Banyak orang telah mendengar ungkapan ini, tetapi mungkin tidak semua orang memahami maksudnya yang dipermudahkan. Mari cuba mengetahuinya tanpa teori dan formula rumit.
"Kucing Schrödinger" adalah nama eksperimen pemikiran terkenal ahli fizik teori Austria terkenal Erwin Schrödinger, yang juga pemenang Hadiah Nobel. Dengan pengalaman fiksyen ini, saintis ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanik kuantum dalam peralihan dari sistem subatomik ke sistem makroskopik.
Artikel asal Erwin Schröderer diterbitkan pada tahun 1935. Berikut adalah petikan:
Anda juga boleh membina kes di mana burlesque cukup. Biarkan beberapa kucing terkurung di ruang besi bersama dengan mesin jahat berikut (yang seharusnya tidak bergantung pada campur tangan kucing): di dalam kaunter Geiger terdapat sebilangan kecil bahan radioaktif, begitu kecil sehingga hanya satu atom yang dapat mereput dalam satu jam, tetapi dengan yang sama kebarangkalian mungkin tidak hancur; jika ini berlaku, tabung bacaan dilepaskan dan relay dipicu, melepaskan tukul, yang memecahkan kerucut dengan asid hidrosianik.
Sekiranya anda membiarkan seluruh sistem ini sendiri selama satu jam, maka kita boleh mengatakan bahawa kucing akan hidup selepas masa ini, selagi kerosakan atom tidak berlaku. Pereputan pertama atom akan meracuni kucing. Fungsi psi sistem secara keseluruhan akan menyatakan ini dengan mencampurkan atau memburuk-burukkan kucing hidup dan mati (maaf atas ungkapan) di bahagian yang sama. Yang biasa dalam kes seperti ini adalah bahawa ketidakpastian, yang awalnya terbatas pada dunia atom, diubah menjadi ketidakpastian makroskopik, yang dapat dihilangkan dengan pemerhatian langsung. Ini menghalang kita daripada naif menerima "model kabur" sebagai cerminan kenyataan. Dengan sendirinya, ini tidak bermaksud sesuatu yang tidak jelas atau bercanggah. Terdapat perbezaan antara foto yang kabur atau tidak fokus dan foto awan atau kabut.
Dalam kata lain:
- Ada kotak dan kucing. Kotak itu mengandungi mekanisme yang mengandungi nukleus atom radioaktif dan bekas dengan gas beracun. Parameter eksperimen dipilih sehingga kebarangkalian kerosakan nuklear dalam 1 jam adalah 50%. Sekiranya nukleus hancur, bekas dengan gas terbuka dan kucing mati. Sekiranya inti tidak reput, kucing akan tetap hidup dan sihat.
- Kami menutup kucing di dalam kotak, menunggu satu jam dan bertanya pada diri sendiri: adakah kucing itu hidup atau mati?
- Mekanika kuantum, sebagaimana adanya, memberitahu kita bahawa nukleus atom (dan oleh itu kucing) berada dalam semua keadaan yang mungkin secara serentak (lihat superposisi kuantum). Sebelum kita membuka kotak, sistem "inti kucing" berada dalam keadaan "inti membusuk, kucing mati" dengan kebarangkalian 50% dan dalam keadaan "inti belum reput, kucing masih hidup" dengan kebarangkalian 50%. Ternyata kucing yang duduk di dalam kotak itu hidup dan mati pada masa yang sama.
- Menurut tafsiran Copenhagen moden, kucing itu hidup / mati tanpa keadaan pertengahan. Dan pilihan keadaan kerosakan nuklear berlaku bukan pada saat membuka kotak, tetapi juga ketika inti memasuki pengesan. Kerana pengurangan fungsi gelombang sistem "kucing-detektor-nukleus" tidak dikaitkan dengan pemerhati kotak manusia, tetapi dikaitkan dengan pengesan-pemerhati inti.
Video promosi:
Menurut mekanik kuantum, jika tidak ada pemerhatian yang dibuat terhadap inti atom, maka keadaannya digambarkan dengan pencampuran dua keadaan - nukleus yang hancur dan nukleus yang tidak dapat diselesaikan, oleh itu, kucing yang duduk di dalam kotak dan mempersonifikasikan inti atom sama ada hidup dan mati pada masa yang sama. Sekiranya kotak itu dibuka, maka eksperimen hanya dapat melihat satu keadaan tertentu - "inti telah reput, kucing mati" atau "inti belum reput, kucing masih hidup."
Intipati bahasa manusia: Eksperimen Schröderer menunjukkan bahawa, dari sudut pandang mekanik kuantum, kucing hidup dan mati, yang tidak mungkin. Oleh itu, mekanik kuantum mempunyai kekurangan yang ketara.
Persoalannya ialah: bilakah sistem itu tidak lagi wujud sebagai campuran dua keadaan dan memilih satu yang khusus? Tujuan eksperimen adalah untuk menunjukkan bahawa mekanik kuantum tidak lengkap tanpa beberapa peraturan yang menunjukkan dalam keadaan apa fungsi gelombang runtuh, dan kucing itu mati atau tetap hidup, tetapi tidak lagi menjadi campuran kedua-duanya. Oleh kerana jelas bahawa kucing semestinya masih hidup atau mati (tidak ada keadaan antara hidup dan mati), maka ini akan sama untuk inti atom. Ia mesti hancur atau tidak hancur (Wikipedia).
Penafsiran lain yang paling baru mengenai eksperimen pemikiran Schröderer adalah kisah Sheldon Cooper, pahlawan siri Big Bang Theory, yang dia ceritakan untuk jiran Penny yang kurang berpendidikan. Inti dari kisah Sheldon adalah bahawa konsep kucing Schröderer dapat diterapkan dalam hubungan antara orang. Untuk memahami apa yang berlaku antara lelaki dan wanita, apa jenis hubungan antara mereka: baik atau buruk, anda hanya perlu membuka kotak. Sebelum itu, hubungan baik dan buruk.
Berikut adalah video dialog Teori Big Bang ini antara Sheldon dan Singing.
Ilustrasi Schröderer adalah contoh terbaik untuk menerangkan paradoks utama fizik kuantum: menurut undang-undangnya, zarah seperti elektron, foton dan bahkan atom wujud di dua keadaan pada masa yang sama ("hidup" dan "mati", jika anda ingat kucing yang menderita lama). Negeri-negeri ini dipanggil superposisi.
Ahli fizik Amerika Art Hobson dari University of Arkansas (Arkansas State University) menawarkan penyelesaiannya sendiri terhadap paradoks ini.
Pengukuran dalam fizik kuantum didasarkan pada pengoperasian perangkat makroskopik tertentu, seperti penghitung Geiger, yang menentukan keadaan kuantum sistem mikroskopik - atom, foton dan elektron. Teori kuantum menyiratkan bahawa jika anda menyambungkan sistem mikroskopik (zarah) ke peranti makroskopik tertentu yang membezakan antara dua keadaan sistem yang berbeza, maka peranti (kaunter Geiger, misalnya) akan menuju ke keadaan keterikatan kuantum dan juga akan berada dalam dua superposisi serentak. Namun, mustahil untuk melihat fenomena ini secara langsung, yang menjadikannya tidak dapat diterima,”kata ahli fizik.
Hobson mengatakan bahawa dalam paradoks Schröderer, kucing memainkan peranan sebagai instrumen makroskopik, pembilang Geiger yang disambungkan ke nukleus radioaktif, untuk menentukan keadaan pereputan atau "tidak pereputan" nukleus itu. Dalam kes ini, kucing hidup akan menjadi penunjuk "tidak mereput", dan kucing yang mati adalah penunjuk kerosakan. Tetapi menurut teori kuantum, kucing, seperti inti, mesti berada dalam dua superposisi hidup dan mati.
Sebaliknya, menurut ahli fizik, keadaan kuantum kucing harus terjerat dengan keadaan atom, yang bermaksud bahawa mereka berada dalam "hubungan bukan tempatan" antara satu sama lain. Maksudnya, jika keadaan salah satu objek yang terjerat tiba-tiba berubah menjadi sebaliknya, keadaan pasangannya akan berubah dengan cara yang sama, tidak kira jarak antara satu sama lain. Dengan berbuat demikian, Hobson merujuk kepada pengesahan eksperimen teori kuantum ini.
Perkara yang paling menarik dalam teori keterikatan kuantum adalah bahawa perubahan keadaan kedua-dua zarah berlaku dengan serta-merta: tidak ada cahaya atau isyarat elektromagnetik yang mempunyai masa untuk memindahkan maklumat dari satu sistem ke sistem yang lain. Oleh itu, kita dapat mengatakan bahawa ini adalah satu objek, dibahagikan kepada dua bahagian mengikut ruang, tidak kira sejauh mana jarak antara mereka,”jelas Hobson.
Kucing Schröderer tidak lagi hidup dan mati pada masa yang sama. Dia mati jika kerosakan berlaku, dan hidup jika kerosakan tidak pernah berlaku.
Kami menambah bahawa pilihan serupa untuk menyelesaikan paradoks ini telah diusulkan oleh tiga lagi kumpulan saintis selama tiga puluh tahun yang lalu, tetapi mereka tidak dipandang serius dan tetap tidak diketahui oleh kalangan ilmiah yang luas. Hobson menyatakan bahawa menyelesaikan paradoks mekanik kuantum, bahkan teori, sangat diperlukan untuk pemahamannya yang mendalam.
Anda boleh membaca lebih lanjut mengenai karya ahli fizik dalam artikelnya, yang diterbitkan dalam jurnal Physical Review A.
Schrödinger.
Tetapi baru-baru ini, THEORETICS MENJELASKAN BAGAIMANA GRAVITY MEMBUNUHKAN Kucing SCHRODINGER, tetapi ini sudah lebih sukar …
Sebagai peraturan, ahli fizik menjelaskan fenomena bahawa superposisi adalah mungkin di dunia zarah, tetapi tidak mungkin dengan kucing atau objek makro lain, gangguan dari persekitaran. Apabila objek kuantum melewati medan atau berinteraksi dengan zarah rawak, ia hanya menganggap satu keadaan - seolah-olah diukur. Ini adalah bagaimana superposisi dihancurkan, seperti yang dipercayai oleh para saintis.
Tetapi walaupun dalam beberapa cara menjadi mungkin untuk mengasingkan objek makro dalam keadaan superposisi dari interaksi dengan zarah dan medan lain, cepat atau lambat ia masih akan menganggap satu keadaan. Sekurang-kurangnya ini berlaku untuk proses yang berlaku di permukaan Bumi.
Di suatu tempat di ruang antarbintang, mungkin kucing berpeluang untuk mengekalkan koheren kuantum, tetapi di Bumi atau berhampiran planet mana pun ini sangat tidak mungkin. Dan alasannya adalah graviti,”jelas penulis utama kajian baru itu, Igor Pikovski dari Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian.
Pikovsky dan rakan-rakannya di University of Vienna berpendapat bahawa graviti mempunyai kesan merosakkan pada superposisi kuantum makroobjek, dan oleh itu kita tidak melihat fenomena seperti itu di makrokosmos. Konsep asas hipotesis baru, dengan cara itu, diringkaskan dalam filem utama Interstellar.
Teori relativiti umum Einstein menyatakan bahawa objek yang sangat besar akan membengkak jarak dekatnya. Dengan mempertimbangkan keadaan pada tahap yang lebih halus, kita dapat mengatakan bahawa untuk molekul yang diletakkan di dekat permukaan Bumi, waktu akan berjalan lebih lambat daripada yang ada di orbit planet kita.
Oleh kerana pengaruh graviti pada ruang-waktu, molekul yang berada di bawah pengaruh ini akan mengalami pesongan pada kedudukannya. Dan ini, seterusnya, akan mempengaruhi tenaga dalamannya - getaran zarah dalam molekul, yang berubah dari masa ke masa. Sekiranya molekul diperkenalkan ke keadaan superposisi kuantum dari dua lokasi, maka hubungan antara kedudukan dan tenaga dalaman akan segera memaksa molekul untuk "memilih" hanya satu dari dua posisi di ruang angkasa.
"Dalam kebanyakan kes, fenomena decoherence dikaitkan dengan pengaruh luaran, tetapi dalam kes ini, getaran dalaman zarah berinteraksi dengan pergerakan molekul itu sendiri," jelas Pikovsky.
Kesan ini belum dapat dilihat, kerana sumber lain dari decoherence, seperti medan magnet, sinaran panas dan getaran, biasanya jauh lebih kuat, dan menyebabkan pemusnahan sistem kuantum jauh sebelum graviti berlaku. Tetapi para eksperimen cuba menguji hipotesis yang dinyatakan.
Markus Arndt, seorang ahli fizik eksperimen di University of Vienna, sedang melakukan eksperimen untuk memerhatikan superposisi kuantum objek makroskopik. Ia menghantar molekul kecil ke dalam interferometer, dengan berkesan memberi zarah "pilihan" jalan mana yang harus diambil. Dari sudut pandang mekanik klasik, molekul hanya dapat satu arah, tetapi molekul kuantum dapat dua arah sekaligus, mengganggu dirinya sendiri dan membuat corak bergelombang yang khas.
Penyediaan yang serupa juga dapat digunakan untuk menguji kemampuan graviti untuk menghancurkan sistem kuantum. Untuk melakukan ini, perlu membandingkan interferometer menegak dan mendatar: pada yang pertama, superposisi akan segera hilang kerana pelebaran masa pada "ketinggian" jalan yang berbeza, sementara di kedua, superposisi kuantum mungkin berterusan.
