Что такое кот Шредингера?

«Кот Шредингера» - одна из тех фраз, которые время от времени повторяются в разговоре. Тем не менее для тех, кто никогда не изучал физику или, по крайней мере, слышал объяснение Шелдона по теории большого взрыва, может быть неясно, что это означает. Короткий ответ: кот Шредингера - это название известного мысленного эксперимента, впервые поставленного физиком Эрвином Шредингером. Длинный ответ и источник одной из самых важных дискуссий в физике приглашают нас войти в причудливую область квантовой механики, чтобы, возможно, пересмотреть наши предположения о реальности.

Кем был Эрвин Шредингер?

Эрвин Шредингер родился 12 августа 1887 года в Вене, столице Австро-Венгрии. Отец Эрвина, Рудольф Шредингер, был ботаником и владельцем фабрики клеенки. Его мать, Джорджина, была дочерью профессора химии Рудольфа. Единственный ребенок, Эрвин воспитывался как лютеранец и до 11 лет получал частное домашнее образование. Эрвин с раннего возраста преуспевал в языке, математике и физике.

Образование Шредингера

Шредингер поступил в Венский университет и изучал физику. На него сильно повлияли коллеги-физики Франц Экснер, пионер в этой области, и Фриц Хазенорл, позже глава теоретической физики. Шредингеру была присуждена докторская степень. в 1910 году. Его призвали в армию и отправили в Италию в качестве артиллерийского офицера в 1914 году. Шредингеру повезло больше, чем его коллеге и наставнику Хазенорлю, который был убит гранатой в 1915 году. Пережив войну, он занимал преподавательские должности в нескольких университетах, прежде чем жениться. Аннемари Бертель в 1920 году.

Уравнение Шредингера

В 1921 году Шредингер стал профессором Цюрихского университета, и стало ясно, что у него есть новые идеи в области атомной физики. В ответ на теории о том, что движение электронов внутри атома можно описать как волну, Шредингер представил необходимое математическое доказательство своим уравнением волновой теории 1926 года. Говорят, что искра творчества возникла во время бурного романа со старым венцем. Подруга.

Рождение квантовой механики

Уравнение Шредингера дает надежное описание поведения и движения атомов. Приписывая их движение вероятностной волне, положение и состояние атома можно было бы обработать статистически. До тех пор, пока не было проведено прямое измерение, атом находился в состоянии суперпозиции. Согласно Копенгагенской интерпретации, это означало, что он мог рассматриваться как находящийся во всех местах одновременно. Ключевой вопрос для физиков: была ли волновая теория просто удобным математическим инструментом или она описывала что-то физически реальное? Где на самом деле был атом?

Кисть с Эйнштейном и нацистами

В 1927 году Шредингер вместе с женой переехал в Берлинский университет имени Фридриха Вильгельма. Здесь он потер локти с Альбертом Эйнштейном. Продолжая проводить там важные и новаторские исследования, он все больше тревожился из-за растущей антисемитской атмосферы в Германии. Следуя примеру Эйнштейна, в 1937 году он покинул Германию и переехал в Англию, заняв должность в Оксфорде. Вскоре после этого он был удостоен Нобелевской премии по физике 1933 года.

Кот Шредингера

Несмотря на его ключевую роль в создании теории волн, Шредингер никогда не чувствовал себя комфортно с ее последствиями. Как и многие физики, он не мог примирить квантовую неопределенность на атомном уровне с нашим повседневным опытом реальности. В мире, который мы видим, люди и предметы имеют определенное место и состояние, независимо от того, наблюдаем мы их или нет. Чтобы подчеркнуть это противоречие, он сформулировал мысленный эксперимент, в котором участвовали кошка в запечатанном ящике, радиоактивное вещество и счетчик Гейгера для измерения распада вещества.

В течение одного часа вероятность того, что радиоактивный материал распадется и испустит единственный атом, составляет 50%. Если это произойдет, счетчик Гейгера обнаружит это и активирует реле, которое заставит молоток разбить фляжку с кислотой. Кислота попадет в ящик, убив кошку. Вопрос был в том, жива кошка или мертва?

Парадокс кота Шредингера

С точки зрения квантовой механики считается, что кошка находится в наложенном состоянии с равной вероятностью быть либо мертвой, либо живой. Состояние кошки определяется только тогда, когда ее измеряют или наблюдают. Это казалось абсурдным, писал Шредингер, поскольку кошка, несомненно, должна быть тем или другим, независимо от того, решит наблюдатель взглянуть или нет. Тем не менее, именно так, казалось, вели себя атомы. Связывая судьбу кошки с колебаниями атомных ядер, Шредингер продемонстрировал центральную проблему Копенгагенской интерпретации квантовой механики.

Число ангела 555, означающее любовь

Опасения и сожаления

Излишне говорить, что, когда его спросили, что он думает о Копенгагенской интерпретации своей волновой теории, Шредингер сказал: «Мне это не нравится, и мне жаль, что я когда-либо имел к этому какое-то отношение». Шредингер годами спорил со своими современниками о значении своего собственного эксперимента.

Была ли у Шредингера когда-нибудь кошка?

Ходят слухи, что в какой-то момент 1930-х годов Шредингер действительно владел кошкой по имени Милтон в своем доме в Оксфорде. К счастью, несмотря на то, что он вдохновлял своего владельца, нет никаких доказательств того, что Schrостровкота Дингера когда-либо помещали в ящик с флягой с кислотой.

Наследие

Шредингер умер 4 января 1961 года в том же городе, в котором он родился, в Вене. Ко времени его смерти и он, и его теоретик из семейства кошачьих оставили неизгладимый след в квантовой механике. В то время как многие великие умы внесли свой вклад в развитие теории волн и концепции неопределенности, только один навсегда останется отцом квантовой механики, и это Эрвин Шредингер.