• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Schrodingers katt (förenklad): Vad är det och varför är det viktigt?

    1935 - två år efter att ha vunnit Nobelpriset för sina bidrag till kvantefysik - föreslog den österrikiska fysikern Erwin Schrödinger det berömda tankeexperimentet som kallas Schrödingers kattparadox.
    Vad är Schrödingers kattparadox?

    Paradoxen är en av de mest kända sakerna om kvantmekanik i populärkulturen, men det är inte bara ett surrealistiskt och roligt sätt att beskriva hur kvantvärlden beter sig, den slår faktiskt till en viktig kritik av den dominerande tolkningen av kvant mekanik.

    Den varar för att den föreslår den absurda idén om en samtidigt levande och död katt, men den har viss filosofisk vikt, eftersom det på något sätt verkligen är något som kvantmekanik kan föreslå är möjligt.

    Schrödinger kom med tankesperimentet av just detta skäl. Liksom många andra fysiker var han inte helt nöjd med Köpenhamns tolkning av kvantmekanik, och han letade efter ett sätt att förmedla vad han såg som den centrala bristen i det som ett sätt att beskriva verkligheten.
    The Copenhagen Interpretation av kvantmekanik -

    Köpenhamnstolkningen av kvantmekanik är fortfarande det mest accepterade försöket att förstå vad kvantfysik faktiskt betyder i fysisk mening.

    Det säger i huvudsak att vågfunktionen (som beskriver en partikelns tillstånd) och Schrödinger-ekvationen (som du använder för att bestämma vågfunktionen) berättar allt du kan veta om ett kvanttillstånd. Det kan låta rimligt till en början, men det innebär många saker om verklighetens natur som inte sitter bra hos många människor.

    Till exempel sprider en partikels vågfunktion över rymden, och så Köpenhamn tolkning säger att en partikel inte har en definitiv plats förrän en mätning har gjorts.

    När du gör en mätning orsakar du vågfunktion kollapsar, och partikeln faller direkt in i ett av flera möjliga tillstånd, och detta kan bara förutsägas i termer av en sannolikhet.

    Tolkningen säger att kvantpartiklar faktiskt inte har värden på observerbara som position, momentum eller spin förrän en observation görs. De finns i en rad potentiella tillstånd, i det som kallas en "superposition" och kan i huvudsak betraktas som alla på en gång, även om de är viktiga för att erkänna att vissa stater är mer troliga än andra.

    ta denna tolkning striktare än andra - till exempel kan vågfunktionen helt enkelt ses som en teoretisk konstruktion som gör det möjligt för forskare att förutsäga resultaten av experiment - men det är i stort sett hur tolkningen ser kvantteorin.
    Schrödingers Cat

    I tankeexperimentet föreslog Schrödinger att placera en katt i en låda, så den gömdes för observatörer (du kan föreställa dig att detta också är en ljudisolerad låda) tillsammans med en injektionsflaska med gift. Giftflaskan är riggad för att bryta och döda katten om en viss kvanthändelse äger rum, vilket Schrödinger ansåg vara förfallet av en radioaktiv atom som kan upptäckas med en Geiger-räknare.

    Som en kvantprocess, tidpunkten för radioaktivt förfall kan inte förutsägas i något specifikt fall, bara som ett genomsnitt över många mätningar. Så med inget sätt att faktiskt upptäcka förfallet och injektionsflaskan med giftbrytning, finns det bokstavligen inget sätt att veta om det har hänt i experimentet.

    På samma sätt som partiklar inte anses vara i en speciell plats före mätning i kvantteorin, men en kvantsuperposition av möjliga tillstånd, kan den radioaktiva atomen anses vara i en superposition av "förfallna" och "inte förfallna."

    Sannolikheten för var och en kan vara förutspådde till en nivå som skulle vara korrekt under många mätningar men inte för ett specifikt fall. Så om den radioaktiva atomen är i en superposition och kattens liv helt beror på detta tillstånd, betyder det att kattens tillstånd också är i superposition av tillstånd? Med andra ord, är katten i en kvantsuperposition av levande och döda?

    Händer superpositionen av tillstånd bara på kvantnivå, eller visar tankeexperimentet att den logiskt bör tillämpas på makroskopiska objekt också? Om det inte kan gälla för makroskopiska objekt, varför inte? Och mest av allt: Är inte allt lite löjligt?
    Varför är det viktigt?

    Tankeexperimentet kommer till kvantmekanikens filosofiska hjärta. I ett lättförståeligt scenario läggs de potentiella problemen med Köpenhamnstolkningen kala och förespråkarna förklaras kvar med några förklaringar att göra. En av orsakerna till att den hålls i populärkulturen är utan tvekan att den på ett levande sätt visar skillnaden mellan hur kvantmekanik beskriver kvantpartiklarnas tillstånd och hur du beskriver makroskopiska objekt.

    Men det tar också upp tanken om vad du menar med ”mätning” i kvantmekanik. Detta är ett viktigt begrepp, eftersom processen för vågfunktion kollaps beror i grund och botten på om något har observerats.

    Behöver människor fysiskt observera resultatet av en kvanthändelse (till exempel att läsa Geiger-räknaren), eller behöver den helt enkelt interagera med något makroskopiskt? Med andra ord, är katten en "mätanordning" i det här scenariot - är det hur paradoxen löses?

    Det finns inget svar på dessa frågor som är allmänt accepterade. Paradoxen fångar perfekt vad det handlar om kvantmekanik som är svår att mage för människor som är vana vid att uppleva den makroskopiska världen, och faktiskt, vars hjärnor i slutändan utvecklats för att förstå världen där du lever och inte världen av subatomära partiklar.
    EPR-paradoxen

    EPR-paradoxen är ett annat tankeexperiment som syftar till att visa problem med kvantmekanik, och det fick sitt namn efter Albert Einstein, Boris Podolsky och Nathan Rosen, som tänkte fram paradoxen. Detta hänför sig till kvantförvirring, som Einstein känt känt som "spöklik handling på avstånd."

    I kvantmekanik kan två partiklar "förfiltras", så att något av paret inte kan beskrivas utan referens till den andra - deras kvanttillstånd beskrivs av en delad vågfunktion som inte kan separeras i en för en partikel och en för en annan.

    Till exempel kan två partiklar i ett specifikt intrasslat tillstånd ha sin "snurr" uppmätt, och om en mäts som att ha snurrat "upp", måste den andra ha snurrat "ner" och vice versa, även om detta inte fastställs i förväg.

    Det här är lite svårt att acceptera , men vad händer om, EPR-paradoxen föreslår, de två partiklarna separerades med ett stort avstånd. Den första mätningen görs och avslöjar "snurra ner", men sedan mycket kort efteråt (så snabbt att till och med en ljussignal inte kunde ha kört från en plats till en annan i tid) görs en mätning på den andra partikeln.

    Hur vet den andra partikeln resultatet av den första mätningen om det är omöjligt för en signal att ha färdats mellan de två?

    Einstein trodde att detta var ett bevis på att kvantmekanik var "ofullständig," och att det fanns ”dolda variabler” på spel som skulle förklara till synes ologiska resultat som dessa. 1964 fann John Bell dock ett sätt att testa förekomsten av de dolda variablerna som Einstein föreslog och fann en ojämlikhet som, om den är trasig, skulle bevisa att resultatet inte kunde uppnås med en dold variabelteori.

    Experiment utförda på grundval av detta har funnit att Bells ojämlikhet är trasig, och paradoxen är därför bara en annan aspekt av kvantmekanik som verkar vara konstig men helt enkelt är hur kvantmekaniken fungerar.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com