань, що вивчає звичайні предмети. Багато в чому завдяки роботам вченого й відбувся поділ фізики на дві області: квантову та класичну.

Теорія Шредінгера: опис

Свій знаменитий уявний експеримент вчений описав у 1935 році. У його проведенні Шредінгер спирався на принцип суперпозиції. Шредінгер підкреслював, що доки ми не спостерігаємо за фотоном, він може бути як часткою, так і хвилею; як червоним, і зеленим; як круглим, і квадратним. Цей принцип невизначеності, що безпосередньо випливає з концепції квантового дуалізму, Шредінгер і використав у своїй відомій загадці про кота. Сенс експерименту коротко полягає в наступному:

• У закриту коробку міститься кіт, а також ємність, в якій міститься синильна кислота та радіоактивна речовина.
• Ядро протягом години може розпадатися. Імовірність цього становить 50%.
• Якщо атомне ядро ​​розпадеться, це буде зафіксовано лічильником Гейгера. Механізм спрацює, і ящик із отрутою буде розбитий. Кіт помре.
• Якщо розпаду не станеться, то кіт Шредінгера буде живий.

Згідно з цією теорією, поки не здійснюється спостереження за котом, він знаходиться одночасно в двох станах (мертвий і живий), так само, як і ядро ​​атома (що розпалося або не розпалося). Звичайно, це можливо лише за законами квантового світу. У макросвіті кіт не може бути живим і мертвим одночасно.

Парадокс спостерігача

Щоб зрозуміти суть теорії Шредінгера, необхідно мати уявлення про феномен спостерігача. Його сенс полягає в тому, що об'єкти мікросвіту можуть знаходитися одночасно в двох станах тільки тоді, коли за ними немає спостереження. Наприклад, у науці відомий так званий «Експеримент з двома щілинами та спостерігачем». На непрозору пластинку, у якій було зроблено дві вертикальні щілини, вчені спрямовували пучок електронів. На екрані, що знаходився за пластиною, електрони малювали хвилеву картину. Іншими словами, вони залишали чорні та білі смуги. Коли ж дослідники захотіли поспостерігати, як електрони пролітають через щілини, то частинки відобразили на екрані лише дві вертикальні смуги. Вони вели себе як частинки, а не як хвилі.

Копенгагенське пояснення

Сучасне пояснення теорії Шредінгера зветься копенгагенського. Виходячи з парадоксу спостерігача, воно звучить наступним чином: доти, доки ніхто не спостерігає за ядром атома в системі, воно знаходиться одночасно в двох станах - розпався і не розпався. Однак твердження про те, що кіт живий і мертвий одночасно, є вкрай помилковим. Адже в макросвіті ніколи не спостерігаються ті ж явища, що й у мікросвіті.

Тому йдетьсяне про систему «кіт-ядро», а про те, що між собою пов'язані лічильник Гейгера та ядро ​​атома. Ядро може вибрати той чи інший стан у момент, коли вимірюються. Однак цей вибір має місце не в той момент, коли експериментатор відкриває ящик із котом Шредінгера. Насправді, відкриття ящика має місце у макросвіті. Іншими словами, у системі, яка дуже далека від атомного світу. Тому ядро ​​вибирає свій стан саме у той момент, коли воно потрапляє на детектор лічильника Гейгера. Таким чином, Ервін Шредінгер у своєму уявному експерименті описав систему недостатньо повно.

Загальні висновки

Таким чином, не зовсім коректно пов'язувати макросистему із мікроскопічним світом. У макросвіті квантові закони втрачають чинність. Ядро атома може бути одночасно у двох станах тільки в мікросвіті. Те саме не може бути сказано щодо кота, оскільки він є об'єктом макросвіту. Тому тільки на перший погляд складається враження, що кіт переходить із суперпозиції в один із станів у момент відкриття ящика. Насправді, його доля визначається в той момент, коли атомне ядро ​​взаємодіє з детектором. Висновок можна зробити таким: стан системи в загадці Ервіна Шредінгера ніяк не пов'язаний із людиною. Воно залежить немає від експериментатора, як від детектора - предмета, який «веде спостереження» за ядром.

Продовження концепції

Теорія Шредінгера простими словамиописується так: поки спостерігач не дивиться на систему, вона може бути одночасно у двох станах. Однак ще один вчений - Юджін Вігнер, пішов далі і вирішив довести концепцію Шредінгера до повного абсурду. "Дозвольте! - сказав Вігнер, - А що якщо поруч із експериментатором, який спостерігає за котом, стоїть його колега?" Напарник не знає про те, що саме побачив сам експериментатор у той момент, коли відкрив коробку з котом. Кіт Шредінгера виходить із стану суперпозиції. Однак не для колеги спостерігача. Тільки в той момент, коли останньому стане відома доля кота, тварину можна назвати живою або мертвою. Крім того, на планеті Земля мешкають мільярди людей. І останній вердикт можна буде винести лише тоді, коли результат експерименту стане надбанням всіх живих істот. Звичайно, всім людям можна розповісти долю кота та теорію Шредінгера коротко, проте це дуже довгий та трудомісткий процес.

Принципи квантового дуалізму у фізиці так і не були спростовані уявним експериментом Шредінгера. У якомусь сенсі кожну істоту можна назвати ні живою і ні мертвою (що знаходиться в суперпозиції) доти, доки є хоча б одна людина, яка за нею не спостерігає.

Чи може кіт одночасно бути живим і мертвим? Скільки існує паралельних всесвітів? І чи існують вони взагалі? Це зовсім не питання в галузі фантастики, а цілком реальні наукові завдання, що вирішуються квантовою фізикою.

Отже, почнемо з Кота Шредінгера. Це уявний експеримент, який запропонував Ервін Шредінгер з метою вказати на парадокс, що існує в квантової фізики. Суть експерименту ось у чому.

У закритий ящик одночасно поміщений уявний кіт, а також такий уявний механізм з радіоактивним ядром і ємністю з отруйним газом. Згідно з експериментом, якщо ядро ​​розпадеться, воно приведе механізм у дію: ємність з газом відкриється і кіт помре. Імовірність розпаду ядра становить 1 до 2.

Парадокс полягає в тому, що згідно квантової механіки якщо над ядром не проводять спостереження, то кіт знаходиться в так званій суперпозиції, тобто кіт одночасно перебуває у взаємовиключних станах (він одночасно живий і мертвий). Проте якщо спостерігач відкриє ящик, може переконатися, що кіт перебуває у одному конкретному стані: він або живий, або мертвий. На думку Шредінгера, неповнота квантової теорії полягає в тому, що вона не уточнює, за яких умов кіт перестає бути в суперпозиції і виявляється живим або мертвим.

Даний парадокс посилюється експериментом Вігнера, який додає до вже існуючого уявного експерименту категорію друзів. Згідно з Вігнером, під час відкриття експериментатором коробки, він дізнається, чи живий кіт чи мертвий. Для експериментатора кіт перестає бути в суперпозиції, проте для друга, який знаходиться за дверима, і який ще не знає про результати експерименту, кіт все ще перебуває десь між життям і смертю. Так можна продовжувати з нескінченною кількістю дверей і друзів, і згідно з такою логікою, кіт перебуватиме в суперпозиції доти, доки всі люди у Всесвіті не дізнаються, що ж побачив експериментатор, відкривши скриньку.

Як пояснює подібний парадокс квантова фізика? Квантова фізика пропонує уявний експеримент квантового самогубстваі два можливі варіанти розвитку подій, виходячи різних інтерпретацій квантової механіки.

У ході проведення уявного експерименту на учасника спрямовано рушницю, яка або вистрілить внаслідок розпаду радіоактивного атома, або ні. Знову 50 на 50. Таким чином, учасник експерименту або помре, або ні, а поки що він знаходиться, як і кіт Шредінгера в суперпозиції.

Цю ситуацію можна інтерпретувати по-різному з погляду квантової механіки. Згідно з копенгагенською інтерпретацією, рушниця рано чи пізно вистрілить, і учасник помре. Згідно з інтерпретацією Еверетта, суперпозиція передбачає наявність двох паралельних всесвітів, у яких одночасно існує учасник: в одній з них він живий (рушниця не вистрілила), у другій він мертвий (зброя вистрілила). Однак якщо багатосвітова інтерпретація вірна, то в одному із всесвітів учасник завжди залишається живим, що призводить до ідеї існування «квантового безсмертя».

Що стосується кота Шредінгера та спостерігача експерименту, то, згідно з інтерпретацією Еверетта, він також опиняється разом з котом одразу у двох Всесвітах, тобто, висловлюючись, «квантовою мовою», «плутується» з ним.

Звучить як історія з фантастичного роману, проте це одна з багатьох наукових теорій, яка має місце бути в сучасній фізиці.

Напевно, багато хто стикався з цим загадковим формулюванням. А більшість до кінця не могли зрозуміти, в чому справа. Кіт Шредінгера - це експеримент, який названий на прізвище творця, австрійського фізика та одного з основоположника квантової механіки. У нашому матеріалі ми просто і коротко розповідаємо про сенс експерименту. Навіщо він був потрібен?

Ервін Шредінгер - відомий фізик-теоретик. У 1935 році він вирішив провести віртуальний експеримент із котом. Все це, щоб довести, що копенгагенська інтерпретація суперпозиції (змішування двох станів) не зовсім вірна щодо квантової теорії.

У чому суть експерименту?

Шредінгер подумки поміщає живого кота в сталеву камеру разом із молотом, флаконом синильної кислоти та дуже невеликою кількістю радіоактивної речовини. Якщо хоча б один атом радіоактивної речовини розпадеться протягом випробувального періоду, механізм реле спустить молот. А ось той уже переверне флакон із отруйним газом і змусить кота померти.

Навіщо Шредінгер це вигадує?

У квантовій механіці вважається, що якщо за ядром ніхто і ніщо не спостерігає, він перебуває в змішаному, невизначеному стані. І розпався, і не розпався відразу. А от коли з'являється спостерігач, ядро ​​опиняється в одному стані. До речі, експеримент Шредінгера мав на меті з'ясувати, в який саме момент «кіт одночасно мертвий і живий». А також коли виявляється конкретний стан. Вчений хоче довести, що квантова механіка неможлива без тонких деталей. А вони визначають, за яких умов трапляється колапс хвильової функції (зміна стану). А також визначають, коли об'єкт залишається в одному з можливих станів (не в кількох відразу).

Ервін Шредінгер хотів вказати на дивний висновок квантових теоретиків. Вони вважали, що звичайна людинаможе побачити справжній стан матерії неозброєним. Копенгагенська інтерпретація квантової фізики була домінуючою на той час. Вона вважала, що атоми або фотони існують у кількох станах в один момент (перебувають у суперпозиції) і не переходять у певне, поки вони не спостерігаються.

Експеримент Шредінгера говорить про те, що спостерігач не може знати, розпався атом речовини чи ні. До того ж, спостерігач не знає, чи розбився флакон і чи загинув кіт. Відповідно до копенгагенської інтерпретації, кіт буде живий і мертвий, поки хтось не загляне в коробку. У квантовій механіці здатність бути живою і мертвою доти, доки її не спостерігають, називається квантовою невизначеністю або парадоксом спостерігача. Логіка, що лежить в основі феномена спостерігача, полягає в тому, що спостереження можуть визначати результати.

Шредінгер погодився з тим, що суперпозиція існує. До речі, за його життя вчені змогли довести це, вивчаючи інтерференцію у світлових хвилях. Але він ставив питання про те, коли насправді суперпозиція змінюється певним станом. Експеримент Шредінгера змусив людей запитати себе. Чи дійсно можна визначити результат життя кота, відкривши коробку (подивитися на нього)?

Але чи буде кіт живий чи мертвий, навіть якщо коробку не відкривати?

Цим парадоксальним уявним експериментом Шредінгер довів помилковість копенгагенської інтерпретації у квантовій фізиці. Ця інтерпретація може спрацьовувати мікроскопічному рівні. Але до макроскопічного світу вона не має відношення (кіт узятий як приклад макроскопічного). Те, що вчені знали про природу матерії на мікроскопічному рівні і те, що люди спостерігають на макроскопічному рівні, ще не вивчено. Роль спостерігача залишається важливим питанняму вивченні квантової фізики та є нескінченним джерелом припущень.

До свого сорому хочу зізнатися, що чув цей вислів, але взагалі не знав що воно означає і хоча б по якій темі вживається. Давайте я вам розповім, що вичитав в інтернеті про цього кота…

« Кіт Шредінгера» - так називається знаменитий уявний експеримент знаменитого австрійського фізика-теоретика Ервіна Шредінгера, який також є лауреатом Нобелівської премії. За допомогою цього вигаданого досвіду вчений хотів показати неповноту квантової механіки під час переходу від субатомних систем до макроскопічних систем.

Оригінальна стаття Ервіна Шредінгера побачила світ 1935 року. Ось цитата:

Можна побудувати і випадки, у яких досить бурлеску. Нехай який-небудь кіт замкнений у сталевій камері разом з наступною диявольською машиною (яка повинна бути незалежно від втручання кота): усередині лічильника Гейгера знаходиться крихітна кількість радіоактивної речовини, така невелика, що протягом години може розпастися тільки один атом, але з такою ж ймовірністю може і не розпастися; якщо ж це станеться, трубка, що зчитує, розряджається і спрацьовує реле, що спускає молот, який розбиває колбочку з синильною кислотою.

Якщо на годину надати всю цю систему самій собі, то можна сказати, що кіт буде живий після цього часу, якщо розпаду атома не відбудеться. Перший розпад атома отруїв би кота. Пси-функція системи в цілому виражатиме це, змішуючи в собі або розмазуючи живого і мертвого кота (вибачте за вираз) в рівних частках. Типовим у випадках є те, що невизначеність, спочатку обмежена атомним світом, перетворюється на макроскопічну невизначеність, яка може бути усунена шляхом прямого спостереження. Це заважає нам наївно прийняти «модель розмиття» як дійсність, що відображає. Саме собою це означає нічого незрозумілого чи суперечливого. Є різниця між нечітким або розфокусованим фото та знімком хмар або туману.

Іншими словами:

1. Є ящик та кіт. У ящику є механізм, що містить радіоактивне атомне ядро ​​та ємність з отруйним газом. Параметри експерименту підібрано так, що ймовірність розпаду ядра за 1 годину становить 50%. Якщо ядро ​​розпадається, відкривається ємність із газом і кіт гине. Якщо розпаду ядра не відбувається - кіт залишається живий-здоровий.
2. Закриваємо кота в ящик, чекаємо годину і запитуємо: чи живий кіт чи мертвий?
3. Квантова ж механіка говорить нам, що атомне ядро ​​(а отже і кіт) знаходиться у всіх можливих станах одночасно (див. квантова суперпозиція). Перш ніж ми відкрили ящик, система «кіт-ядро» перебуває у стані «ядро розпалося, кіт мертвий» з ймовірністю 50% і може «ядро не розпалося, кіт живий» з ймовірністю 50%. Виходить, що кіт, що сидить у ящику, і живий, і мертвий одночасно.
4. Відповідно до сучасної копенгагенської інтерпретації, кіт-таки живий/мертвий без будь-яких проміжних станів. А вибір стану розпаду ядра відбувається над момент відкриття ящика, а ще коли ядро ​​потрапляє у детектор. Тому що редукція хвильової функції системи "кіт-детектор-ядро" не пов'язана з людиною-спостерігачем ящика, а пов'язана з детектором-спостерігачем ядра.

Згідно квантової механіки, якщо над ядром атома не проводиться спостереження, то його стан описується змішанням двох станів - ядра, що розпалося, і ядра, що не розпалося, отже, кіт, що сидить в ящику і втілює ядро ​​атома, і живий, і мертвий одночасно. Якщо ж ящик відкрити, то експериментатор може побачити тільки якийсь один конкретний стан - "ядро розпалося, кіт мертвий" або "ядро не розпалося, кіт живий".

Суть людською мовою

Експеримент Шредінгера показав, що, з погляду квантової механіки, кіт одночасно і живий, і мертвий, чого не може бути. Отже, квантова механіка має суттєві вади.

Питання так: коли система перестає існувати як змішання двох станів і вибирає одне конкретне? Мета експерименту — показати, що квантова механіка неповна без деяких правил, які вказують, за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт стає мертвим, або залишається живим, але перестає бути змішанням того й іншого. Оскільки ясно, що кіт обов'язково має бути або живим, або мертвим (не існує стану, проміжного між життям та смертю), то це буде аналогічно і для атомного ядра. Воно обов'язково має бути або розпався, або нерозпалим (Вікіпедія).

Ще однією найсвіжішою інтерпретацією уявного експерименту Шредінгера є оповідання Шелдона Купера, героя серіалу «Теорія великого вибуху»(«Big Bang Theory»), який він сказав для менш освіченої сусідки Пенні. Суть оповідання Шелдона у тому, що концепція кота Шредінгера можна застосувати у відносинах для людей. Щоб зрозуміти, що відбувається між чоловіком і жінкою, які стосунки між ними: хороші чи погані, - потрібно просто відкрити ящик. А до цього відносини є одночасно і добрими, і поганими.

Нижче наведено відеофрагмент цього діалогу «Теорії великого вибуху» між Шелдоном та Пенією.

Ілюстрація Шредінгера є найкращим прикладом для опису головного парадоксу квантової фізики: згідно з її законами, частки, такі як електрони, фотони і навіть атоми існують у двох станах одночасно («живих» і «мертвих», якщо згадувати багатостраждального кота). Ці стани називаються суперпозиціями.

Американський фізик Арт Хобсон (Art Hobson) з університету Арканзасу (Arkansas State University) запропонував своє рішення цього феномена.

«Вимірювання в квантовій фізиці базуються на роботі деяких макроскопічних механізмів, таких як лічильник Гейгера, за допомогою яких визначається квантовий стан мікроскопічних систем - атомів, фотонів і електронів. Квантова теорія має на увазі, що якщо ви приєднаєте мікроскопічну систему (частку) до деякого макроскопічного пристрою, що розрізняє два різні стани системи, то прилад (лічильник Гейгера, наприклад) перейде в стан квантової заплутаності і теж виявиться одночасно у двох суперпозиціях. Однак неможливо спостерігати це явище безпосередньо, що робить його неприйнятним», – розповідає фізик.

Хобсон каже, що у парадоксі Шредінгера кіт грає роль макроскопічного приладу, лічильника Гейгера, приєднаного до радіоактивного ядра, визначення стану розпаду чи «нерозпаду» цього ядра. У такому разі живий кіт буде індикатором «нерозпаду», а мертвий кіт — показником розпаду. Але згідно з квантовою теорією, кіт, так само як і ядро, повинен перебувати у двох суперпозиціях життя та смерті.

Натомість, за словами фізика, квантовий стан кота має бути заплутаним із станом атома, що означає, що вони перебувають у «нелокальному зв'язку» один з одним. Тобто, якщо стан одного із заплутаних об'єктів раптово зміниться на протилежне, то стан його пари точно також зміниться, на якій відстані вони не перебували б. При цьому Хобсон посилається на експериментальні підтвердження цієї квантової теорії.

«Найцікавіше теоретично квантової заплутаності — це те, що зміна стану обох частинок відбувається миттєво: жодне світло чи електромагнітний сигнал не встиг би передати інформацію від однієї системи до іншої. Таким чином, можна сказати, що це один об'єкт, розділений на дві частини простором, і неважливо, наскільки велика відстань між ними», — пояснює Хобсон.

Кіт Шредінгера більше не живий і мертвий одночасно. Він мертвий, якщо станеться розпад, і живий, якщо розпад так і не станеться.

Додамо, що схожі варіанти вирішення цього феномена були запропоновані ще трьома групами вчених протягом останніх тридцять років, проте вони були сприйняті всерйоз і залишилися непоміченими у широких наукових колах. Хобсон зазначає, що рішення парадоксів квантової механіки, хоча б теоретичні, абсолютно необхідні її глибинного розуміння.

Шредінгер

А ось зовсім недавно ТЕОРЕТИКИ ПОЯСНИЛИ, ЯК ГРАВІТАЦІЯ ВБИВАЄ КОТА ШРЕДІНГЕРА, але це вже складніше...

Як правило, фізики пояснюють феномен того, що суперпозиція можлива у світі частинок, але неможлива з котами чи іншими макрооб'єктами, перешкодами від навколишнього середовища. Коли квантовий об'єкт проходить крізь поле або взаємодіє з випадковими частинками, він відразу приймає лише один стан — начебто його виміряли. Саме так і руйнується суперпозиція, як вважали вчені.

Але навіть якщо якимось чином стало можливим ізолювати макрооб'єкт, що перебуває в стані суперпозиції, від взаємодій з іншими частинками та полями, то він все одно рано чи пізно прийняв би єдиний стан. Принаймні це вірно для процесів, що протікають на поверхні Землі.

«Десь у міжзоряний простірможливо, кіт і мав би шанс зберегти квантову когерентність, але на Землі або поблизу будь-якої планети це вкрай малоймовірно. І причина цього — гравітація», — пояснює провідний автор нового дослідження Ігор Піковський (Igor Pikovski) із Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики.

Піковський та його колеги з Віденського університету стверджують, що гравітація має руйнівний вплив на квантові суперпозиції макрооб'єктів, і тому ми не спостерігаємо подібних явищ у макросвіті. Базова концепція нової гіпотези, до речі, коротко викладена в художньому фільмі"Інтерстелар".

Ейнштейнівська загальна теоріявідносності свідчить, що надзвичайно масивний об'єктбуде викривляти поблизу себе простір-час. Розглядаючи ситуацію на дрібнішому рівні, можна сказати, що для молекули, поміщеної біля поверхні Землі, час йтиме трохи повільніше, ніж для тієї, що знаходиться на орбіті нашої планети.

Через вплив гравітації на простір-час молекула, що потрапила під цей вплив, зазнає відхилення у своєму становищі. А це, своєю чергою, має вплинути і на її внутрішню енергію — коливання частинок у молекулі, що змінюються з часом. Якщо молекулу ввести у стан квантової суперпозиції двох локацій, то співвідношення між положенням і внутрішньою енергієюневдовзі змусило б молекулу «вибрати» лише з двох позицій у просторі.

«У більшості випадків явище декогеренції пов'язане з зовнішнім впливомАле в даному випадку внутрішнє коливання частинок взаємодіє з рухом самої молекули», — пояснює Піковський.

Цей ефект поки що ніхто не спостерігав, оскільки інші джерела декогеренції, такі як магнітні поля, теплове випромінюванняі вібрації, як правило, набагато сильніші, і викликають руйнування квантових систем задовго до того, як це зробить гравітація. Але експериментатори прагнуть перевірити висловлену гіпотезу.

Подібна установка може бути використана для перевірки здатності гравітації руйнувати квантові системи. Для цього необхідно буде порівняти вертикальний і горизонтальний інтерферометри: у першому суперпозиція повинна незабаром зникнути через розтяг часу на різних «висота» шляху, тоді як у другому квантова суперпозиція може і зберегтися.

У 1935 році, затятим противником щойно виниклої квантової механіки, Еріком Шредінгером була опублікована стаття, яка передбачала викрити і довести неспроможність нової гілки розвитку фізики.

Суть статті полягає в проведенні уявного експерименту:

1. У абсолютно герметичному ящику розміщується живий кіт.
2. Поруч із котом міститься лічильник Гейгера, в якому розташовується один радіоактивний атом.
3. Безпосередньо до лічильника Гейгера приєднується колба наповнена кислотою.
4. Можливий розпад радіоактивного атома приведе в дію лічильник Гейгера, який, у свою чергу, розіб'є колбу і кислота, що вилилася з неї, вб'є кота.
5. Чи залишиться живим кіт чи помре, якщо перебуватиме разом із такими незручними сусідами?
6. Для експерименту виділяється одна година.

Відповідь, на це питання і була покликана довести неспроможність квантової теорії, в основі якої лежить суперпозиція: закон парадоксу — всі мікрочастинки нашого світу завжди одномоментно перебувають у двох станах, допоки за ними не починають спостерігати.

Тобто, перебуваючи у замкнутому просторі (квантова теорія), наш кіт, як і його непередбачуваний сусід — атом, синхронно присутні у двох станах:

1. Живий і водночас мертвий кіт.
2. Розпався, і в той же час атом, що не розпався.

Що, згідно з класичною фізикою, є досконалим абсурдом. Неможливе одномоментне існування таких речей, що взаємовиключають.

І це правильно, але лише з погляду макросвіту. Тоді як у мікросвіті діють зовсім інші закони, і тому Шредінгер помилявся, застосовуючи закони макросвіту до відносин усередині світу. Не розуміючи, що цілеспрямоване спостереження за невизначеностями мікросвіту, що відбуваються, усувають останні.

Інакше кажучи, якщо відкрити замкнуту систему, куди поміщений кіт разом із радіоактивним атомом, ми побачимо лише одне з можливих станів випробуваного.

Це вдалося довести американському фізику з університету штату Арканзас, Арту Хобсону (Art Hobson). Згідно з його теорією, якщо з'єднати мікросистему (радіоактивний атом) з макросистемою (лічильником Гейгера), остання обов'язково перейметься станом квантової заплутаності першої і перейде в суперпозицію. А оскільки ми не можемо зробити безпосереднє спостереження цього явища, воно для нас стане неприйнятним (що і доводив Шредінгер).

Отже, ми з'ясували, що атом та лічильник радіації знаходяться в одній суперпозиції. Тоді ким чи чим для цієї системи можна назвати кота? Якщо міркувати логічно, кіт, у разі, стає покажчиком стану радіоактивного ядра(просто - індикатором):

1. Кіт живий, ядро ​​не розпалося.
2. Кіт - мертвий, ядро ​​розпалося.

Однак, треба врахувати і той факт, що кіт також є частиною єдиної системи, оскільки також знаходиться всередині ящика. Тому, відповідно до теорії кванта, кіт перебуває у, так званої, локальної зв'язку з атомом, тобто. у заплутаному стані, а значить у суперпозиції мікросвіту.

Звідси випливає, що при раптовій зміні одного з об'єктів системи теж відбудеться і з іншим об'єктом, як би далеко один від одного вони не знаходилися. Миттєва зміна стану обох об'єктів, доводить, що ми маємо справу з єдиною системою, просто розділеним простором на дві частини.

А значить, можна з упевненістю говорити про те, що кіт Шредінгера миттєво, або живий, якщо атом не розпався, або мертвий, якщо стався розпад атома.

І все-таки, саме завдяки уявному експерименту Шредінгера, був сконструйований математичний прилад, що описує суперпозицію мікросвіту. Ці знання знайшли широке застосування у криптографії та комп'ютерних технологіях.

Насамкінець хотілося б відзначити невичерпну любов до таємничого парадоксу «кота Шредінгера» з боку всіляких письменників та кінематографа. Ось тільки кілька прикладів:

1. Магічний устрій під назвою «Кіт Шредінгера» в романі Лук'яненка «Останній Дозор».
2. У детективному романі Дугласа Адамса « Детективне агентствоДірка Джентлі», йде живе обговорення проблеми кота Шредінгера.
3. У романі Р. Е. Хайнлайна «Кіт, що проходить крізь стіни», головний герой, кіт, майже завжди знаходиться одномоментно у двох станах.
4. Знаменитий чеширський кіт Льюїса Керролла в романі «Аліси в країні чудес», любить, миттєво з'являтися відразу в кількох місцях.
5. У романі «451 градус за Фаренгейтом» Рей Бредбері порушує питання про кота Шредінгера, в образі живого — мертвого механічного пса.
6. У романі «Маг-цілитель» Крістофер Сташеф дуже своєрідно описує своє бачення кота Шредінгера.

І ще багато інших феєричних, зовсім неможливих уявлень про такий загадковий мислений експеримент.