Šrēdingera kaķis
Šrēdingera kaķis ir domas eksperiments par kvantu fiziku. Ervins Šrēdingers to ierosināja 1935. gadā, reaģējot uz kvantu fizikas Kopenhāgenas interpretāciju.
Šrēdingers raksta:
Var pat izveidot diezgan smieklīgus gadījumus. Tērauda kamerā ir ieslēgts kaķis un šāda ierīce (kas jāaizsargā pret tiešu kaķa iejaukšanos): Geigera skaitītājā ir mazs radioaktīvās vielas gabaliņš, tik mazs, ka stundas laikā, iespējams, sabrūk tikai viens no atomiem, bet ar tādu pašu varbūtību, iespējams, arī neviens; ja tas notiek, skaitītāja caurulīte izlādējas un caur releju palaiž āmuru, kas sadragā nelielu ciānūdeņražskābes kolbu. Ja visu šo sistēmu būtu atstājis vienu stundu, varētu teikt, ka kaķis joprojām ir dzīvs, ja pa to laiku neviens atoms nav sabrucis. Visas sistēmas psi-funkcija to izteiktu, ja tajā dzīvs un miris kaķis (piedodiet par izteicienu) būtu sajaukti vai izsmērēti vienādās daļās.
Šādos gadījumos ir raksturīgi, ka nenoteiktība, kas sākotnēji aprobežojās ar atomu jomu, pārveidojas par makroskopisku nenoteiktību, ko pēc tam var atrisināt ar tiešu novērošanu. Tas neļauj mums tik naivi pieņemt par spēkā esošu "neskaidru modeli" realitātes attēlošanai. Pats par sevi tas neietver neko neskaidru vai pretrunīgu. Pastāv atšķirība starp drebošu vai nefokusētu fotogrāfiju un momentuzņēmumu, kurā redzami mākoņi un miglas plankumi.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Pašreizējā situācija kvantu mehānikā), Naturwissenschaften
(tulkojis John D. Trimmer Amerikas filozofiskās biedrības izdevumā Proceedings of the American Philosophical Society)
Vienkāršiem vārdiem sakot, Šrēdingers apgalvoja, ka, ievietojot kaķi un kaut ko tādu, kas varētu nogalināt kaķi (radioaktīvu atomu) kastē un to aizzīmogojot, jūs nezinātu, vai kaķis ir dzīvs vai miris, līdz kastes atvēršanai, tātad līdz kastes atvēršanai kaķis (savā ziņā) būtu gan "dzīvs, gan miris". To izmanto, lai attēlotu, kā darbojas zinātniskā teorija. Neviens nezina, vai kāda zinātniskā teorija ir pareiza vai nepareiza, kamēr šo teoriju nevar pārbaudīt un pierādīt.
Fiziku var iedalīt divos veidos: klasiskā fizika un kvantu mehānika. Klasiskā fizika izskaidro lielāko daļu fizikālo mijiedarbību, piemēram, kāpēc bumba atlec, kad tā nokrīt. To var izmantot arī, lai prognozētu fizikālās mijiedarbības, piemēram, kas notiks, kad bumba nokritīs. Tomēr ir dažas fizikālās mijiedarbības, kuras tā neizskaidro, piemēram, kā gaisma var pārvērsties elektrībā. Kvantu mehānika sniedz fiziķiem iespēju izskaidrot, kāpēc šīs lietas notiek.
Kopenhāgenas interpretācija tiek izmantota, lai izskaidrotu, kas notiek ar atoma mazāko daļu (subatomāro daļiņu), to neaplūkojot (nepamanot vai neizmērot). Matemātika tiek izmantota, lai parādītu, cik iespējams, ka ar daļiņu kaut kas notiks. Daļiņu var raksturot kā daļiņu, kurai ir 50 % varbūtība atrasties vienā vietā vienā laikā vai 50 % varbūtība atrasties vienā vietā citā laikā. To varētu izteikt arī kā diagrammu (vai viļņu formu). Tas ir ļoti ērti, veicot kvantu fizikas aprēķinus.
Tomēr vienīgais veids, kā 100% pārliecināties par daļiņas atrašanās vietu, ir to novērot. Līdz brīdim, kad jūs to novērojat, Kopenhāgenas interpretācija saka, ka daļiņa ir tur un nav tur. Tikai tad, kad jūs novērojat daļiņu, jūs zināt, vai tā ir vai nav tur.
Lai gan kvantu fizikā tam ir jēga, klasiskajā (reālās pasaules) fizikā tam nav jēgas.
Šrēdingers vēlējās parādīt, ka šāds domāšanas veids par kvantu mehāniku novestu pie absurdām situācijām. Viņš izveidoja domu eksperimentu.
Kaķi ievieto telpā, kas ir atdalīta no ārpasaules.
Telpā atrodas Geigera skaitītājs, kas skaita radioaktīvās sabrukšanas daudzumu, un nedaudz radioaktīvā elementa.
Vienas stundas laikā viens no radioaktīvā materiāla atomiem var sabrukt (vai sadalīties, jo materiāls nav stabils), bet var arī nesabrukt.
Ja materiāls sabrūk, tas izdala atomu daļiņu, kas nonāk geigera skaitītājā, kurš izdala indīgu gāzi, kas nogalina kaķi.
Jautājums ir šāds: vai stundas beigās kaķis ir dzīvs vai miris? Šrēdingers saka, ka saskaņā ar Kopenhāgenas interpretāciju, kamēr durvis ir aizvērtas, kaķis ir dzīvs un miris. To nav iespējams noskaidrot, kamēr durvis nav atvērtas. Bet, atverot durvis, cilvēks iejaucas eksperimentā. Persona un eksperiments ir jāapraksta, atsaucoties viens uz otru.
Aplūkojot eksperimentu, persona ir ietekmējusi eksperimentu, tāpēc tas var nedot mums pareizu atbildi.
Domas eksperimentu izgudroja Šrēdingers, lai parādītu, cik muļķīgi ir domāt par kvantu stāvokļiem lieliem objektiem. Uz to daudzkārt atsaukts arī popkultūrā.
Īsta izmēra kaķa figūra dārzā Huttenstrasse 9, Cīrihē, kur 1921.-1926. gadā dzīvoja Ervins Šrēdingers. Atkarībā no gaismas apstākļiem kaķis izskatās dzīvs vai miris.
Kaķis ar Geigera skaitītāju un nedaudz indes aizzīmogotā kastītē. Kvantu mehānika saka, ka pēc kāda laika kaķis ir gan dzīvs, gan miris. Cilvēks, ielūkojoties kastē, atradīs kaķi vai nu dzīvu, vai mirušu, tomēr tiek pieņemts, ka ka kaķis ir gan dzīvs, gan miris, pirms jūs ielūkojaties kastē.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Šrēdingera kaķis?
A: Šrēdingera kaķis ir domu eksperiments par kvantu fiziku, ko 1935. gadā ierosināja Ervins Šrēdingers, reaģējot uz kvantu fizikas Kopenhāgenas interpretāciju. Tas ietver hipotētisku scenāriju, kurā kaķis tiek ievietots tērauda kamerā ar ierīci, kas satur radioaktīvu materiālu un potenciāli var nogalināt kaķi. Eksperimentā uzdotais jautājums ir, vai kaķis būs dzīvs vai miris, kad kaste tiks atvērta.
J: Ko Kopenhāgenas interpretācija saka par daļiņām?
A: Kopenhāgenas interpretācija apgalvo, ka nav iespējams droši zināt, kādā stāvoklī daļiņa būs, kamēr tā nav novērota, tāpēc pirms novērošanas var teikt, ka tā eksistē abos stāvokļos vienlaicīgi.
J: Kā Šrēdingers pierādīja šo koncepciju?
A: Šrēdingers šo koncepciju pierādīja, veicot domu eksperimentu ar kaķi, kas tika ievietots aizzīmogotā kastē ar radioaktīvu materiālu. Viņš ierosināja, ka līdz brīdim, kad kastīte tiks atvērta, nebūs zināms, vai kaķis ir dzīvs vai miris, tātad līdz tam brīdim tas eksistēs abos stāvokļos vienlaicīgi.
Kādi ir divi fizikas veidi, kas minēti šajā tekstā?
A: Divi fizikas veidi, kas minēti šajā tekstā, ir klasiskā fizika un kvantu mehānika. Klasiskā fizika izskaidro lielāko daļu fizikālo mijiedarbību un var paredzēt fizikālās mijiedarbības, savukārt kvantu mehānika sniedz skaidrojumu dažām fizikālajām mijiedarbībām, kuras klasiskā fizika nevar izskaidrot.
Jautājums: Kā kaut kā novērošana ietekmē eksperimentu?
A: Kaut kā novērošana var ietekmēt eksperimentu, jo, novērojot eksperimentu, cilvēks ar savu klātbūtni un darbībām novērošanas laikā var ietekmēt tā rezultātus. Tas nozīmē, ka šādā eksperimentā iegūtie rezultāti ne vienmēr precīzi atspoguļo realitāti, jo tos ir ietekmējuši ārēji faktori.
J: Ko nozīmē jēdziens "psi-funkcija"?
A: Psi-funkcija ir matemātisks vienādojums, ko izmanto, lai aprakstītu, cik iespējams, ka kaut kas notiks kvantu mehānikā, faktiski to neaplūkojot (nepamanot).
