Welches Tier wird in Schrödingers Experiment erwähnt? Die Geschichte von Schrödingers Katze, die für die Wissenschaft litt. Oder er wurde nicht verletzt – da sind sich die Physiker noch immer nicht einig. Ein paar Worte zur Quantenmechanik

ist ein Gedankenexperiment des Physikers Erwin Schrödinger, dessen Kern darin besteht, dass die Katze in der Kiste sowohl lebendig als auch tot ist. Damit bewies der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen.

Herkunft

Der österreichische theoretische Physiker Erwin Schrödinger schrieb 1935 in dem Artikel „Die aktuelle Situation in Quantenmechanik Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik schlug in der Publikation „Naturwissenschaften“ ein Experiment mit einer Katze in einer Kiste vor.

Wir nehmen die Katze und legen sie in die Kiste. Die Kiste enthält einen Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas. Die Wahrscheinlichkeit eines nuklearen Zerfalls liegt bei 50 %; in diesem Fall öffnet sich der Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn keine Fäulnis auftritt, lebt die Katze. Nach den Grundlagen der Quantenmechanik befindet sich die Katze vor dem Öffnen der Schachtel in einem Zustand der Quantenüberlagerung – also in allen Zuständen gleichzeitig.

Es stellt sich heraus, dass eine Katze im „Cat-Core“-System mit der gleichen Wahrscheinlichkeit von 50 % lebend oder tot sein kann. Oder er ist gleichzeitig lebendig und tot.

Popularität im Internet

Das Thema Schrödingers Katze wurde erstmals im Mai 1990 im Internet im sci.physics-Forum des Usenet diskutiert. Am 9. August 2000 wurde im Straight Dope Q&A-Forum ein Gedicht über Schrödingers Katze veröffentlicht.

Im August 2004 begann der Online-Shop ThinkGeek mit dem Verkauf von T-Shirts mit der Aufschrift „Schrödingers Katze starb“.

Am 4. Januar 2006 wurde ein Schrödinger-Comic in der Xkcd-Comicreihe veröffentlicht.

„ – Das letzte Panel dieses Comics ist lustig und unwitzig zugleich. Bis man es liest, kann man nicht sagen, wie es am Ende ausgehen wird.

- Mist"

Am 2. Juni 2007 veröffentlichte die Website „I Can Has Cheezburger“ ein Bild einer Katze in einer Kiste mit der Überschrift: „In deiner Quantenbox … eine Katze … vielleicht.“

Der krönende Abschluss der Popularität von Schrödingers Katze war ein ihm gewidmetes Google Doodle, das am 12. August 2013, dem Tag von Erwin Schrödingers 126. Geburtstag, erschien.

Referenzen zur Populärkultur

Eine bedeutende Rolle bei der Popularisierung von Schrödingers Katze in der Populärkultur spielten Filme, Fernsehserien, Bücher und Computerspiele, in denen dieses Experiment erwähnt wurde. Lassen Sie uns nur einige Beispiele nennen.

In Folge 16 der sechsten Staffel von Futurama nimmt die Polizei Schrödinger und seine Katze fest.

In der zweiten Folge der ersten Staffel von „Rick und Morty“ treffen die Hauptfiguren in einer Parallelrealität auf Schrödingers Katzen.

Sheldon Cooper nutzte in „The Big Bang Theory“ Schrödingers Katzentheorie, um Penny zu erklären, wie Beziehungen zwischen Männern und Frauen funktionieren.

Bedeutung

Schrödingers Katze ist nicht nur ein Internet-Meme, sondern auch ein Held der Populärkultur. Die Katze, die sowohl lebendig als auch tot ist, symbolisiert eine gewisse Doppeldeutigkeit. An Schrödinger erinnert man sich, wenn etwas sowohl lustig als auch nicht lustig ist oder wenn etwas sowohl verboten als auch erlaubt ist. Beispielsweise ist eine Ampel, an der gleichzeitig rotes und grünes Licht leuchten, eine Schrödinger-Ampel.

Galerie

Der Artikel beschreibt, was Schrödingers Theorie ist. Der Beitrag dieses großen Wissenschaftlers dazu moderne Wissenschaft und beschreibt auch ein Gedankenexperiment, das er über eine Katze erfunden hat. Der Anwendungsbereich dieses Wissens wird kurz skizziert.

Erwin Schrödinger

Die berüchtigte Katze, die weder lebt noch tot ist, wird mittlerweile überall eingesetzt. Über ihn werden Filme gedreht, Communities rund um Physik und Tiere sind nach ihm benannt, es gibt sogar eine Bekleidungsmarke. Aber am häufigsten meinen die Leute das Paradoxon mit der unglücklichen Katze. Doch meist vergisst man seinen Schöpfer, Erwin Schrödinger. Er wurde in Wien geboren, das damals zu Österreich-Ungarn gehörte. Er war der Spross einer sehr gebildeten und wohlhabenden Familie. Sein Vater Rudolf produzierte Linoleum und investierte unter anderem Geld in die Wissenschaft. Seine Mutter war die Tochter eines Chemikers, und Erwin besuchte oft die Vorlesungen seines Großvaters an der Akademie.

Da eine der Großmütter des Wissenschaftlers Engländerin war, interessierte er sich dafür Fremdsprachen und beherrschte perfekt Englisch. Es ist nicht verwunderlich, dass Schrödinger in der Schule jedes Jahr der Beste seiner Klasse war und an der Universität schwierige Fragen stellte. Die Wissenschaft des frühen 20. Jahrhunderts hatte bereits Widersprüche zwischen der besser verständlichen klassischen Physik und dem Verhalten von Teilchen in der Mikro- und Nanowelt festgestellt. Ich habe meine ganze Kraft in die Lösung der aufkommenden Widersprüche gesteckt

Beitrag zur Wissenschaft

Zunächst ist es erwähnenswert, dass dieser Physiker in vielen Bereichen der Wissenschaft tätig war. Wenn wir jedoch „Schrödingers Theorie“ sagen, meinen wir nicht die von ihm geschaffene mathematisch harmonische Beschreibung der Farbe, sondern seinen Beitrag zur Quantenmechanik. Damals gingen Technik, Experiment und Theorie Hand in Hand. Die Fotografie entwickelte sich, die ersten Spektren wurden aufgenommen und das Phänomen der Radioaktivität entdeckt. Die Wissenschaftler, die die Ergebnisse erzielten, arbeiteten eng mit den Theoretikern zusammen: Sie waren sich einig, ergänzten sich und argumentierten. Es entstanden neue Schulen und Wissenschaftszweige. Die Welt begann in völlig anderen Farben zu funkeln und die Menschheit erhielt neue Geheimnisse. Trotz der Komplexität des mathematischen Apparats lässt sich Schrödingers Theorie wie folgt beschreiben: in einfacher Sprache Dürfen.

Die Quantenwelt ist einfach!

Es ist mittlerweile allgemein bekannt, dass die Größe der untersuchten Objekte einen direkten Einfluss auf die Ergebnisse hat. Für das Auge sichtbar Objekte unterliegen den Konzepten der klassischen Physik. Schrödingers Theorie ist auf Körper anwendbar, die einhundert mal einhundert Nanometer und kleiner messen. Und am häufigsten wir reden über im Allgemeinen über einzelne Atome und kleinere Teilchen. Jedes Element von Mikrosystemen hat also gleichzeitig die Eigenschaften eines Teilchens und einer Welle (Welle-Teilchen-Dualität). Aus der materiellen Welt werden Elektronen, Protonen, Neutronen usw. durch Masse und die damit verbundene Trägheit, Geschwindigkeit und Beschleunigung charakterisiert. Von der theoretischen Welle – Parameter wie Frequenz und Resonanz. Um zu verstehen, wie dies gleichzeitig möglich ist und warum sie untrennbar miteinander verbunden sind, mussten Wissenschaftler ihr gesamtes Verständnis der Struktur von Substanzen überdenken.

Schrödingers Theorie impliziert, dass diese beiden Eigenschaften mathematisch durch ein Konstrukt namens Wellenfunktion miteinander verbunden sind. Die mathematische Beschreibung dieses Konzepts brachte Schrödinger den Nobelpreis ein. Die physikalische Bedeutung, die der Autor ihm zuschrieb, stimmte jedoch nicht mit den Vorstellungen von Bohr, Sommerfeld, Heisenberg und Einstein überein, die die sogenannte Kopenhagener Interpretation begründeten. Hier entstand das „Katzenparadoxon“.

Wellenfunktion

Wenn es um Mikrokosmos geht Elementarteilchen, verlieren die den Makroskalen innewohnenden Konzepte ihre Bedeutung: Masse, Volumen, Geschwindigkeit, Größe. Und wackelige Wahrscheinlichkeiten kommen zum Tragen. Objekte dieser Größe sind für den Menschen unmöglich zu erfassen – dem Menschen stehen nur indirekte Untersuchungsmöglichkeiten zur Verfügung. Zum Beispiel Lichtstreifen auf einem empfindlichen Bildschirm oder Film, die Anzahl der Klicks, die Dicke des aufgesprühten Films. Alles andere ist der Bereich der Berechnungen.

Schrödingers Theorie basiert auf den Gleichungen, die dieser Wissenschaftler abgeleitet hat. Und ihr integraler Bestandteil ist die Wellenfunktion. Es beschreibt eindeutig die Art und die Quanteneigenschaften des untersuchten Teilchens. Es wird angenommen, dass es den Zustand beispielsweise eines Elektrons anzeigt. Sie selbst jedoch, entgegen den Vorstellungen ihrer Autorin, physikalische Bedeutung hat nicht. Es ist einfach ein praktisches mathematisches Werkzeug. Denn unser Artikel skizziert Schrödingers Theorie in einfachen Worten Nehmen wir an, dass das Quadrat der Wellenfunktion die Wahrscheinlichkeit beschreibt, das System in einem vorgegebenen Zustand zu finden.

Katze als Beispiel für ein Makroobjekt

Der Autor selbst war bis zu seinem Lebensende mit dieser Interpretation, die als Kopenhagener Interpretation bezeichnet wird, nicht einverstanden. Er war angewidert von der Unbestimmtheit des Wahrscheinlichkeitsbegriffs und bestand auf der Klarheit der Funktion selbst und nicht auf deren Quadrat.

Als Beispiel für die Inkonsistenz solcher Ideen argumentierte er, dass in diesem Fall die Mikrowelt Makroobjekte beeinflussen würde. Die Theorie lautet wie folgt: Wenn Sie einen lebenden Organismus (z. B. eine Katze) und eine Kapsel mit einem giftigen Gas in eine versiegelte Box legen, die sich öffnet, wenn ein bestimmtes radioaktives Element zerfällt, und geschlossen bleibt, wenn kein Zerfall stattfindet, dann Bevor wir die Schachtel öffnen, sehen wir ein Paradoxon. Nach Quantenkonzepten zerfällt ein Atom eines radioaktiven Elements mit einiger Wahrscheinlichkeit über einen bestimmten Zeitraum. Somit ist das Atom vor dem experimentellen Nachweis sowohl intakt als auch nicht intakt. Und wie Schrödingers Theorie besagt, ist die Katze mit der gleichen Wahrscheinlichkeit sowohl tot als auch ansonsten lebendig. Was, wie Sie sehen, absurd ist, denn wenn wir die Schachtel öffnen, finden wir nur einen Zustand des Tieres. Und in einem geschlossenen Behälter neben der tödlichen Kapsel ist die Katze entweder tot oder lebendig, da diese Indikatoren diskret sind und keine Zwischenoptionen implizieren.

Für dieses Phänomen gibt es eine spezifische, aber noch nicht vollständig bewiesene Erklärung: Da es keine zeitlich begrenzten Bedingungen gibt, um den spezifischen Zustand einer hypothetischen Katze zu bestimmen, ist dieses Experiment zweifellos paradox. Quantenmechanische Regeln können jedoch nicht auf Makroobjekte angewendet werden. Es ist noch nicht möglich, die Grenze zwischen der Mikrowelt und der gewöhnlichen Welt genau zu ziehen. Ein Tier von der Größe einer Katze ist jedoch zweifellos ein Makroobjekt.

Anwendung der Quantenmechanik

Wie bei jedem, auch theoretischen Phänomen stellt sich die Frage, welchen Nutzen Schrödingers Katze haben kann. Die Urknalltheorie beispielsweise basiert genau auf den Vorgängen, die sich auf dieses Gedankenexperiment beziehen. Alles, was mit ultrahohen Geschwindigkeiten, der ultrakleinen Struktur der Materie und der Erforschung des Universums als solchem zu tun hat, wird unter anderem durch die Quantenmechanik erklärt.

Im Jahr 1935 veröffentlichte Eric Schrödinger, ein glühender Gegner der neu entstehenden Quantenmechanik, einen Artikel, der angeblich die Widersprüchlichkeit des neuen Entwicklungszweigs der Physik aufdecken und beweisen sollte.

Der Kern des Artikels ist ein Gedankenexperiment durchführen:

Eine lebende Katze wird in eine vollständig verschlossene Box gelegt.
Neben der Katze wird ein Geigerzähler mit einem radioaktiven Atom platziert.
Ein mit Säure gefüllter Kolben wird direkt an den Geigerzähler angeschlossen.
Der mögliche Zerfall eines radioaktiven Atoms aktiviert den Geigerzähler, der wiederum den Kolben zerbricht und die aus ihm austretende Säure die Katze tötet.
Bleibt die Katze am Leben oder stirbt sie, wenn sie bei solch unbequemen Nachbarn bleibt?
Für das Experiment ist eine Stunde vorgesehen.

Antwort auf diese Frage und wurde aufgefordert, die Inkonsistenz zu beweisen Quantentheorie, das auf Überlagerung basiert: dem Gesetz des Paradoxons – alle Mikroteilchen unserer Welt befinden sich immer gleichzeitig in zwei Zuständen, bis sie beobachtet werden.

Das heißt, unsere Katze befindet sich in einem geschlossenen Raum (Quantentheorie) und ist gleichzeitig wie ihr unvorhersehbarer Nachbar, das Atom, anwesend in zwei Staaten:

Eine lebende und zugleich tote Katze.
Ein zerfallenes und gleichzeitig nicht zerfallenes Atom.

Was nach klassischer Physik völliger Unsinn ist. Die gleichzeitige Existenz solcher sich gegenseitig ausschließender Dinge ist unmöglich.

Und das ist richtig, aber nur aus der Sicht des Makrokosmos. Während in der Mikrowelt völlig andere Gesetze gelten, hat sich Schrödinger geirrt, als er die Gesetze der Makrowelt auf die Beziehungen innerhalb der Mikrowelt anwendete. Nicht zu verstehen, dass eine gezielte Beobachtung der anhaltenden Unsicherheiten der Mikrowelt letztere beseitigt.

Mit anderen Worten: Wenn wir ein geschlossenes System öffnen, in dem eine Katze zusammen mit einem radioaktiven Atom platziert wird, sehen wir nur einen der möglichen Zustände des Subjekts.

Dies wurde vom amerikanischen Physiker der University of Arkansas, Art Hobson, nachgewiesen. Wenn man seiner Theorie zufolge ein Mikrosystem (radioaktives Atom) mit einem Makrosystem (Geigerzähler) verbindet, wird letzteres notwendigerweise mit dem Zustand der Quantenverschränkung des ersteren durchdrungen und geht in eine Überlagerung über. Und da wir dieses Phänomen nicht direkt beobachten können, wird es für uns inakzeptabel (wie Schrödinger bewiesen hat).

Wir haben also herausgefunden, dass sich das Atom und der Strahlungszähler in derselben Überlagerung befinden. Wen oder was können wir dann in diesem System eine Katze nennen? Wenn wir logisch denken, wird die Katze in diesem Fall zum Indikator für den Zustand des radioaktiven Kerns (einfach ein Indikator):

Die Katze lebt, der Kern ist nicht verfallen.
Die Katze ist tot, der Kern ist zerfallen.

Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass die Katze ebenfalls Teil eines einzigen Systems ist, da sie sich ebenfalls in der Box befindet. Daher steht die Katze laut Quantentheorie in einer sogenannten nicht-lokalen Verbindung mit dem Atom, d.h. in einem verwirrten Zustand, also in einer Überlagerung der Mikrowelt.

Daraus folgt, dass bei einer plötzlichen Änderung an einem der Objekte des Systems dasselbe auch bei einem anderen Objekt passieren wird, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Eine augenblickliche Änderung des Zustands beider Objekte beweist, dass es sich um ein einziges System handelt, das einfach durch den Raum in zwei Teile geteilt wird.

Das bedeutet, dass wir mit Sicherheit sagen können, dass Schrödingers Katze sofort entweder lebendig ist, wenn das Atom nicht zerfallen ist, oder tot ist, wenn das Atom zerfallen ist.

Und doch war es Schrödingers Gedankenexperiment zu verdanken, dass ein mathematisches Gerät konstruiert wurde, das die Überlagerungen der Mikrowelt beschreibt. Dieses Wissen wurde gefunden Breite Anwendung in Kryptographie und Computertechnologie.

Abschließend möchte ich die unerschöpfliche Liebe aller Autoren und Kinos zum mysteriösen Paradoxon von „Schrödingers Katze“ hervorheben. Das ist einfach ein paar Beispiele:

Ein magisches Gerät namens „Schrödingers Katze“ in Lukjanenkos Roman „Die letzte Wache“.
Im Kriminalroman „Dirk Gently's Detective Agency“ von Douglas Adams wird das Problem von Schrödingers Katze lebhaft diskutiert.
In R. E. Heinleins Roman „Die Katze geht durch Wände“ Protagonist, eine Katze, befindet sich fast ständig in zwei Zuständen gleichzeitig.
Lewis Carrolls berühmte Grinsekatze aus dem Roman „Alice im Wunderland“ liebt es, an mehreren Orten gleichzeitig aufzutauchen.
Im Roman Fahrenheit 451 wirft Ray Bradbury das Thema Schrödingers Katze in Form eines lebenden, toten mechanischen Hundes auf.
Im Roman „Der heilende Magier“ beschreibt Christopher Stasheff auf sehr originelle Weise seine Vision von Schrödingers Katze.

Und viele andere bezaubernde, völlig unmögliche Ideen zu solch einem mysteriösen Gedankenexperiment.

Zu meiner Schande muss ich zugeben, dass ich diesen Ausdruck gehört habe, aber nicht wusste, was er bedeutete oder zu welchem Thema er verwendet wurde. Lassen Sie mich Ihnen sagen, was ich im Internet über diese Katze gelesen habe ...

« Shroedingers Katze„ – so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Preisträger ist Nobelpreis. Mit Hilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren Systemen zu makroskopischen Systemen zeigen.

Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Hier ist das Zitat:

Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze zusammen mit der folgenden teuflischen Maschine (die unabhängig vom Eingreifen der Katze existieren muss) in einer Stahlkammer einsperren: In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktive Substanz, so klein, dass nur ein Atom innerhalb einer Stunde zerfallen kann, aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit möglicherweise nicht zerfällt; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.

Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt. Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass die Unsicherheit zunächst begrenzt ist Atomwelt wird in makroskopische Unsicherheit umgewandelt, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.

Mit anderen Worten:

Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Box enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter wurden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kernzerfalls in einer Stunde 50 % beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich ein Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt die Katze gesund und munter.
Wir verschließen die Katze in einer Kiste, warten eine Stunde und stellen die Frage: Lebt die Katze oder ist sie tot?
Die Quantenmechanik scheint uns zu sagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantenüberlagerung). Bevor wir die Box öffnen, befindet sich das Cat-Core-System mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % im Zustand „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und mit a im Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. Wahrscheinlichkeit von 50 %. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.
Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze lebendig/tot ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Box zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.

Wenn der Kern eines Atoms laut Quantenmechanik nicht beobachtet wird, wird sein Zustand durch eine Mischung aus zwei Zuständen beschrieben – einem zerfallenen Kern und einem nicht zerfallenen Kern, also einer Katze, die in einer Kiste sitzt und den Kern eines Atoms verkörpert ist gleichzeitig lebendig und tot. Wenn die Schachtel geöffnet wird, kann der Experimentator nur einen bestimmten Zustand sehen: „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“

Das Wesentliche in der menschlichen Sprache: Schrödingers Experiment zeigte, dass die Katze aus quantenmechanischer Sicht sowohl lebendig als auch tot ist, was nicht sein kann. Daher weist die Quantenmechanik erhebliche Mängel auf.

Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten? Der Zweck des Experiments besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber keine Mischung aus beidem mehr ist. Da klar ist, dass eine Katze entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für Folgendes gelten: Atomkern. Es muss entweder verfallen oder unverwest sein (Wikipedia).

Eine weitere neuere Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist eine Geschichte, die Sheldon Cooper, der Held der Urknalltheorie, seiner weniger gebildeten Nachbarin Penny erzählte. Der Sinn von Sheldons Geschichte besteht darin, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf menschliche Beziehungen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau passiert, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin ist die Beziehung sowohl gut als auch schlecht.

Unten ist ein Videoclip dieses Urknalltheorie-Austauschs zwischen Sheldon und Penia.

Schrödingers Illustration ist das beste Beispiel, um das Hauptparadoxon der Quantenphysik zu beschreiben: Ihren Gesetzen zufolge existieren Teilchen wie Elektronen, Photonen und sogar Atome gleichzeitig in zwei Zuständen („lebendig“ und „tot“, wenn Sie sich daran erinnern). leidende Katze). Diese Zustände werden Superpositionen genannt.

Der amerikanische Physiker Art Hobson von der University of Arkansas (Arkansas State University) schlug seine Lösung für dieses Paradoxon vor.

„Messungen in Quantenphysik basieren auf der Funktionsweise bestimmter makroskopischer Geräte, beispielsweise eines Geigerzählers, mit deren Hilfe der Quantenzustand mikroskopischer Systeme – Atome, Photonen und Elektronen – bestimmt wird. Die Quantentheorie impliziert, dass wenn man ein mikroskopisches System (Teilchen) mit einem makroskopischen Gerät verbindet, das die beiden unterscheidet verschiedene Staaten System, dann geht das Gerät (z. B. der Geigerzähler) in einen Zustand der Quantenverschränkung über und befindet sich gleichzeitig in zwei Überlagerungen. Allerdings ist es unmöglich, dieses Phänomen direkt zu beobachten, was es inakzeptabel macht“, sagt der Physiker.

Hobson sagt, dass die Katze in Schrödingers Paradoxon die Rolle eines makroskopischen Geräts spielt, eines Geigerzählers, der mit einem radioaktiven Kern verbunden ist, um den Zustand des Zerfalls oder „Nicht-Zerfalls“ dieses Kerns zu bestimmen. In diesem Fall ist eine lebende Katze ein Indikator für „Nichtverfall“ und eine tote Katze ein Indikator für Verfall. Aber der Quantentheorie zufolge muss die Katze ebenso wie der Kern in zwei Überlagerungen von Leben und Tod existieren.

Stattdessen, sagt der Physiker, sollte der Quantenzustand der Katze mit dem Zustand des Atoms verschränkt sein, was bedeutet, dass sie in einer „nichtlokalen Beziehung“ zueinander stehen. Das heißt, wenn sich der Zustand eines der verschränkten Objekte plötzlich ins Gegenteil ändert, ändert sich auch der Zustand seines Paares, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Gleichzeitig verweist Hobson auf eine experimentelle Bestätigung dieser Quantentheorie.

„Das Interessanteste an der Theorie der Quantenverschränkung ist, dass die Zustandsänderung beider Teilchen sofort erfolgt: Kein Licht oder elektromagnetisches Signal hätte Zeit, Informationen von einem System zum anderen zu übertragen. Man kann also sagen, dass es sich um ein Objekt handelt, das durch den Raum in zwei Teile geteilt ist, egal wie groß der Abstand zwischen ihnen ist“, erklärt Hobson.

Schrödingers Katze ist nicht mehr gleichzeitig lebendig und tot. Er ist tot, wenn der Zerfall eintritt, und lebendig, wenn der Zerfall nie eintritt.

Fügen wir hinzu, dass in den letzten dreißig Jahren von drei weiteren Wissenschaftlergruppen ähnliche Lösungen für dieses Paradoxon vorgeschlagen wurden, diese jedoch nicht ernst genommen wurden und in breiten wissenschaftlichen Kreisen unbemerkt blieben. Hobson weist darauf hin, dass die Lösung der Paradoxien der Quantenmechanik, zumindest theoretisch, für ihr tiefgreifendes Verständnis unbedingt erforderlich ist.

Schrödinger

Aber erst kürzlich erklärten Theoretiker, wie die Schwerkraft Schrödingers Katze tötet, aber das ist komplizierter ...

In der Regel erklären Physiker das Phänomen, dass Überlagerung in der Welt der Teilchen möglich, bei Katzen oder anderen Makroobjekten jedoch unmöglich ist, durch Interferenz Umfeld. Wenn ein Quantenobjekt ein Feld durchquert oder mit zufälligen Teilchen interagiert, nimmt es sofort nur einen Zustand an – als ob es gemessen würde. Genau dadurch wird die Überlagerung zerstört, wie Wissenschaftler glaubten.

Aber selbst wenn es irgendwie möglich wäre, ein Makroobjekt in einem Überlagerungszustand von Wechselwirkungen mit anderen Teilchen und Feldern zu isolieren, würde es früher oder später immer noch einen einzigen Zustand annehmen. Zumindest gilt dies für Prozesse, die auf der Erdoberfläche ablaufen.

„Irgendwo im interstellaren Raum hätte eine Katze vielleicht eine Chance, die Quantenkohärenz aufrechtzuerhalten, aber auf der Erde oder in der Nähe eines anderen Planeten ist dies äußerst unwahrscheinlich. Und der Grund dafür ist die Schwerkraft“, erklärt der Hauptautor der neuen Studie, Igor Pikovski vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovsky und seine Kollegen von der Universität Wien argumentieren, dass die Schwerkraft eine destruktive Wirkung auf Quantenüberlagerungen von Makroobjekten hat und wir daher im Makrokosmos keine ähnlichen Phänomene beobachten. Das Grundkonzept der neuen Hypothese wird übrigens im Spielfilm „Interstellar“ kurz skizziert.

Einsteins allgemeine Theorie Die Relativitätstheorie sagt, dass es extrem ist massives Objekt wird die Raumzeit in seiner Nähe krümmen. Wenn wir die Situation auf einer kleineren Ebene betrachten, können wir sagen, dass die Zeit für ein Molekül, das sich in der Nähe der Erdoberfläche befindet, etwas langsamer vergeht als für ein Molekül, das sich in der Umlaufbahn unseres Planeten befindet.

Aufgrund des Einflusses der Schwerkraft auf die Raumzeit erfährt ein von diesem Einfluss betroffenes Molekül eine Abweichung seiner Position. Und dies wiederum sollte sich auf seine innere Energie auswirken – Schwingungen von Partikeln in einem Molekül, die sich im Laufe der Zeit ändern. Wenn ein Molekül in einen Zustand der Quantenüberlagerung zweier Orte gebracht würde, dann würde die Beziehung zwischen Ort und innerer Energie das Molekül bald dazu zwingen, nur einen der beiden Orte im Raum zu „wählen“.

„In den meisten Fällen ist das Phänomen der Dekohärenz mit äußeren Einflüssen verbunden, in diesem Fall interagiert jedoch die innere Schwingung der Teilchen mit der Bewegung des Moleküls selbst“, erklärt Pikovsky.

Dieser Effekt wurde bisher nicht beobachtet, da andere Dekohärenzquellen, wie z Magnetfelder, Wärmestrahlung und die Schwingungen sind normalerweise viel stärker und führen zur Zerstörung von Quantensystemen, lange bevor die Schwerkraft dies tut. Aber Experimentatoren bemühen sich, die Hypothese zu testen.

Ein ähnlicher Aufbau könnte auch verwendet werden, um die Fähigkeit der Schwerkraft zu testen, Quantensysteme zu zerstören. Dazu müssen vertikale und horizontale Interferometer verglichen werden: Im ersten Fall sollte die Überlagerung aufgrund der Zeitdilatation auf verschiedenen „Höhen“ des Pfads bald verschwinden, während im zweiten Fall die Quantenüberlagerung bestehen bleiben kann.

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Sicher haben Sie schon mehr als einmal gehört, dass es ein Phänomen wie „Schrödingers Katze“ gibt. Wenn Sie jedoch kein Physiker sind, haben Sie höchstwahrscheinlich nur eine vage Vorstellung davon, was für eine Katze das ist und warum sie benötigt wird.

« Shroedingers Katze„- so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Nobelpreisträger ist. Mit Hilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren Systemen zu makroskopischen Systemen zeigen.

Dieser Artikel ist ein Versuch, die Essenz von Schrödingers Theorie über die Katze und die Quantenmechanik in einfachen Worten zu erklären, sodass sie auch für Personen ohne höhere Bildung zugänglich ist technische Erziehung. Der Artikel stellt außerdem verschiedene Interpretationen des Experiments vor, unter anderem aus der TV-Serie „The Big Bang Theory“.

Beschreibung des Experiments

Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Darin wurde das Experiment beschrieben, indem oder sogar personifiziert:

Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze mit der folgenden teuflischen Maschine in einer Stahlkammer einsperren (was unabhängig vom Eingreifen der Katze der Fall sein sollte): In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, so klein, dass nur ein Atom in einer Stunde zerfallen kann. aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.

Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt. Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass sich die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in makroskopische Unsicherheit umwandelt, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.

Mit anderen Worten:

Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Box enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter wurden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kernzerfalls in einer Stunde 50 % beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich ein Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt die Katze gesund und munter.
Wir verschließen die Katze in einer Kiste, warten eine Stunde und stellen die Frage: Lebt die Katze oder ist sie tot?
Die Quantenmechanik scheint uns zu sagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantenüberlagerung). Bevor wir die Box öffnen, befindet sich das Cat-Core-System mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % im Zustand „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und mit a im Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. Wahrscheinlichkeit von 50 %. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.
Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze lebendig/tot ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Box zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.

Erklärung in einfachen Worten

Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten? Der Zweck des Experiments besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber keine Mischung aus beidem mehr ist. Da klar ist, dass eine Katze entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss entweder verfallen oder unverwest sein (Wikipedia).

Video aus der Urknalltheorie

Unten ist ein Videoclip dieses Urknalltheorie-Austauschs zwischen Sheldon und Penia.

Ist die Katze durch das Experiment am Leben geblieben?

Für diejenigen, die den Artikel nicht sorgfältig gelesen haben, sich aber dennoch Sorgen um die Katze machen, eine gute Nachricht: Machen Sie sich laut unseren Daten keine Sorgen, als Ergebnis eines Gedankenexperiments eines verrückten österreichischen Physikers

KEINE KATZE WURDE VERLETZT