Войти * Регистрация
Донецкая народная республика
Луганская народная республика
} НОВОРОССИЯ

» » Може кіт бути живим і мертвим одночасно?

Може кіт бути живим і мертвим одночасно?



Може кіт бути живим і мертвим одночасно?
MishelVerini , Shutterstock.com

У звичному для нас макросвіті тіло має лише одне-єдине стан у визначений момент часу. Наприклад, яблуко може лежати на тарілці або висіти на дереві, боксер може виграти поєдинок або програти його, або звести внічию, кіт може бути живим, або мертвим. Але в мікросвіті такі обмеження перестають діяти.

Квантові частинки поводяться так, ніби вони знаходяться в декількох місцях одночасно. А адже і яблуко, і кіт, і всі інші макроскопічні тіла складаються з квантових частинок. Це один з яскравих парадоксів найбільш точною сучасної теорії - квантової механіки.

Квантова механіка чудово пояснювала ті явища, які відбуваються на рівні елементарних частинок, але при цьому була неефективна щодо опису систем макроскопічного масштабу, в яких добре діяла класична механіка. У свою чергу, класична механіка не могла адекватно пояснити те, що спостерігається у світі атомів, адронів, електронів і протонів. Теоретична фізика розділилася на два пласти, які ніяк не бажали узгоджуватися між собою.

Теорія, яку важко уявити

В історії науки часто буває так, що математичний апарат теорії розробляється раніше, ніж приходить розуміння його фізичного сенсу. Так сталося і на цей раз. Незважаючи на витонченість математичних конструкцій квантової механіки, виникла гостра необхідність у її інтерпретації з точки зору реальності і навіть філософії. Простіше кажучи, потрібно було зробити так, щоб квантовий світ можна було не тільки прорахувати і розписати в формулах, але ще й уявити.

А це, треба сказати, досить важке заняття. Взяти хоча б фундаментальне положення квантової фізики - принцип невизначеності Гейзенберга. Він свідчить, що чим максимально точніше буде виміряна швидкість квантової частинки, тим важче буде передбачити її місце розташування, і навпаки. Якби цей принцип спостерігався в повсякденному житті, то вийшло б вельми незвичайна ситуація. Припустимо, є правопорушник на автомобілі. Цей горе-гонщик може нічого не боятися і на повній швидкості їхати туди, куди йому заманеться - адже варто лише зафіксувати швидкість машини радаром, як її становище тут же стане невизначеним. І навпаки, якщо сфотографувати автомобіль, тобто встановити його місцезнаходження, то виявиться жахлива похибка, яка завадить обчислити швидкість. Ось такі курйози.

Елементарні частинки у квантовій механіці не мають швидкостей і координат, до яких ми так звикли. Замість них є хвильова функція, що описує так зване чисте стан системи і визначає ймовірності характеристик частинки. При цьому сам квантовий об'єкт не знаходиться в якомусь конкретному місці і не переміщається туди-сюди. Він ніби розмазаний в просторі і знаходиться відразу скрізь та у всіх можливих станах одночасно. Це називається суперпозицією. При взаємодії таких частинок утворюються «заплутані» стану з єдиною системою і загальної хвильовою функцією.

Перед фізиками став ряд питань: що являють собою квантові частинки в реальності? Що буде з хвильовою функцією при реєстрації квантів в певній точці? І найголовніше, яку роль у всьому цьому відіграє спостерігач?

Копенгагенська інтерпретація

В 1927 році в Копенгагені спільними зусиллями Нільса Бора і Вернера Гейзенберга було сформульовано тлумачення квантової теорії. Зокрема, воно стосувалося таких найважливіших питань, як корпускулярно-хвильовий дуалізм і, особливо, вимірювання (спостереження).

Згідно копенгагенської інтерпретації, хвильова функція містить абсолютно всі дані про стан квантових об'єктів. Однак вона описує не самі по собі елементарні частинки, а їх властивості, які проявляються на макрорівні. Всередині часток немає прихованих характеристик, які визначають, коли їм розпадатися або де з'являтися при реєстрації. На хвильову функцію впливають такі процеси, як унітарне перетворення (виходить з рівняння Шредінгера) і процес спостереження.

Наріжним каменем копенгагенської інтерпретації є саме процес квантового вимірювання. Коли експериментатор спостерігає частку в конкретному місці, то ймовірність її знаходження в стороні - практично нульова. Тобто хвильова функція блискавично концентрується в дуже маленькій області. Цю подію називають колапсом хвильової функції.

В якості наочного прикладу колапсу можна навести такий простий експеримент. Припустимо, у нас є посріблена скляна пластина, що відображає і пропускає рівно половину вихідного світлового потоку, який на неї падає. Нехай на цю пластину падає лише один фотон. Його хвильова функція розділиться на відбиту і пройдену хвилі. Якщо на цьому хвильовому шляху поставити два фотодатчика, то активізується тільки один з них, бо фотон виявиться або ліворуч, або праворуч від посрібленої пластинки, тобто або відіб'ється, або пройде через неї. Ймовірність такої реєстрації - 50%, і це абсолютно випадковий процес.

На жаль, навіть копенгагенська інтерпретація не дає відповіді на питання, що ж таке хвильова функція - реальна сутність або математичний інструмент для розрахунку ймовірностей? Але все ж ця інтерпретація здобула найбільшу популярність у фізиків, і її монополія тривала досить довго. Та й зараз її підтримують більшість вчених. Як би там не було, Нільс Бор вважав, що головне, прорахувати і передбачити результати, а решта - роздуми - відноситься вже не до науки, а до філософії.

Кіт Шредінгера

Недоліки квантової механіки по відношенню до макросвіту дуже турбували Ервіна Шредінгера, одного з творців цієї теорії. Для того щоб продемонструвати її неповноту, він придумав уявний експеримент. Якщо спробувати пояснити простими словами суть експерименту, то вийде наступне.

В сталевій камері замкнений кіт. Камера містить механізм з лічильником Гейгера, в якому є радіоактивна речовина. Його кількість настільки мізерне, що за одну годину може розпастися тільки один атом, але з такою ж ймовірністю може не розпастися. Якщо ядро розпадеться, то зчитує детектор передасть сигнал на реле, активуюча молот, який ударяє по колбі з синильною кислотою. Отже, при розпаді ядра кіт загине, а якщо розпаду не буде, то він залишиться живий-здоровий.

Квантова механіка показує, що якщо над атомним ядром (а відповідно, і над котом) не проводиться спостереження, то воно перебуває в суперпозиції. Усунути цю невизначеність може тільки спостереження. Але до того як спостерігач відкриє камеру, система «кіт-радіоактивний елемент» знаходиться в «розмазаному» стані з однаковою ймовірністю 50%. Виходить, що кіт і живий, і мертвий одночасно. Зрозуміло, в дійсності такого не може бути, бо немає проміжного стану між життям і смертю, а отже, квантова механіка має ваду.

Копенгагенська інтерпретація «викручується» з цього парадокса таким чином: якщо накласти макроскопическую хвильову функцію на квантовий стан, то суперпозиція руйнується і експериментатор побачить чи живого, чи мертвого кота. Вибір стану розпаду ядра (та стану тварини) відбувається не в момент відкриття камери, а саме тоді, коли ядро потрапляє в детектор.

Критикуючи квантову механіку, великий Альберт Ейнштейн якось сказав: «Бог не грає в кості». Нільс Бор йому відповідав: «Ейнштейн, не вказуйте Богу, що робити». Суперечки з цього приводу тривають. Для простого обивателя квантова теорія нехай і вдала, але неймовірна. Як би там не було, на сьогоднішній день у фізиці немає іншої концепції, яка могла б описати дивовижний світ елементарних частинок більш точно. Чи Не правда?


25.08.2014
Loading...

Похожие статьи:
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
вверх