Эрвин Шредингер ввёл понятие о волновой функции, но проблема в том, что она выражала состояние в форме ряда вероятностей. Это расходилось с тем, как большинство учёных привыкли понимать физическую реальность. Мысленный эксперимент с котом был предложен Шрёдингером, чтобы проиллюстрировать проблемы квантовой физики.
Квантовая Неопределенность
Рассмотрим один радиоактивный атом с периодом полураспада в один час. Согласно квантовой теории, через час атом будет находиться в состоянии как распада, так и не распада. После измерения атома волновая функция коллапсирует в одно состояние, но до тех пор она будет оставаться суперпозицией двух квантовых состояний.
Это ключевой аспект Копенгагенской интерпретации квантовой физики - дело не только в том, что ученый не знает, в каком состоянии атом находится, но и в том, что физическая реальность не определяется до тех пор, пока не произойдет акт измерения. Каким-то неведомым образом сам акт наблюдения закрепляет ситуацию в том или ином состоянии. Пока это наблюдение не происходит, физическая реальность разделена между всеми возможностями.
Интерпретации эксперимента с котом
Стивен Хокинг говорил: "Когда я слышу о коте Шрёдингера, я тянусь за пистолетом." Самая большая проблема с аналогией заключается в том, что квантовая физика обычно работает только на микроскопическом уровне атомов и субатомных частиц, а не на макроскопическом уровне кошек и пузырьков с ядом.
Шредингер предложил поместить гипотетическую кошку в гипотетическую коробку. В коробку с кошкой мы помещаем пузырек с ядовитым газом, который мгновенно убивал кошку. Флакон подключен к аппарату, который подключен к счетчику Гейгера. Вышеупомянутый радиоактивный атом помещают рядом со счетчиком Гейгера и оставляют там ровно на один час. Если атом распадется, счетчик Гейгера обнаружит излучение, разобьет флакон и убьет кота. Если атом не распадется, то флакон останется неповрежденным и кот будет жив.
После часа атом находится в состоянии, когда он одновременно распадается и не распадается. Однако, учитывая, как мы построили ситуацию, это означает, что флакон сломан и не сломан, и, в конечном счете, согласно Копенгагенской интерпретации квантовой физики, кошка и мертва, и жива.
Итак, акт измерения чего-то приводит к коллапсу волновой функции. В этой аналогии, действительно, акт измерения происходит с помощью счетчика Гейгера. Невозможно изолировать кошку или отдельные части системы, чтобы она действительно была квантово-механической по своей природе.
Как только кот вошел в уравнение, измерение уже сделано. Независимо от того, открывает ученый коробку или нет, кошка либо жива, либо мертва. Её состояние не является суперпозицией двух состояний.
Существует мнение, что коллапс волновых функций может быть связан с сознанием наблюдателя.
Другая интерпретация - это интерпретация многих миров (MWI) квантовой физики, которая предполагает, что ситуация фактически разветвляется на многие миры. В некоторых из этих миров кошка будет мертва, в других кошка будет жива. Хотя интерпретация многих миров увлекательна для публики и, конечно, для авторов научной фантастики, она также является мнением меньшинства среди физиков, хотя нет никаких конкретных доказательств за или против нее.
Читайте также:
Мифы о физике: теория относительности ≠ всё относительно
Что такое фотон?
Главные проблемы физики: квантовая гравитация
