- تجربة فكرية قام بها الفيزيائي إروين شرودنجر ، وجوهرها أن القطة الموجودة في الصندوق حية وميتة. وهكذا ، أثبت العالم عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة الماكروسكوبية.

أصل

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

نأخذ قطة ونضعها في صندوق. يحتوي الصندوق على نواة ذرية وحاوية بها غازات سامة. احتمال التفكك النووي هو 50٪ ، إذا حدث ، ستفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث التسوس ، فإن القط 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 على قيد الحياة ومات في نفس الوقت.

الشعبية على الإنترنت

لأول مرة على الإنترنت ، تمت مناقشة قضية قطة شرودنجر في مايو 1990 في منتدى العلوم الفيزيائية التابع لـ Usenet. في 9 أغسطس 2000 ، تم نشر قصيدة مخصصة لقط شرودنجر في منتدى أسئلة وأجوبة Straight Dope.

في أغسطس 2004 ، بدأت ThinkGeek بيع قمصان كتب عليها "قطة شرودنغر ميتة".

في 4 يناير 2006 ، تم إصدار فيلم شرودنغر الهزلي في سلسلة الكوميديا ​​Xkcd.

"- اللوحة الأخيرة من هذا الكوميدي مضحكة وغير مضحكة في نفس الوقت. حتى تقرأها ، لا يمكنك معرفة كيف ستنتهي في النهاية.

- تبا"

في 2 يونيو 2007 ، نشرت I Can Has Cheezburger صورة قطة في صندوق مع التسمية التوضيحية: "في صندوق الكم الخاص بك ... قطة واحدة ... ربما."

تتويج قطة شرودنغر برسم شعار Google Doodle المخصص له ، والذي ظهر في 12 أغسطس 2013 - في يوم عيد ميلاد Erwin Schrödinger رقم 126.

مراجع في الثقافة الشعبية

لعبت الأفلام والبرامج التلفزيونية والكتب وألعاب الكمبيوتر دورًا مهمًا في الترويج لقط شرودنغر في الثقافة الشعبية حيث تم ذكر هذه التجربة. نعطي بعض الأمثلة فقط.

في الحلقة السادسة عشر من الموسم السادس من فوتثرما ، تم اعتقال شرودنجر وقطته من قبل الشرطة.

في الحلقة الثانية من الموسم الأول لـ Rick and Morty ، تلتقي الشخصيات الرئيسية بقطط Schrodinger في واقع موازٍ.

استخدم شيلدون كوبر ، في The Big Bang Theory ، نظرية قط شرودنجر ليشرح لبيني كيف تعمل العلاقات بين الرجال والنساء.

المعنى

قط شرودنجر ليس مجرد ميم على الإنترنت ، ولكنه أيضًا بطل للثقافة الشعبية. ترمز القطة الحية والميتة في نفس الوقت إلى بعض الغموض. يتم تذكر شرودنغر عندما يكون هناك شيء مضحك وغير مضحك ، أو عندما يكون هناك شيء محظور ومسموح به. على سبيل المثال ، إشارة المرور التي تحتوي على إشارة حمراء وخضراء تعمل في نفس الوقت هي إشارة مرور شرودنغر.

صالة عرض

تصف المقالة ماهية نظرية شرودنغر. مساهمة هذا العالم العظيم في العلم الحديثوكذلك تجربة فكرية اخترعها عن قطة. تم تحديد مجال تطبيق هذا النوع من المعرفة بإيجاز.

إروين شرودنغر

يتم الآن استخدام القط سيئ السمعة ، وهو ليس حيًا ولا ميتًا ، في كل مكان. تُصنع الأفلام عنه ، وتمت تسمية مجتمعات الفيزياء والحيوانات باسمه ، بل هناك ماركة ملابس من هذا القبيل. لكن في أغلب الأحيان يقصد الناس التناقض مع القطة المؤسفة. لكن بالنسبة لمنشئها ، إروين شرودنغر ، كقاعدة عامة ، فإنهم ينسون. ولد في فيينا ، التي كانت آنذاك جزءًا من النمسا-المجر. كان نجلًا لعائلة غنية ومتعلمة. أنتج والده رودولف مشمعًا واستثمر أموالًا في العلوم أيضًا. كانت والدته ابنة عالم كيميائي ، وكثيراً ما ذهب إروين للاستماع إلى محاضرات جده في الأكاديمية.

نظرًا لأن إحدى جدات العالم كانت امرأة إنجليزية ، فقد كان مهتمًا بها منذ الطفولة لغات اجنبيةوكان يجيد اللغة الإنجليزية. ليس من المستغرب أن يكون شرودنجر هو الأفضل في المدرسة كل عام ، وفي الجامعة كان يطرح أسئلة صعبة. في علم بداية القرن العشرين ، تم الكشف بالفعل عن التناقضات بين الفيزياء الكلاسيكية الأكثر قابلية للفهم وسلوك الجسيمات في العالم الدقيق والنانوي. لحل التناقضات الناشئة وألقى بكل قوته

المساهمة في العلم

بادئ ذي بدء ، من الجدير بالقول أن هذا الفيزيائي كان منخرطًا في العديد من مجالات العلوم. ومع ذلك ، عندما نقول "نظرية شرودنغر" ، فإننا لا نعني الوصف المتماسك رياضيًا للون الذي أنشأه ، بل نعني مساهمته في ميكانيكا الكم. في تلك الأيام ، سارت التكنولوجيا والتجربة والنظرية جنبًا إلى جنب. تطور التصوير الفوتوغرافي ، وتم تسجيل الأطياف الأولى ، واكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي. العلماء الذين تلقوا النتائج تفاعلوا عن كثب مع المنظرين: لقد اتفقوا ، واستكملوا بعضهم البعض ، وجادلوا. تم إنشاء مدارس وفروع جديدة للعلوم. بدأ العالم يلعب بألوان مختلفة تمامًا ، وتلقت البشرية ألغازًا جديدة. على الرغم من تعقيد الجهاز الرياضي ، لوصف نظرية شرودنغر ، لغة بسيطةيمكن.

عالم الكم سهل!

من المعروف الآن أن مقياس الأشياء المدروسة يؤثر بشكل مباشر على النتائج. الأشياء المرئية للعين تخضع لمفاهيم الفيزياء الكلاسيكية. تنطبق نظرية شرودنغر على أجسام بحجم مائة في مائة نانومتر وأقل. وغالبًا نحن نتكلمبشكل عام حول الذرات الفردية والجسيمات الأصغر. لذلك ، فإن كل عنصر من عناصر الأنظمة الدقيقة له خصائص كل من الجسيم والموجة (ثنائية موجة الجسيمات). من العالم المادي ، تتميز الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وما إلى ذلك بالكتلة والقصور الذاتي والسرعة والتسارع المرتبط بها. من الموجة النظرية - معلمات مثل التردد والرنين. من أجل فهم كيف يكون هذا ممكنًا في نفس الوقت ، ولماذا لا ينفصلان عن بعضهما البعض ، احتاج العلماء إلى إعادة النظر في الفكرة الكاملة لبنية المواد بشكل عام.

تشير نظرية شرودنغر إلى أن هاتين الخاصيتين مرتبطتين رياضيًا من خلال بنية تسمى وظيفة الموجة. أدى العثور على وصف رياضي لهذا المفهوم إلى حصول شرودنغر على جائزة نوبل. ومع ذلك ، فإن المعنى المادي الذي نسبه إليها المؤلف لم يتطابق مع أفكار بور وسومرفيلد وهايزنبرغ وآينشتاين ، الذين أسسوا ما يسمى بتفسير كوبنهاغن. هذا هو المكان الذي جاءت منه مفارقة القط.

وظيفة الموجة

عندما يتعلق الأمر بالعالم المصغر الجسيمات الأوليةتفقد معنى المفاهيم المتأصلة في المقاييس الكبيرة: الكتلة والحجم والسرعة والحجم. والاحتمالات غير المستقرة تأتي من تلقاء نفسها. لا يمكن لأي شخص أن يثبت كائنات ذات أبعاد كهذه - فقط طرق الدراسة غير المباشرة متاحة للناس. على سبيل المثال ، خطوط الضوء على شاشة أو فيلم حساس ، وعدد النقرات ، وسماكة الفيلم المرشوشة. كل شيء آخر هو مجال الحسابات.

تستند نظرية شرودنغر على المعادلات التي استنتجها هذا العالم. ومكونها المتكامل هو الدالة الموجية. يصف بشكل لا لبس فيه نوع وخصائص الكم للجسيم قيد الدراسة. يُعتقد أنه يُظهر حالة الإلكترون ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، هي نفسها ، على عكس أفكار مؤلفها ، الحس الماديلا يمتلك. إنها مجرد أداة رياضية يدوية. منذ مقالتنا تقدم نظرية شرودنغر بكلمات بسيطة، لنفترض أن مربع الدالة الموجية يصف احتمال العثور على النظام في حالة محددة مسبقًا.

القط كمثال لكائن ماكرو

بهذا التفسير الذي يسمى كوبنهاغن ، لم يوافق المؤلف نفسه حتى نهاية حياته. كان يشعر بالاشمئزاز من غموض مفهوم الاحتمال ، وأصر على رؤية الوظيفة نفسها ، وليس مربعها.

وكمثال على عدم تناسق مثل هذه الأفكار ، جادل في أنه في هذه الحالة سيؤثر العالم الصغير على الكائنات الكبيرة. تقول النظرية ما يلي: إذا تم وضع كائن حي (على سبيل المثال ، قطة) وكبسولة بها غاز سام في صندوق مغلق ، يفتح في حالة تحلل عنصر إشعاعي معين ، ويظل مغلقًا إذا لم يحدث التسوس ، ثم قبل ذلك. فتح الصندوق نحصل على مفارقة. وفقًا لمفاهيم الكم ، فإن ذرة عنصر مشع سوف تتحلل باحتمالية معينة خلال فترة زمنية معينة. وهكذا ، قبل الاكتشاف التجريبي ، كانت الذرة سليمة وليست في نفس الوقت. وكما تقول نظرية شرودنجر ، بنفس الدرجة من الاحتمال ، فإن القطة ميتة وغير حية. وهذا ، كما ترى ، سخيف ، لأننا بعد أن فتحنا الصندوق ، سنجد حالة واحدة فقط للحيوان. وفي حاوية مغلقة ، بجوار الكبسولة القاتلة ، يكون القط إما ميتًا أو على قيد الحياة ، لأن هذه المؤشرات منفصلة ولا تتضمن خيارات وسيطة.

هناك تفسير ملموس ولكن لم يتم إثباته بالكامل بعد لهذه الظاهرة: في غياب الشروط المحددة للوقت لتحديد الحالة المحددة لقطط افتراضية ، فإن هذه التجربة هي بلا شك متناقضة. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام قواعد ميكانيكا الكم للكائنات الكبيرة. لم يكن من الممكن حتى الآن رسم خط دقيق بين العالم المصغر والعادي. ومع ذلك ، فإن حيوانًا بحجم قطة هو بلا شك كائن ماكرو.

تطبيقات ميكانيكا الكم

بالنسبة إلى أي ظاهرة ، حتى نظرية ، يطرح السؤال حول كيف يمكن أن تكون قطة شرودنغر مفيدة. نظرية الانفجار العظيم ، على سبيل المثال ، تستند بدقة إلى العمليات المتضمنة في هذه التجربة الفكرية. كل ما يتعلق بالسرعات الفائقة ، والبنية فائقة الصغر للمادة ، ودراسة الكون على هذا النحو ، يمكن تفسيرها ، من بين أمور أخرى ، من خلال ميكانيكا الكم.

في عام 1935 ، نشر إريك شرودنجر ، أحد المعارضين المتحمسين لميكانيكا الكم الناشئة حديثًا ، مقالًا يهدف إلى إدانة وإثبات فشل فرع جديد من تطور الفيزياء.

جوهر المقال إجراء تجربة فكرية:

1. يتم وضع قطة حية في صندوق مغلق تمامًا.
2. يتم وضع عداد جيجر الذي يحتوي على ذرة مشعة واحدة بجانب القط.
3. قارورة مملوءة بالحمض متصلة مباشرة بعداد جيجر.
4. سيؤدي التحلل النهائي للذرة المشعة إلى إطلاق عداد جايجر ، والذي بدوره سيكسر القارورة وسيقتل الحمض الذي ينسكب منه القط.
5. هل سيعيش القط أو يموت إذا كان مع مثل هؤلاء الجيران غير المريحين؟
6. يتم تخصيص ساعة واحدة للتجربة.

إجابة على هذا السؤالوتم استدعاؤهم لإثبات تناقض نظرية الكم ، التي تقوم على التراكب: قانون التناقض - كل الجسيمات الدقيقة في عالمنا موجودة دائمًا في حالتين في نفس الوقت ، حتى تبدأ في ملاحظتها.

بمعنى أنه في مكان مغلق (نظرية الكم) ، فإن قطتنا ، مثل جارتها التي لا يمكن التنبؤ بها - ذرة ، موجودة بشكل متزامن في ولايتين:

1. قطة حية وميتة في نفس الوقت.
2. تتعفن ، وفي نفس الوقت لا تتحلل ذرة.

وهو ، وفقًا للفيزياء الكلاسيكية ، سخافة تامة. من المستحيل أن توجد مثل هذه الأشياء المتنافية لبعضها البعض في وقت واحد.

وهذا صحيح ، ولكن فقط من وجهة نظر الكون. في حين أن قوانين مختلفة تمامًا تعمل في العالم المصغر ، وبالتالي كان شرودنجر مخطئًا عند تطبيق قوانين العالم الكبير على العلاقات داخل العالم المصغر. عدم إدراك أن الملاحظة الهادفة للشكوك المستمرة للعالم المجهري تقضي على هذا الأخير.

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

وقد أثبت ذلك عالم فيزياء أمريكي من جامعة أركنساس ، آرت هوبسون. وفقًا لنظريته ، إذا قمت بدمج نظام دقيق (ذرة مشعة) مع نظام كبير (عداد جيجر) ، فإن الأخير سيكون بالتأكيد مشبعًا بحالة التشابك الكمي للأول ويدخل في التراكب. وبما أننا لا نستطيع أن نلاحظ هذه الظاهرة بشكل مباشر ، فإنها ستصبح غير مقبولة بالنسبة لنا (كما جادل شرودنغر).

لذلك ، اكتشفنا أن الذرة وعداد الإشعاع في نفس التراكب. ثم من أو ماذا ، لهذا النظام ، يمكن أن يسمى قطة؟ إذا كنت تفكر بشكل منطقي ، فإن القطة ، في هذه الحالة ، تصبح مؤشرًا على حالة النواة المشعة (ببساطة - مؤشر):

1. القط على قيد الحياة ، واللب لم يتفكك.
2. ماتت القطة ، وتفكك قلبها.

ومع ذلك ، يجب أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن القطة هي أيضًا جزء من نظام واحد ، لأنها أيضًا داخل الصندوق. لذلك ، وفقًا لنظرية الكم ، فإن القط في حالة اتصال غير محلي بالذرة ، أي مشوش، وبالتالي في تراكب العالم الصغير.

ويترتب على ذلك أنه مع حدوث تغيير مفاجئ في أحد كائنات النظام ، فإنه سيحدث أيضًا مع كائن آخر ، بغض النظر عن المسافة بينهما. يثبت التغيير الفوري في حالة كلا الجسمين أننا نتعامل مع نظام واحد ، يقسم ببساطة بواسطة الفضاء إلى جزأين.

لذلك ، يمكننا أن نقول بثقة أن قطة شرودنجر إما أن تكون على قيد الحياة مؤقتًا إذا لم تتحلل الذرة ، أو ماتت إذا كانت الذرة قد تلفت.

ومع ذلك ، بفضل تجربة شرودنجر الفكرية ، تم إنشاء جهاز رياضي يصف تراكب العالم الصغير. تم العثور على هذه المعرفة تطبيق واسعفي التشفير وتقنيات 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 شرودنغر" في رواية لوكيانينكو "آخر ساعة".
2. في الرواية البوليسية Dirk Gently's Detective Agency بواسطة Douglas Adams ، هناك مناقشة حية لمشكلة قطة شرودنغر.
3. في رواية آر إي هاينلين "القط يمر عبر الجدران" ، الشخصية الرئيسية، قطة ، بشكل شبه دائم في حالتين في نفس الوقت.
4. تحب قط شيشاير الشهير لويس كارول في مغامرات أليس في بلاد العجائب الظهور في عدة أماكن في وقت واحد.
5. في رواية فهرنهايت 451 ، أثار راي برادبري مسألة قطة شرودنغر ، على شكل كلب ميكانيكي حي ميت.
6. في The Mage Healer ، يصف كريستوفر ستاشيف رؤيته لقط شرودنغر بطريقة غريبة للغاية.

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

للأسف ، أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير ، لكنني لم أكن أعرف على الإطلاق ما يعنيه ، وعلى الأقل ما هو الموضوع الذي تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة ...

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

نُشر المقال الأصلي الذي كتبه إروين شرودنغر في عام 1935. هنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية ، جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر كمية ضئيلة مادة مشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في غضون ساعة ، ولكن بنفس الاحتمالية قد لا تتحلل ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.

إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (العفو عن التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. يوجد فرق بين الصورة المشوشة أو الخارجة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.

بعبارات أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث تفكك النواة ، فإن القط يبقى على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. تخبرنا ميكانيكا الكم ، كما كانت ، أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في الحالة "لقد اضمحل اللب ، ومات القط" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" باحتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة الاضمحلال للنواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة للكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة".

الجوهر في لغة الإنسان: أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ، وإما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القط يجب أن يكون بالضرورة إما على قيد الحياة أو ميتًا (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة نواة ذرية. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار العظيم بين شيلدون وبيني.

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية لفيزياء الكم: وفقًا لقوانينها ، توجد الجسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و "ميتة" ، إذا كنت تتذكر القط طويل المعاناة). تسمى هذه الحالات بالتراكب.

قدم الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون (Art Hobson) من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"القياسات في فيزياء الكمتعتمد على تشغيل بعض الأجهزة العيانية ، مثل عداد جيجر ، الذي يحدد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) ببعض الأجهزة العيانية التي تميز بين حالتين مختلفتين من النظام ، فإن الجهاز (عداد جيجر ، على سبيل المثال) سوف يدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في نفس الوقت في تراكبين. ومع ذلك ، من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة مباشرة ، مما يجعلها غير مقبولة "، كما يقول الفيزيائي.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر ، تلعب القطة دور جهاز مجهري ، عداد جيجر ، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة تسوس أو "عدم تحلل" هذه النواة. في هذه الحالة ، ستكون القطة الحية مؤشرًا على "عدم التسوس" ، والقط الميت - مؤشر على التسوس. لكن وفقًا لنظرية الكم ، يجب أن يكون القط ، مثل النواة ، في تراكبين من الحياة والموت.

بدلاً من ذلك ، وفقًا للفيزيائي ، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة ، مما يعني أنهما على "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. بمعنى ، إذا تغيرت حالة أحد الكائنات المتشابكة فجأة إلى العكس ، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا بنفس الطريقة ، بغض النظر عن المسافة بينهما. في نفس الوقت ، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لهذه النظرية الكمومية.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمومي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون هناك وقت للإشارة الضوئية أو الكهرومغناطيسية لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه كائن واحد مقسم إلى جزأين حسب المساحة ، بغض النظر عن المسافة بينهما ، "يشرح هوبسون.

لم يعد قط شرودنغر حيًا وميتًا في نفس الوقت. يموت إذا حدث الاضمحلال ، ويكون حيا إذا لم يحدث التفسخ أبدا.

نضيف أن حلولًا مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدى الثلاثين عامًا الماضية ، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وظلت غير ملحوظة في المجتمع العلمي الواسع. يلاحظ هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم ، على الأقل من الناحية النظرية ، ضروري للغاية لفهمها العميق.

شرودنغر

ومؤخراً فقط ، أوضحت النظريات كيف تقتل الجاذبية قط شرودنجر ، لكن هذا بالفعل أكثر تعقيدًا ...

كقاعدة عامة ، يشرح الفيزيائيون الظاهرة القائلة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات ، ولكنه مستحيل مع القطط أو الأجسام الكبيرة الأخرى ، والتداخل من بيئة. عندما يمر كائن كمي عبر حقل أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية ، فإنه يفترض فورًا حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هكذا ينهار التراكب ، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة ما عزل الكائن الكبير ، الذي هو في حالة تراكب ، عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى ، فإنه سيظل عاجلاً أم آجلاً يأخذ حالة واحدة. على الأقل ، هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما في الفضاء بين النجوم ، ربما يكون لدى القطة فرصة للحفاظ على التماسك الكمي ، لكن هذا غير محتمل على الأرض أو بالقرب من أي كوكب. والسبب في ذلك هو الجاذبية "، كما يشرح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، إيغور بيكوفسكي (إيغور بيكوفسكي) من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يجادل بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا بأن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة ، وبالتالي فإننا لا نلاحظ مثل هذه الظواهر في الكون الكبير. بالمناسبة ، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في الفيلم الطويل Interstellar.

اينشتاين النظرية العامةالنسبية تقول ذلك للغاية جسم ضخمسوف ينحني الزمكان بالقرب من نفسه. بالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر ، يمكننا القول أنه بالنسبة لجزيء يتم وضعه بالقرب من سطح الأرض ، فإن الوقت سيكون أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

بسبب تأثير الجاذبية على الزمكان ، فإن الجزيء الذي يقع تحت هذا التأثير سيختبر انحرافًا في موقعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر أيضًا على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء ، والتي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال جزيء في حالة تراكب كمي لموقعين ، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر قريبًا الجزيء على "اختيار" واحد فقط من الموضعين في الفضاء.

يوضح بيكوفسكي: "في معظم الحالات ، ترتبط ظاهرة فك الترابط بتأثير خارجي ، ولكن في هذه الحالة ، يتفاعل الاهتزاز الداخلي للجسيمات مع حركة الجزيء نفسه".

لم يتم ملاحظة هذا التأثير بعد ، منذ مصادر أخرى لفك الترابط ، مثل المجالات المغناطيسية, الإشعاع الحراريوتميل الاهتزازات إلى أن تكون أقوى بكثير ، وتتسبب في انهيار الأنظمة الكمومية قبل وقت طويل من حدوث الجاذبية. لكن المجربين يميلون إلى اختبار الفرضية المذكورة.

يمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك ، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول ، سيختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الوقت على "ارتفاعات" مختلفة من المسار ، بينما في الثاني ، قد يكون التراكب الكمي ثابر.

لا تخسر.اشترك واحصل على رابط للمقال في بريدك الإلكتروني.

بالتأكيد سمعت أكثر من مرة أن هناك ظاهرة مثل "قطة شرودنغر". ولكن إذا لم تكن فيزيائيًا ، فعلى الأرجح أنك تتخيل فقط عن بُعد نوع القط ولماذا هناك حاجة إليه.

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

في هذه المقالة ، تم إجراء محاولة لشرح جوهر نظرية شرودنجر حول القط وميكانيكا الكم بعبارات بسيطة ، بحيث يمكن الوصول إليها من قبل شخص ليس لديه تعليم تقني عالي. ستقدم المقالة أيضًا تفسيرات مختلفة للتجربة ، بما في ذلك تلك من سلسلة Big Bang Theory.

وصف التجربة

ظهرت المقالة الأصلية التي كتبها إروين شرودنغر في عام 1935. في ذلك ، تم وصف التجربة باستخدام أو حتى تجسيد:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية ، جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون مستقلة عن تدخل القط): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل فيها ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمال قد لا ينهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.

إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان الانحلال الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (العفو عن التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. يوجد فرق بين الصورة المشوشة أو الخارجة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.

بعبارات أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث تفكك النواة ، فإن القط يبقى على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. تخبرنا ميكانيكا الكم ، كما كانت ، أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في الحالة "لقد اضمحل اللب ، ومات القط" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" باحتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة الاضمحلال للنواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة للكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

شرح بكلمات بسيطة

وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة".

الجوهر في لغة الإنسان: أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ، وإما أن يصبح القط ميتًا أو يبقى على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون بالضرورة على قيد الحياة أو ميتة (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).

فيديو من The Big Bang Theory

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر من نظرية الانفجار العظيم ، الذي تحدث إلى جار بيني الأقل تعليماً. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار العظيم بين شيلدون وبيني.

هل كانت القطة لا تزال على قيد الحياة نتيجة التجربة؟

بالنسبة لأولئك الذين لم يقرؤوا المقال بعناية ، لكنهم ما زالوا قلقين بشأن القطة - خبر سار: لا تقلق ، وفقًا لبياناتنا ، نتيجة تجربة فكرية قام بها عالم فيزياء نمساوي مجنون

لم تُصاب قطة واحدة