Mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik bo'lishi mumkinmi? Qancha parallel olam bor? Va ular hatto mavjudmi? Bular umuman ilmiy fantastika savollari emas, balki kvant fizikasi tomonidan hal qilingan juda real ilmiy muammolar.
Shunday qilib, keling, boshlaylik Shredingerning mushuki. Bu Ervin Shredinger tomonidan kvant fizikasida mavjud bo'lgan paradoksni ko'rsatish uchun taklif qilingan fikrlash tajribasi. Tajribaning mohiyati quyidagicha.
Xayoliy mushuk bir vaqtning o'zida yopiq qutiga joylashtiriladi, shuningdek, radioaktiv yadro va zaharli gazli idish bilan bir xil xayoliy mexanizm. Tajribaga ko'ra, agar yadro parchalansa, u mexanizmni ishga tushiradi: gaz idishi ochiladi va mushuk o'ladi. Yadroviy parchalanish ehtimoli 2 dan 1 ga teng.
Paradoks shundaki, kvant mexanikasiga ko'ra, agar yadro kuzatilmasa, u holda mushuk superpozitsiya deb ataladigan holatda bo'ladi, boshqacha aytganda, mushuk bir vaqtning o'zida bir-birini istisno qiladigan holatlarda (u tirik va o'likdir). Biroq, agar kuzatuvchi qutini ochsa, u mushukning ma'lum bir holatda ekanligini tekshirishi mumkin: u tirik yoki o'lik. Shredingerning fikriga ko'ra, kvant nazariyasining to'liq emasligi shundaki, unda mushuk qanday sharoitlarda superpozitsiyada bo'lishni to'xtatib, tirik yoki o'lik bo'lib chiqishini aniq ko'rsatmaydi.
Ushbu paradoks Wigner tajribasi bilan qo'shiladi, u allaqachon mavjud fikrlash tajribasiga do'stlar toifasini qo'shadi. Vignerning so‘zlariga ko‘ra, tajriba o‘tkazuvchi qutini ochganda, mushuk tirik yoki o‘lik ekanligini bilib oladi. Tajribachi uchun mushuk superpozitsiyada bo'lishni to'xtatadi, lekin eshik ortida turgan va tajriba natijalari haqida hali bilmagan do'sti uchun mushuk hali ham "hayot va o'lim o'rtasida". Buni cheksiz ko'p eshiklar va do'stlar bilan davom ettirish mumkin va shunga o'xshash mantiqqa ko'ra, mushuk koinotdagi barcha odamlar eksperimentator qutini ochganda nimani ko'rganini bilmaguncha superpozitsiyada bo'ladi.
Kvant fizikasi bunday paradoksni qanday tushuntiradi? Kvant fizikasi fikrlash tajribasini taklif qiladi kvant o'z joniga qasd qilish va kvant mexanikasining turli talqinlariga asoslangan ikkita mumkin bo'lgan stsenariy.
Fikrlash tajribasida qurol ishtirokchiga qaratiladi va u radioaktiv atomning parchalanishi natijasida o‘q uzadi yoki yo‘q. Yana 50 dan 50 gacha. Shunday qilib, tajriba ishtirokchisi yo o'ladi yoki yo'q, lekin hozircha u Shredingerning mushuki kabi superpozitsiyada.
Bu holat kvant mexanikasi nuqtai nazaridan turlicha talqin qilinishi mumkin. Kopengagen talqiniga ko'ra, qurol oxir-oqibat o'chadi va ishtirokchi o'ladi. Everettning talqiniga ko'ra, superpozitsiya ishtirokchi bir vaqtning o'zida mavjud bo'lgan ikkita parallel olamning mavjudligini ta'minlaydi: ulardan birida u tirik (qurol otmagan), ikkinchisida u o'lgan (qurol otilgan). Biroq, agar ko'p olamlarning talqini to'g'ri bo'lsa, unda olamlarning birida ishtirokchi doimo tirik qoladi, bu esa "kvant boqiyligi" mavjudligi haqidagi g'oyaga olib keladi.
Shredingerning mushuki va tajriba kuzatuvchisiga kelsak, Everettning talqiniga ko'ra, u ham o'zini va mushukni bir vaqtning o'zida ikkita olamda, ya'ni "kvant tilida" u bilan "chrashgan" holda topadi.
Bu ilmiy fantastika romanidagi hikoyaga o'xshaydi, ammo bu zamonaviy fizikada o'z o'rniga ega bo'lgan ko'plab ilmiy nazariyalardan biridir.
Shredingerning mushuki - insoniyat juda yaxshi ko'radigan mushuklar, mushuklar, mushuklar, mushuklar ichida eng sirli. Har kuni millionlab ko'rishlar bilan Butunjahon Internet bo'ylab tarqalgan mushuklarning virusli videolari va reklama taxtalarida yoqimli mushukchalar tasvirlari bizni har qanday mahsulotni sotib olishga majbur qilishi mumkin. Ilm-fanni ommalashtirish sohasining ham o‘ziga xos mo‘ylovli va chiziqli qahramonlari bor. Aniqrog'i, biri Shredingerning mushukidir. Albatta, siz kvant mexanikasi bilan shug'ullanmasangiz ham, bu haqda eshitgansiz. Xo'sh, nega mashhur mushuk deyarli yuz yil davomida fiziklar va liriklarni hayratda qoldirdi va zamonaviy ommaviy madaniyatning eng qiziq ob'ektlaridan biriga aylandi?
Shredingerning mushuki metafora sifatida
Qanchalik paradoksal tuyulmasin, avstriyalik nazariy fizik va Nobel mukofoti sovrindori Ervin Shredinger eng sirli mushukning egasi emas, balki uning “otasi”dir. Hammasidan keyin; axiyri Shroedinger mushuki bu fikrlash tajribasi, nazariy paradoks va kvant superpozitsiyasini tasvirlash uchun chinakam hayratlanarli metafora.
Mushuk bormidi?
"Shredingerning mushuki bormi?" hali ham ochiqligicha qolmoqda. Garchi, bir qator manbalarga ko'ra, dastlabki nashrlardan birida FizikaBugun olimning uy mushuki Milton bilan surati bor. Boshqa tomondan, Ervin Shredinger o'zining faraziy tajribasini tasvirlagan 1935 yilgi maqolaning asl matnida bu umuman mushuk emas, balki mushuk (o'lgan Katze). Nima uchun fizik o'z kontseptsiyasining bosh qahramoni sifatida mushuk vakilini tanladi? Qanday qilib mushuk mushukka aylandi? Bu savollar ritorik bo'lib qolaveradi.
Shredingerning mushuki 50% ehtimol bilan o'lgan
Designua / shutterstock.comBiroq, agar tadqiqotchi uchun ilhom manbai uning shaxsiy uy hayvoni bo'lsa, unda, aftidan, buning sababi mushuk tomonidan buzilgan vaza yoki shikastlangan devor qog'ozi bo'lgan. Chunki Shredingerning mushuki eksperiment davomida qiladigan asosiy narsa po‘lat qutiga qamalib qolishi va... o‘lishidir. To'g'ri, 50% ehtimollik bilan. Aniqrog'i, bechora hayvondan tashqari, quti ichiga radioaktiv yadro va zaharli gaz solingan idishni o'z ichiga olgan maxsus mexanizm joylashtirilgan. Agar yadro parchalanib ketsa, mexanizm ishga tushadi va mushuk chiqarilgan gazdan o'ladi. Agar u ishlamasa, u yashaydi. Ammo uning taqdirini faqat qutini ochgan kuzatuvchi bilishi mumkin. Ungacha mushuk ham tirik, ham o'lik.
Mushuk bo'lmasa, kvant mexanikasi bir xil emas
Bir qarashda paradoksal bo'lgan bu butun vaziyat kvant mexanikasining qoidalaridan birini aniq ko'rsatib beradi. Unga ko'ra, atom yadrosi bir vaqtning o'zida barcha mumkin bo'lgan holatlarda bo'ladi: parchalanish va parchalanmaslik. Agar atomni kuzatish amalga oshirilmasa, uning holati bu ikki xususiyatning aralashmasi bilan tavsiflanadi. Shuning uchun, mushuk, o'qing - atomning yadrosi, ham tirik, ham o'lik. Va bu shunchaki imkonsizdir. Bu shuni anglatadiki, kvant mexanikasi mushukning taqdiri aniq ravshan bo'lgan sharoitlarni belgilaydigan ba'zi qoidalarga ega emas.
Shredingrning mushuki: navlari
Po'lat qutidagi afsonaviy mushuk bilan sodir bo'layotgan voqeaning ma'nosi bir nechta talqinlarga ega bo'lishi ajablanarli emas.
- Kopengagen xilma-xilligi
Kvant mexanikasining Kopengagen talqini mavjud bo'lib, mualliflari Niels Bor va Verner Heisenberg. Unga ko'ra, mushuk kuzatuvchidan qat'i nazar, ikkala shtatda ham qoladi. Axir, hal qiluvchi moment tortma ochilganda emas, balki mexanizm ishga tushirilganda sodir bo'ladi. Ya'ni, hayvon allaqachon gazdan vafot etgan, ammo quti hali ham qulflangan. Boshqacha qilib aytganda, Kopengagen talqinida "o'lik-tirik" holat yo'q, chunki u yadroning parchalanishiga ta'sir qiluvchi detektor tomonidan aniqlanadi.
- Everett xilma-xilligi
Ko'p dunyo talqini yoki Everett talqini ham mavjud. U Shredingerning mushuki bilan bo'lgan tajribani ikkita alohida mavjud dunyo sifatida izohlaydi, ular quti ochilgan paytda bo'linadi. Bir olamda mushuk tirik va sog'lom, boshqasida u tajribadan omon qolmagan.
- "kvant o'z joniga qasd qilish"
Qanday bo'lmasin, bechora mushuk Shredinger ko'plab fiziklar tomonidan "qiynoqqa solingan". Ba'zilar, masalan, mushuk bilan bog'liq vaziyatni hayvonning o'zi nuqtai nazaridan ko'rib chiqishni taklif qilishdi - axir u o'lik yoki tirikligini dunyodagi barcha fiziklardan yaxshiroq biladi. Haqiqatan ham, bu bilan bahslasha olmaysiz. Ushbu yondashuv "kvant o'z joniga qasd qilish" deb ataladi va faraziy ravishda ushbu talqinlarning qaysi biri to'g'ri ekanligini tekshirishga imkon beradi.
Har kim o'z navini ko'paytirishi mumkin
Agar siz zamonaviy fizika faniga qarasangiz, ishonch bilan aytishingiz mumkinki, tadqiqot sahifalarida Shredingerning sabr-toqatli mushuki boshqalardan ko'ra ko'proq tirik. Vaqti-vaqti bilan olimlar ushbu taniqli paradoksga o'z yechimlarini taklif qilishadi, shuningdek, juda qiziqarli ishlanmalar doirasida kontseptsiyani ishlab chiqishadi.
- "ikkinchi quti"
Misol uchun, o‘tgan yili Yel universiteti tadqiqotchilari Shredingerning mushukiga o‘limga olib keladigan bekinmachoq uchun ikkinchi qutini “sovg‘a qilishdi”. Ushbu yondashuvga asoslanib, olimlar kvant kompyuterining ishlashi uchun zarur bo'lgan tizimni simulyatsiya qilishga harakat qilishdi. Axir, siz bilganingizdek, ushbu turdagi mashinalarni yaratishda asosiy qiyinchiliklardan biri xatolarni tuzatish zarurati hisoblanadi. Va ma'lum bo'lishicha, Shredingerning mushuklaridan foydalanish ortiqcha kvant ma'lumotlarini boshqarishning istiqbolli usuli hisoblanadi.
- "mikro mushuk"
Va bir necha hafta oldin, kvant optikasi sohasidagi rus mutaxassislari boshchiligidagi xalqaro olimlar guruhi kvant va klassik dunyo o'rtasidagi chegarani qidirishda oldinga siljish uchun mikroskopik Shredinger mushuklarini "ko'paytirishga" muvaffaq bo'lishdi. Shredingerning mushuki fiziklarga kvant aloqa texnologiyalari va kriptografiyani rivojlantirishda shunday yordam beradi.
Shredingerning mushuki - pop madaniyat yulduzi
Africa Studio / shutterstock.com
Agar mushuk o'zining baxtsiz qutisidan qochib qutulolmasa, u ilmiy tushunchalar va tadqiqot sahifalari chegarasidan chiqib ketishga muvaffaq bo'ldi. Va qanday!
Qiyin taqdirga ega bo'lgan sirli mushukning xarakteri mashhur madaniyat asarlarida havas qiladigan izchillik bilan namoyon bo'ladi. Shunday qilib, Shredingerning mushuki Terri Pratchett, Fredrik Pohl, Duglas Adams va boshqa dunyoga mashhur yozuvchilarning kitoblarida paydo bo'ladi. Albatta, "Katta portlash nazariyasi" va "Doktor Kim" kabi mashhur televizion loyihalarda mushuk haqida eslatib o'tilgan. Shredinger mushukining surati doimiy ravishda video o‘yinlar va qo‘shiq matnlarida uchraydi. ThinkGeek internet-portali esa bir tomonida: “Shrodingerning mushuki tirik”, ikkinchi tomonida esa “Shrodingerning mushuki o‘ldi” yozuvi bo‘lgan futbolkalarni sotish orqali boylik orttirgan.
Mushuklar buni yaxshiroq qilishadi
Qabul qiling, siz hayratlanarli narsani kuzatishingiz mumkin: eng mashhur ilmiy mushuk - bu gipotezani sinab ko'rish uchun vizuallashtirilgan model. Biroq, unda dumli uy hayvonining ishtiroki tajribaga sezilarli darajada she'riyat va joziba qo'shdi. Yoki mushuklar hamma narsani yaxshiroq qilishlari mumkinmi? Mumkin.
Va esda tuting: Shredingerning tajribasi natijasida bitta mushuk ham zarar ko'rmadi.
Agar xato topsangiz, matnning bir qismini ajratib ko'rsating va bosing Ctrl+Enter.
“Kvant nazariyasidan hayratga tushmagan har bir kishi, buni tushunmaydi, - dedi Nils Bor, kvant nazariyasi asoschisi.
Klassik fizikaning asosi dunyoni aniq dasturlashdir, aks holda Laplas determinizmi, kvant mexanikasi paydo bo'lishi bilan uning o'rnini noaniqliklar va ehtimollik hodisalari dunyosiga bostirib kirish egalladi. Va bu erda fikrlash tajribalari nazariy fiziklar uchun foydali bo'ldi. Bu eng so'nggi g'oyalar sinovdan o'tgan asosiy toshlar edi.
"Shrodingerning mushuki" - bu fikrlash tajribasi, Ervin Shredinger tomonidan taklif qilingan, u bilan subatomik tizimlardan makroskopik tizimlarga o'tishda kvant mexanikasining to'liq emasligini ko'rsatmoqchi edi.
Mushuk yopiq qutiga joylashtirilgan. Qutida radioaktiv yadro va zaharli gaz idishi bo'lgan mexanizm mavjud. Yadroning 1 soat ichida parchalanish ehtimoli 1/2 ga teng. Agar yadro parchalanib ketsa, u mexanizmni ishga tushiradi, u gazli idishni ochadi va mushuk o'ladi. Kvant mexanikasiga ko'ra, agar yadro kuzatilmasa, uning holati ikki holatning superpozitsiyasi (aralashmasi) bilan tavsiflanadi - chirigan yadro va parchalanmagan yadro, shuning uchun qutida o'tirgan mushuk ham tirik, ham o'likdir. xuddi o'sha payt. Agar quti ochilsa, eksperimentator faqat bitta aniq holatni ko'rishi mumkin - "yadro chirigan, mushuk o'lgan" yoki "yadro parchalanmagan, mushuk tirik".
Tizim qachon o'z faoliyatini to'xtatadi? Qanday qilib ikkita holatni aralashtirib, bittasini tanlash mumkin?
Tajribaning maqsadi- kvant mexanikasi to'liq emasligini ko'rsatuvchi ba'zi qoidalarsiz to'lqin funksiyasi qanday sharoitda qulashi (o'lchanganida sodir bo'ladigan ob'ektning kvant holatining bir zumda o'zgarishi) va mushuk yo o'lib qoladi yoki tirik qoladi, lekin bo'lishni to'xtatadi. ikkalasining aralashmasi.
Mushuk tirik yoki o'lik bo'lishi kerakligi aniq bo'lgani uchun (hayot va o'lim o'rtasida oraliq holat yo'q), demak, bu atom yadrosiga ham tegishli. U, albatta, chirigan yoki chirimagan bo'ladi.
Shredingerning mushuk bilan fikrlash tajribasini taqdim etgan "Kvant mexanikasidagi hozirgi holat" maqolasi 1935 yilda Germaniyaning Natural Sciences jurnalida EPR paradoksini muhokama qilish uchun paydo bo'ldi.
Eynshteyn-Podolskiy-Rozen va Shredingerning maqolalarida ikkita tizim (masalan, ikkita subatomik zarralar) holatlarining superpozitsiyasi bo'lgan kvant holatlariga xos bo'lgan "kvant chalkashliklari" (Shredinger tomonidan kiritilgan atama)ning g'alati tabiati tasvirlangan.
Kvant mexanikasining talqinlari
Kvant mexanikasi mavjud bo'lgan davrda olimlar uning turli talqinlarini ilgari surdilar, ammo bugungi kunda eng ko'p qo'llab-quvvatlanadigan "Kopengagen" va "ko'p dunyo".
"Kopengagen talqini"- kvant mexanikasining bunday talqini Niels Bor va Verner Heisenberg tomonidan Kopengagendagi (1927) birgalikdagi ishlari davomida ishlab chiqilgan. Olimlar kvant mexanikasiga xos bo'lgan to'lqin-zarracha ikkiligidan kelib chiqadigan savollarga, xususan, o'lchov masalasiga javob berishga harakat qilishdi.
Kopengagen talqinida tizim davlatlar aralashmasi bo'lishni to'xtatadi va kuzatish sodir bo'lgan paytda ulardan birini tanlaydi. Mushuk bilan olib borilgan tajriba shuni ko'rsatadiki, bu talqinda aynan shu kuzatishning tabiati - o'lchov etarli darajada aniqlanmagan. Ba'zilarning fikricha, tajriba shuni ko'rsatadiki, agar quti yopiq bo'lsa, tizim bir vaqtning o'zida ikkala holatda ham, "chirigan yadro, o'lik mushuk" va "chirilmagan yadro, tirik mushuk" holatlarining superpozitsiyasida va quti ochilganda. , shundan keyingina to'lqin funksiyasi variantlardan biriga tushadi. Boshqalar esa "kuzatish" yadrodan zarracha detektorga urilganda sodir bo'ladi, deb taxmin qilishadi; ammo (va bu fikrlash tajribasining asosiy nuqtasidir) Kopengagen talqinida bu qachon sodir bo'lishini aytadigan aniq qoida yo'q va shuning uchun unga bunday qoida kiritilmaguncha yoki uni qanday qilish mumkinligi aytilmaguncha talqin to'liq bo'lmaydi. tanishtirdi. Aniq qoida shundaki, tasodifiylik klassik yaqinlashish birinchi marta qo'llaniladigan nuqtada paydo bo'ladi.
Shunday qilib, biz quyidagi yondashuvga tayanishimiz mumkin: makroskopik tizimlarda biz kvant hodisalarini kuzatmaymiz (o'ta suyuqlik va o'ta o'tkazuvchanlik fenomenidan tashqari); shuning uchun kvant holatiga makroskopik to'lqin funksiyasini yuklasak, tajribadan xulosa qilishimiz kerakki, superpozitsiya buziladi. Va umuman olganda, biror narsaning "makroskopik" bo'lishi nimani anglatishini to'liq tushunib bo'lmasa-da, mushuk haqida aniq narsa shundaki, u makroskopik ob'ektdir. Shunday qilib, Kopengagen talqini mushukning quti ochilgunga qadar tirik va o'lik o'rtasidagi chalkashlik holatida ekanligini hisobga olmaydi.
"Ko'p dunyo talqinida" kvant mexanikasi, o'lchov jarayonini maxsus narsa deb hisoblamaydi, mushukning ikkala holati ham mavjud, lekin dekohere, ya'ni. kvant-mexanik tizimning o'z muhiti bilan o'zaro ta'siri va atrof-muhitda mavjud bo'lgan ma'lumotlarga ega bo'lishi yoki boshqa yo'l bilan atrof-muhit bilan "chuvib qolgan" jarayon sodir bo'ladi. Kuzatuvchi esa qutichani ochgach, u mushuk bilan chigallashib qoladi va bundan tirik va o'lik mushukga mos keladigan kuzatuvchining ikki holati hosil bo'ladi va bu holatlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Kvant dekogerentsiyasining bir xil mexanizmi "qo'shma" tarixlar uchun muhimdir. Ushbu talqinda "umumiy hikoyada" faqat "o'lik mushuk" yoki "tirik mushuk" bo'lishi mumkin.
Boshqacha qilib aytganda, quti ochilganda, olam ikki xil koinotga bo'linadi, birida kuzatuvchi o'lik mushuk bilan qutiga, ikkinchisida kuzatuvchi tirik mushukga qaraydi.
"Wignerning do'sti" paradoksi
Vignerning doʻsti paradoksi — Shredingerning mushuk paradoksining murakkab tajribasi. Nobel mukofoti sovrindori, amerikalik fizik Yevgeniy Vigner "do'stlar" toifasini kiritdi. Tajribani tugatgandan so'ng, eksperimentator qutini ochadi va tirik mushukni ko'radi. Qutini ochish paytidagi mushukning holati "yadro buzilmagan, mushuk tirik" holatiga o'tadi. Shunday qilib, laboratoriyada mushuk tirik deb tan olindi. Laboratoriyadan tashqarida "do'st" bor. Do'st mushukning tirik yoki o'likligini hali bilmaydi. Do'st mushukni tirik deb biladi, agar tajriba o'tkazuvchi unga tajriba natijasini aytsagina. Ammo boshqa barcha "do'stlar" hali mushukni tirik deb tan olishmagan va ular buni faqat tajriba natijasi aytilganda taniydilar. Shunday qilib, mushuk koinotdagi barcha odamlar tajriba natijasini bilsagina, to'liq tirik deb tan olinishi mumkin. Shu paytgacha, Katta Koinot miqyosida mushuk bir vaqtning o'zida yarim tirik va yarim o'lik bo'lib qoladi.
Yuqoridagilar amalda qo'llaniladi: kvant hisoblash va kvant kriptografiyasida. Ikki holatning superpozitsiyasidagi yorug'lik signali optik tolali kabel orqali yuboriladi. Agar tajovuzkorlar o'rtadagi biror joyda kabelga ulansa va uzatilgan ma'lumotni tinglash uchun u erga signal teginsa, bu to'lqin funktsiyasini buzadi (Kopengagen talqini nuqtai nazaridan, kuzatuv amalga oshiriladi) va yorug'lik shtatlardan biriga tushadi. Kabelning qabul qiluvchi uchida yorug'likning statistik sinovlarini o'tkazish orqali yorug'lik holatlarning superpozitsiyasida yoki allaqachon kuzatilgan va boshqa nuqtaga uzatilganligini aniqlash mumkin bo'ladi. Bu aniqlanmaydigan signalni ushlash va tinglashni istisno qiladigan aloqa vositalarini yaratishga imkon beradi.
Tajriba (asosiy jihatdan amalga oshirilishi mumkin, garchi katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatishga qodir ishlaydigan kvant kriptografiya tizimlari hali yaratilmagan bo'lsa ham) Kopengagen talqinidagi "kuzatish" ning kuzatuvchining ongiga hech qanday aloqasi yo'qligini ko'rsatadi. chunki bu holda kabelning oxirigacha statistikaning o'zgarishi simning butunlay jonsiz filialiga olib keladi.
Kvant hisoblashda esa Shredinger mushuk holati qubitlarning maxsus chigal holatidir, unda ularning barchasi barcha nollar yoki birliklar superpozitsiyasida joylashgan.
("Qubit" kvant kompyuterida axborotni saqlash uchun eng kichik element hisoblanadi. U ikkita xos holatni qabul qiladi, lekin u ularning superpozitsiyasida ham bo'lishi mumkin. Qubit holati o'lchanganda, u tasodifiy ravishda o'z holatlaridan biriga o'tadi.)
Haqiqatda! "Shrodinger mushuki" ning kichik ukasi
Shredingerning mushugi paydo bo'lganiga 75 yil bo'ldi, lekin baribir kvant fizikasining ba'zi oqibatlari materiya va uning xususiyatlari haqidagi kundalik g'oyalarimizga zid bo'lib ko'rinadi. Kvant mexanikasi qonunlariga ko'ra, u tirik va o'lik bo'lgan "mushuk" holatini yaratish mumkin bo'lishi kerak, ya'ni. ikki holatning kvant superpozitsiyasi holatida bo'ladi. Biroq, amalda bunday katta miqdordagi atomlarning kvant superpozitsiyasini yaratish hali mumkin emas. Qiyinchilik shundaki, superpozitsiyada qancha atomlar bo'lsa, bu holat shunchalik barqaror emas, chunki tashqi ta'sirlar uni yo'q qilishga moyildir.
Vena universiteti fiziklariga (jurnalda nashr etilgan Tabiat bilan aloqa", 2011) dunyoda birinchi marta 430 atomdan iborat va kvant superpozitsiyasi holatida bo'lgan organik molekulaning kvant xatti-harakatlarini namoyish qilish mumkin bo'ldi. Tajribachilar tomonidan olingan molekula ko'proq sakkizoyoqqa o'xshaydi. Molekulalarning o'lchami taxminan 60 angstromni tashkil qiladi va molekula uchun de Broyl to'lqin uzunligi atigi 1 pikometr edi. Ushbu "molekulyar sakkizoyoq" Shredingerning mushukiga xos xususiyatlarni namoyish eta oldi.
Kvant o'z joniga qasd qilish
Kvant o'z joniga qasd qilish - bu G. Moravek va B. Marshall tomonidan mustaqil ravishda taklif qilingan va 1998 yilda kosmolog Maks Tegmark tomonidan kengaytirilgan kvant mexanikasidagi fikrlash tajribasi. Shredingerning mushuk fikrlash tajribasining modifikatsiyasi bo'lgan ushbu fikrlash tajribasi kvant mexanikasining ikkita talqini: Kopengagen talqini va Everettning ko'p dunyo talqini o'rtasidagi farqni aniq ko'rsatadi.
Tajriba, aslida, mushuk nuqtai nazaridan Shredingerning mushuki bilan tajribadir.
Taklif etilayotgan tajribada ishtirokchiga to'pponcha yo'naltiriladi, u ba'zi radioaktiv atomlarning parchalanishiga qarab o'q uzadi yoki o'tmaydi. 50% ehtimollik bilan qurol o'chadi va ishtirokchi o'ladi. Agar Kopengagen talqini to'g'ri bo'lsa, unda qurol oxir-oqibat o'chadi va ishtirokchi o'ladi.
Agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda har bir o'tkazilgan tajriba natijasida koinot ikki olamga bo'linadi, ularning birida ishtirokchi tirik qoladi, ikkinchisida esa o'ladi. Ishtirokchi vafot etgan dunyolarda u mavjud bo'lishni to'xtatadi. Aksincha, o'lik bo'lmagan ishtirokchi nuqtai nazaridan, tajriba ishtirokchining yo'qolishiga olib kelmasdan davom etadi. Buning sababi shundaki, har qanday filialda ishtirokchi tajriba natijasini faqat o'zi omon qolgan dunyoda kuzatishi mumkin. Va agar ko'p olamlarning talqini to'g'ri bo'lsa, unda ishtirokchi eksperiment davomida hech qachon o'lmasligini sezishi mumkin.
Ishtirokchi hech qachon bu natijalar haqida gapira olmaydi, chunki tashqi kuzatuvchi nuqtai nazaridan, tajriba natijasi ehtimoli ko'p dunyoda ham, Kopengagen talqinida ham bir xil bo'ladi.
Kvant boqiyligi
Kvant boqiyligi - bu kvant o'z joniga qasd qilish fikrlash tajribasidan kelib chiqadigan fikrlash tajribasi va kvant mexanikasining ko'p dunyo talqiniga ko'ra, o'z-o'zini anglash qobiliyatiga ega mavjudotlar o'lmas ekanligini ta'kidlaydi.
Tasavvur qilaylik, tajriba ishtirokchisi uning yonida yadro bombasini portlatib yuboradi. Deyarli barcha parallel olamlarda yadro portlashi ishtirokchini yo'q qiladi. Ammo shunga qaramay, ishtirokchi qandaydir tarzda omon qoladigan oz sonli muqobil olamlar bo'lishi kerak (ya'ni, potentsial qutqarish stsenariysi mumkin bo'lgan olamlar). Kvant o'lmasligi g'oyasi shundan iboratki, ishtirokchi tirik qoladi va shu bilan hech bo'lmaganda to'plamdagi koinotlardan birida atrofdagi haqiqatni idrok eta oladi, garchi bunday olamlarning soni koinotlarning soniga nisbatan juda oz bo'lsa ham. barcha mumkin bo'lgan olamlar. Shunday qilib, vaqt o'tishi bilan ishtirokchi abadiy yashashi mumkinligini bilib oladi. Ushbu xulosaga ba'zi o'xshashliklarni antropik printsip tushunchasida topish mumkin.
Yana bir misol kvant o'z joniga qasd qilish g'oyasidan kelib chiqadi. Ushbu fikrlash tajribasida ishtirokchi o'ziga qurol ko'rsatadi, u ba'zi radioaktiv atomlarning parchalanishining natijasiga qarab o'q uzishi yoki o'tmasligi mumkin. 50% ehtimollik bilan qurol o'chadi va ishtirokchi o'ladi. Agar Kopengagen talqini to'g'ri bo'lsa, unda qurol oxir-oqibat o'chadi va ishtirokchi o'ladi.
Agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda har bir o'tkazilgan tajriba natijasida koinot ikki olamga bo'linadi, ularning birida ishtirokchi tirik qoladi, ikkinchisida esa o'ladi. Ishtirokchi vafot etgan dunyolarda u mavjud bo'lishni to'xtatadi. Bundan farqli o'laroq, o'lmagan ishtirokchi nuqtai nazaridan, tajriba ishtirokchining yo'qolishiga olib kelmasdan davom etadi, chunki har bir koinot bo'linishidan so'ng, u o'zini faqat tirik qolgan olamlarda bilishi mumkin bo'ladi. Shunday qilib, agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda ishtirokchi eksperimentda u hech qachon o'lmasligini payqashi va shu bilan hech bo'lmaganda o'z nuqtai nazaridan uning o'lmasligini "isbotlashi" mumkin.
Kvant boqiyligi tarafdorlari bu nazariya fizikaning ma'lum qonunlariga zid emasligini ta'kidlaydilar (bu pozitsiya ilmiy dunyoda bir ovozdan qabul qilinganidan yiroq). O'z mulohazalarida ular quyidagi ikkita munozarali farazlarga tayanadilar:
- Everettning ko'p dunyo talqini Kopengagen talqini emas, balki to'g'ri, chunki ikkinchisi parallel olamlar mavjudligini inkor etadi;
- eksperiment davomida ishtirokchi o'lishi mumkin bo'lgan barcha mumkin bo'lgan stsenariylar kamida ishtirokchi tirik qoladigan stsenariylarning kichik qismini o'z ichiga oladi.
Kvant boqiylik nazariyasiga qarshi mumkin bo'lgan dalil shundan iboratki, ikkinchi taxmin Everettning ko'p dunyo talqinidan kelib chiqishi shart emas va u barcha mumkin bo'lgan haqiqatlarga tegishli deb hisoblangan fizika qonunlariga zid bo'lishi mumkin. Kvant fizikasining ko'p dunyo talqini "hamma narsa mumkin" degan ma'noni anglatmaydi. Bu faqat ma'lum bir vaqtning o'zida koinotni boshqa bir qatorga bo'linishi mumkinligini ko'rsatadi, ularning har biri ko'plab mumkin bo'lgan natijalardan biriga mos keladi. Misol uchun, termodinamikaning ikkinchi qonuni barcha mumkin bo'lgan olamlarga tegishli deb hisoblanadi. Bu shuni anglatadiki, nazariy jihatdan, ushbu qonunning mavjudligi parallel olamlarning shakllanishiga to'sqinlik qiladi, bu erda u buziladi. Buning oqibati, eksperimentator nuqtai nazaridan, uning keyingi omon qolishi mumkin bo'lmagan voqelik holatiga erishish bo'lishi mumkin, chunki bu fizika qonunini buzishni talab qiladi, bu esa ilgari aytilgan taxminga ko'ra. , barcha mumkin bo'lgan realliklar uchun amal qiladi.
Misol uchun, yuqorida tavsiflangan yadroviy bomba portlashida, ishtirokchi omon qoladigan asosiy biologik tamoyillarni buzmaydigan ishonchli stsenariyni tasvirlash juda qiyin. Yadro portlashi markazida erishilgan haroratlarda tirik hujayralar mavjud bo'lolmaydi. Kvant boqiylik nazariyasi o'z kuchini saqlab qolishi uchun yo noto'g'ri yonish sodir bo'lishi (va shu bilan yadro portlashining oldini olish) yoki fizikaning hali ochilmagan yoki isbotlanmagan qonunlariga asoslangan biron bir hodisa sodir bo'lishi kerak. Muhokama qilinayotgan nazariyaga qarshi yana bir dalil barcha mavjudotlarda tabiiy biologik o'limning mavjudligi bo'lishi mumkin, bu parallel olamlarning hech birida (hech bo'lmaganda fan rivojlanishining ushbu bosqichida) oldini olish mumkin emas.
Boshqa tomondan, termodinamikaning ikkinchi qonuni statistik qonun bo'lib, tebranishlarning paydo bo'lishi hech narsaga zid kelmaydi (masalan, koinotda kuzatuvchining hayoti uchun mos sharoitlar mavjud bo'lgan hududning paydo bo'lishi, bu odatda bir darajaga etgan. termal o'lim holati; yoki, qoida tariqasida, yadro portlashi natijasida yuzaga keladigan barcha zarralarning mumkin bo'lgan harakati, ularning har biri kuzatuvchining yonidan uchib o'tadi, garchi bunday tebranish hamma narsaning juda kichik qismida sodir bo'ladi. mumkin bo'lgan natijalar. Biologik o'limning muqarrarligi haqidagi argument, ehtimollik nuqtai nazaridan ham rad etilishi mumkin. Har bir tirik organizm uchun ma'lum bir vaqtning o'zida uning keyingi soniya davomida tirik qolish ehtimoli nolga teng. Shunday qilib, uning keyingi milliard yil davomida tirik qolish ehtimoli ham nolga teng emas (chunki u juda kichik bo'lsa ham, nolga teng bo'lmagan ko'p sonli omillarning mahsulotidir).
Kvant boqiyligi g'oyasining muammoli tomoni shundaki, unga ko'ra, o'z-o'zini anglaydigan mavjudot ishtirokchi o'lib ko'ringan vaziyatlarda yuzaga kelishi mumkin bo'lmagan hodisalarni boshdan kechirishga "majbur bo'ladi". Garchi ko'plab parallel olamlarda ishtirokchi vafot etsa ham, ishtirokchi sub'ektiv ravishda idrok eta oladigan bir nechta olamlar juda qiyin stsenariyda rivojlanadi. Bu, o'z navbatida, qaysidir ma'noda sababiylik printsipining buzilishiga olib kelishi mumkin, uning tabiati kvant fizikasida hali etarlicha aniq emas.
Kvant boqiyligi g'oyasi asosan "kvant o'z joniga qasd qilish" tajribasidan kelib chiqqan bo'lsa-da, Tegmark ta'kidlaydiki, har qanday normal sharoitda o'limdan oldin har bir fikrlovchi mavjudot o'z-o'zini o'zi anglash darajasining pasayish bosqichidan (bir necha soniyadan bir necha yilgacha) o'tadi. kvant mexanikasi bilan hech qanday aloqasi bo'lmagan xabardorlik va ishtirokchi bir dunyodan ikkinchisiga o'tish orqali davomiy yashash imkoniyatiga ega emas, bu esa unga omon qolish imkoniyatini beradi.
Bu erda o'z-o'zini anglaydigan ratsional kuzatuvchi, ta'bir joiz bo'lsa, "sog'lom tanada" qolishda davom etadi, faqat nisbatan kichik miqdordagi mumkin bo'lgan holatlarda, u o'z-o'zini anglashni saqlaydi. Kuzatuvchi ongini saqlab qolgan holda, nogiron bo'lib qolishi ehtimoli, u zarar ko'rmagandan ko'ra ancha yuqori. Har qanday tizim (shu jumladan tirik organizm) ideal shaklda qolishdan ko'ra noto'g'ri ishlash uchun ko'proq imkoniyatlarga ega. Boltsmanning ergodik gipotezasi o'lmas kuzatuvchi ertami-kechmi ongni saqlashga mos keladigan barcha holatlardan, shu jumladan u chidab bo'lmas azob-uqubatlarni his qiladigan holatlardan o'tishini talab qiladi - va organizmning optimal ishlashi holatlariga qaraganda, bunday holatlar sezilarli darajada ko'p bo'ladi. Shunday qilib, faylasuf Devid Lyuis ta'kidlaganidek, biz ko'p dunyo talqini noto'g'ri deb umid qilishimiz kerak.
Heisenberg bizga tushuntirganidek, noaniqlik printsipi tufayli kvant mikrodunyosidagi ob'ektlarning tavsifi Nyuton makrodunyosidagi ob'ektlarning odatiy tavsifidan boshqacha xarakterga ega. Mexanik harakatni tasvirlashga odatlangan fazoviy koordinatalar va tezlik o'rniga, masalan, bilyard stolidagi to'p, kvant mexanikasida ob'ektlar to'lqin funktsiyasi deb ataladi. "To'lqin" ning tepasi o'lchov momentida kosmosda zarrachani topishning maksimal ehtimoliga mos keladi. Bunday to'lqinning harakati Shredinger tenglamasi bilan tavsiflanadi, bu bizga kvant tizimining holati vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarishini aytadi.
Endi mushuk haqida. Mushuklar qutilarga yashirishni yaxshi ko'rishini hamma biladi (). Ervin Shredinger ham bilar edi. Bundan tashqari, sof Nordic fanatizmi bilan u bu xususiyatdan mashhur fikrlash tajribasida foydalangan. Buning mohiyati shundaki, mushuk do'zax mashinasi bilan qutiga qamalgan edi. Mashina rele orqali kvant tizimiga, masalan, radioaktiv parchalanadigan moddaga ulanadi. Parchalanish ehtimoli ma'lum va 50% ni tashkil qiladi. Jahannam mashinasi tizimning kvant holati o'zgarganda (parchalanish sodir bo'lganda) ishga tushadi va mushuk butunlay o'ladi. Agar siz "Mushuk-quti-jahannam mashinasi-kvanta" tizimini bir soat davomida o'zingizga qoldirsangiz va kvant tizimining holati ehtimollik nuqtai nazaridan tasvirlanganligini eslasangiz, unda buni bilib bo'lmasligi aniq bo'ladi. ma'lum bir vaqtda mushuk tirikmi yoki yo'qmi, xuddi tanganing boshlarga yoki dumlarga tushishini oldindan aniq aytish mumkin emas. Paradoks juda oddiy: kvant tizimini tavsiflovchi to‘lqin funksiyasi mushukning ikki holatini aralashtirib yuboradi – u bir vaqtning o‘zida tirik va o‘likdir, xuddi bog‘langan elektron fazoning istalgan joyidan teng masofada teng ehtimollik bilan joylashishi mumkin. atom yadrosi. Agar biz qutini ochmasak, mushukning ahvolini aniq bilmaymiz. Atom yadrosini kuzatishlarsiz (o'lchovlarni o'qing) biz uning holatini faqat ikkita holatning superpozitsiyasi (aralashmasi) orqali tasvirlashimiz mumkin: chirigan va parchalanmagan yadro. Yadroviy giyohvandlikdagi mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'likdir. Savol tug'iladi: qachon tizim ikki holatning aralashmasi sifatida mavjud bo'lishni to'xtatadi va o'ziga xos birini tanlaydi?
Tajribaning Kopengagen talqini shuni ko'rsatadiki, tizim holatlar aralashmasi bo'lishni to'xtatadi va kuzatish sodir bo'lgan paytda ulardan birini tanlaydi, bu ham o'lchovdir (quti ochiladi). Ya'ni, o'lchov faktining o'zi jismoniy haqiqatni o'zgartirib, to'lqin funktsiyasining qulashiga olib keladi (mushuk yo o'lib qoladi yoki tirik qoladi, lekin ikkalasining aralashmasi bo'lishni to'xtatadi)! O'ylab ko'ring, tajriba va u bilan birga keladigan o'lchovlar atrofimizdagi haqiqatni o'zgartiradi. Shaxsan, bu fakt mening miyamni spirtli ichimliklardan ko'ra ko'proq bezovta qiladi. Taniqli Stiv Xoking ham bu paradoksni boshdan kechirishda qiynalib, Shredingerning mushugi haqida eshitgach, qo‘li Brauningga cho‘zilganini takrorlaydi. Ajoyib nazariy fizik reaktsiyasining jiddiyligi, uning fikricha, to'lqin funktsiyasining qulashida (uni ikkita ehtimollik holatidan biriga yiqilishida) kuzatuvchining roli juda bo'rttirilganligi bilan bog'liq.
Albatta, 1935 yilda professor Ervin o'zining mushuk qiynoqlarini tasavvur qilganida, bu kvant mexanikasining nomukammalligini ko'rsatishning ajoyib usuli edi. Aslida, mushuk bir vaqtning o'zida tirik va o'lik bo'lishi mumkin emas. Tajribaning talqinlaridan biri natijasida makrodunyo qonunlari (masalan, termodinamikaning ikkinchi qonuni - mushuk tirik yoki o'lik) va mikro-dunyo qonunlari o'rtasida qarama-qarshilik borligi ma'lum bo'ldi. dunyo (mushuk bir vaqtning o'zida tirik va o'likdir).
Yuqoridagilar amalda qo'llaniladi: kvant hisoblash va kvant kriptografiyasida. Ikki holatning superpozitsiyasidagi yorug'lik signali optik tolali kabel orqali yuboriladi. Agar tajovuzkorlar o'rtadagi biror joyda kabelga ulansa va uzatilgan ma'lumotni tinglash uchun u erga signal teginsa, bu to'lqin funktsiyasini buzadi (Kopengagen talqini nuqtai nazaridan, kuzatuv amalga oshiriladi) va yorug'lik shtatlardan biriga tushadi. Kabelning qabul qiluvchi uchida yorug'likning statistik sinovlarini o'tkazish orqali yorug'lik holatlarning superpozitsiyasida yoki allaqachon kuzatilgan va boshqa nuqtaga uzatilganligini aniqlash mumkin bo'ladi. Bu aniqlanmaydigan signalni ushlash va tinglashni istisno qiladigan aloqa vositalarini yaratishga imkon beradi.
Shredingerning fikrlash tajribasining yana bir so'nggi talqini - bu Katta portlash nazariyasi qahramoni Sheldon Kuper o'zining kam ma'lumotli qo'shnisi Penniga aytgan hikoya. Sheldon hikoyasining mohiyati shundaki, Shredingerning mushuki tushunchasini insoniy munosabatlarga qo'llash mumkin. Erkak va ayol o'rtasida nima sodir bo'layotganini, ular o'rtasida qanday munosabat borligini tushunish uchun: yaxshi yoki yomon, faqat qutini ochishingiz kerak. Ungacha munosabatlar ham yaxshi, ham yomon.
1935 yilda buyuk fizik, Nobel mukofoti laureati va kvant mexanikasi asoschisi Ervin Shredinger o'zining mashhur paradoksini shakllantirdi.
Olim, agar siz biron bir mushukni olib, uni "do'zax mashinasi" bilan shaffof bo'lmagan po'lat qutiga joylashtirsangiz, bir soat ichida u bir vaqtning o'zida tirik va o'lik bo'lishini taklif qildi. Qutidagi mexanizm quyidagicha ko'rinadi: Geiger hisoblagichi ichida bir soat ichida faqat bitta atomga parchalanishi mumkin bo'lgan mikroskopik miqdordagi radioaktiv modda mavjud; bir vaqtning o'zida, bir xil ehtimollik bilan u parchalanmasligi mumkin. Agar parchalanish sodir bo'lsa, unda qo'l mexanizmi ishlaydi va bolg'acha gidrosiyan kislotasi bilan idishni buzadi va mushuk o'ladi; agar chirish bo'lmasa, u holda idish saqlanib qoladi va mushuk tirik va sog'lom bo'ladi.
Agar biz mushuk va quti haqida emas, balki subatomik zarralar dunyosi haqida gapirgan bo'lsak, unda olimlar mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik, deb aytishadi, ammo makrokosmosda bunday xulosa noto'g'ri. Xo'sh, nima uchun biz materiyaning kichikroq zarralari haqida gapirganda, bunday tushunchalar bilan ishlaymiz?
Shredingerning illyustratsiyasi kvant fizikasining asosiy paradoksini tasvirlashning eng yaxshi namunasidir: uning qonunlariga ko'ra, elektronlar, fotonlar va hatto atomlar kabi zarralar bir vaqtning o'zida ikkita holatda ("tirik" va "o'lik", agar esda tutsangiz) mavjud. sabrli mushuk). Bu holatlar superpozitsiya deb ataladi.
Arkanzas universitetidan (Arkanzas shtat universiteti) amerikalik fizik Art Xobson ushbu paradoksga o'z yechimini taklif qildi.
"Kvant fizikasidagi o'lchovlar Geiger hisoblagichi kabi ma'lum makroskopik qurilmalarning ishlashiga asoslangan bo'lib, ular yordamida mikroskopik tizimlarning kvant holati - atomlar, fotonlar va elektronlar aniqlanadi. Kvant nazariyasi shuni nazarda tutadiki, agar siz mikroskopikni ulashingiz mumkin. sistemani (zarrachani) ba'zi bir makroskopik qurilmaga, tizimning ikki xil holatini ajratib ko'rsatsa, u holda qurilma (masalan, Geiger hisoblagichi) kvant chalkashlik holatiga o'tadi va bir vaqtning o'zida ikkita superpozitsiyada bo'ladi. Bu hodisani to‘g‘ridan-to‘g‘ri kuzating, bu esa uni qabul qilib bo‘lmas holga keltiradi”, - deydi fizik.
Xobsonning aytishicha, Shredinger paradoksida mushuk radioaktiv yadroga ulangan makroskopik qurilma, Geyger hisoblagichi rolini o‘ynaydi, bu yadroning parchalanish holatini yoki “emirmasligi”ni aniqlaydi. Bunday holda, tirik mushuk "chirimaslik" ko'rsatkichi bo'ladi, o'lik mushuk esa parchalanish ko'rsatkichi bo'ladi. Ammo kvant nazariyasiga ko'ra, mushuk, xuddi yadro kabi, hayot va o'limning ikkita superpozitsiyasida mavjud bo'lishi kerak.
Buning o'rniga, fizikning so'zlariga ko'ra, mushukning kvant holati atom holati bilan chigal bo'lishi kerak, ya'ni ular bir-biri bilan "nolokal aloqada". Ya'ni, chigallashgan jismlardan birining holati birdaniga teskari tomonga o'zgarsa, u holda ular bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, uning juftining holati ham o'zgaradi. Bunda Xobson ushbu kvant nazariyasiga ishora qiladi.
“Kvant chalkashlik nazariyasining eng qiziq tomoni shundaki, har ikkala zarrachaning holatining oʻzgarishi bir zumda sodir boʻladi: hech qanday yorugʻlik yoki elektromagnit signal maʼlumotni bir tizimdan ikkinchisiga oʻtkazishga ulgurmaydi.Shunday qilib aytishimiz mumkinki, bu bitta obʼyekt. ular orasidagi masofa qanchalik katta bo'lishidan qat'i nazar, ikki qismga bo'lingan bo'shliq ", - deb tushuntiradi Xobson.
Shredingerning mushuki endi tirik va bir vaqtning o'zida o'lik emas. Agar parchalanish sodir bo'lsa, u o'lik va parchalanish hech qachon sodir bo'lmasa, tirikdir.
Shuni qo'shimcha qilish kerakki, ushbu paradoksga o'xshash echimlar so'nggi o'ttiz yil ichida yana uchta olimlar guruhi tomonidan taklif qilingan, ammo ular jiddiy qabul qilinmagan va keng ilmiy doiralarda e'tibordan chetda qolgan. Xobsonning ta'kidlashicha, kvant mexanikasining paradokslarini hech bo'lmaganda nazariy jihatdan yechish uni chuqur tushunish uchun mutlaqo zarurdir.
