قطة شرودنغر بكلمات بسيطة. جوهر التجربة. ماذا تعني مفارقة قطة شرودنغر؟ قطة شرودنجر: الجوهر بكلمات بسيطة قطة الفيزياء الكمومية

في عام 1935 ، صاغ عالم الفيزياء العظيم ، الحائز على جائزة نوبل ومؤسس ميكانيكا الكم ، إروين شرودنغر ، مفارقته الشهيرة.

اقترح العالم أنه إذا أخذت قطًا معينًا ووضعته في صندوق فولاذي غير شفاف به "آلة جهنم" ، فسيكون حيًا وماتًا في نفس الوقت خلال ساعة. الآلية الموجودة في الصندوق هي كما يلي: يوجد داخل عداد جيجر كمية ميكروسكوبية من المادة المشعة التي يمكن أن تتحلل إلى ذرة واحدة فقط في ساعة واحدة ؛ في هذه الحالة ، قد لا تتحلل بنفس الاحتمالية. في حالة حدوث التسوس ، ستعمل آلية الرافعة وستعمل المطرقة على كسر الوعاء بحمض الهيدروسيانيك ويموت القط ؛ إذا لم يكن هناك تسوس ، فسيظل الوعاء سليمًا ، وستبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.

إذا لم يكن الأمر يتعلق بقطة وصندوق ، ولكن عن عالم الجسيمات دون الذرية ، فإن العلماء سيقولون إن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، لكن هذا الاستنتاج غير صحيح في العالم الكبير. فلماذا نتعامل مع مثل هذه المفاهيم عندما يتعلق الأمر بجزيئات المادة الأصغر؟

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية لفيزياء الكم: وفقًا لقوانينها ، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حي" و "ميت" ، إذا كنت تتذكر قطة طويلة المعاناة). تسمى هذه الحالات بالتراكب.

قدم الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون (Art Hobson) من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"تستند القياسات في فيزياء الكم إلى تشغيل بعض الأجهزة العيانية ، مثل عداد جيجر ، الذي يحدد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) بعض الأجهزة العيانية ، التي تميز بين حالتين مختلفتين للنظام ، ثم الجهاز (عداد جيجر ، على سبيل المثال) سوف يدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في نفس الوقت في تراكبين. ومع ذلك ، من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة مباشرة مما يجعله غير مقبول "، كما يقول الفيزيائي.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر ، تلعب القطة دور جهاز مجهري ، عداد جيجر ، متصل بنواة مشعة ، لتحديد حالة تسوس أو "عدم تحلل" هذه النواة. في هذه الحالة ، تكون القطة الحية مؤشرًا على "عدم التسوس" والقط الميتة مؤشرًا على التسوس. لكن وفقًا لنظرية الكم ، يجب أن يكون القط ، مثل النواة ، في تراكبين من الحياة والموت.

بدلاً من ذلك ، وفقًا للفيزيائي ، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة ، مما يعني أنهما على "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. بمعنى ، إذا تغيرت حالة أحد الكائنات المتشابكة فجأة إلى العكس ، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا بنفس الطريقة ، بغض النظر عن المسافة بينهما. عند القيام بذلك ، يشير هوبسون إلى نظرية الكم هذه.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمومي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون هناك وقت لإشارة ضوئية أو كهرومغناطيسية لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. وبالتالي ، يمكننا القول أن هذا واحد كائن مقسم إلى جزأين فضاء ، مهما كانت المسافة بينهما ، "يوضح هوبسون.

لم تعد قط شرودنجر حية وميتة في نفس الوقت. إنه ميت إذا حدث الاضمحلال ، ويكون حيا إذا لم يحدث التفسخ أبدا.

نضيف أن حلولًا مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وظلت غير ملحوظة في دوائر علمية واسعة. يلاحظ هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم ، نظريًا على الأقل ، ضروري للغاية لفهمها العميق.

جنبا إلى جنب مع قطة شرودنغر ، أحضر علماء الفيزياء أيضًا قطة شيشاير الكمومية. يعتبر Quantum Cheshire Cat ظاهرة متناقضة في ميكانيكا الكم ، وجوهرها هو أن النظام الكمي في ظل ظروف معينة يمكن أن يتصرف كما لو تم فصل الجسيمات وخصائصها في الفضاء. بمعنى آخر ، يمكن فصل الكائن عن خصائصه. اسم هذه الظاهرة هو إشارة إلى أليس في بلاد العجائب من تأليف لويس كارول ، حيث تتمتع إحدى شخصياتها ، قطة شيشاير ، بالقدرة على الاختفاء ، تاركًا وراءها ابتسامته فقط.

Cheshire Cat - لديه القدرة على الاختفاء ، تاركًا وراءه ابتسامة واحدة فقط

تم تطوير التقنية التجريبية من قبل مجموعة من العلماء من المملكة المتحدة وإسرائيل. اقترحوا استخدام طريقة القياس الضعيفة لدراسة مفارقة "القط شيشاير الكمي" باستخدام النيوترونات كمثال. في سياق تجارب استخدام مقياس التداخل النيوتروني ، تم تقسيم حزمة نيوترونية واحدة إلى نيوترونين يسافران بطرق مختلفة. في أثناء ذلك ، تم إجراء قياسات ضعيفة لموقع الجسيمات ، بالإضافة إلى عزمها المغناطيسي (الدوران). تظهر نتائج التجربة أن النظام يتصرف كما لو كانت النيوترونات تتحرك على طول مسار واحد ، بينما تتبع عزمها المغناطيسي مسارًا مختلفًا. أي أن "نيوترونات القطط" في مكان مختلف عن "ظهورهم الابتسامة".

تم اقتراح فكرة قطة شيشاير الكمومية لأول مرة في عام 2010. اقترح ياكير أهارونوف في عام 2013 طريقة لتطبيق قياسات ضعيفة لاكتشافه. هذه التجربة ، التي أثبتت لأول مرة وجود مثل هذه الظاهرة ، أعيد إنتاجها على مصدر نيوتروني في معهد Laue-Langevin في غرونوبل بمشاركة متخصصين من جامعة فيينا للتكنولوجيا ، الذين طوروا إعداد القياس.

في تجربة مقياس التداخل النيوتروني ، مر شعاع نيوتروني مع دوران لأعلى ولأسفل عبر بلورة سيليكون مثالية وتم تقسيمها إلى جزأين. ثم تُرك شعاع مستقطب ، تتميز جميع النيوترونات بداخلها بنفس اتجاه الدوران. قام محور الدوران ST1 بتدوير الدوران على طول مسار الحركة. بعد ذلك ، تم إنشاء حزمتين مع اتجاهات دوران مختلفة في كتلة SRs. كان شعاع النيوترون الأول يدور على طول مسار النيوترون ، بينما كان دوران الحزمة الثانية موجهاً في الاتجاه المعاكس. بعد المرور عبر مسارات مختلفة ، تم الجمع بين الشعاعين ، ثم لوحظ تداخل الحزم التي تم تتبعها بواسطة الكاشفين.

في أحد الكاشفات ، تم تسجيل النيوترونات التي تدور على طول اتجاه الحركة فقط ، وتم تجاهل الباقي. من الواضح أن هذه النيوترونات يجب أن تتبع المسار الأول ، حيث أن النيوترونات فقط لديها حالة الدوران هذه ، والتي ثبت في التجربة عن طريق تثبيت مرشحات (ABS) على كل مسار على التوالي ، وامتصاص جزء صغير من النيوترونات. في حالة تمرير الحزمة الثانية عبر الفلتر ، يظل عدد النيوترونات المكتشفة دون تغيير. في حالة توجيه الحزمة الأولى من خلال الفلتر ، ينخفض ​​عدد هذه النيوترونات.

لاحظ العلماء هذه المفارقة عند محاولتهم تحديد موقع السبينات النيوترونية. للقيام بذلك ، تم تغيير اتجاه الدورات قليلاً باستخدام مجال مغناطيسي. عندما تقارب الشعاعتان ، تداخلا ويمكنهما إما تضخيم أو إلغاء بعضهما البعض. يجب أن يؤدي التغيير البسيط في الدورات إلى تغييرات في نمط التداخل بأكمله. خلال التجارب ، اتضح أن المجال المغناطيسي المطبق على الحزمة الأولى ليس له أي تأثير. ولكن ، إذا تم تطبيق مجال مغناطيسي على الحزمة الثانية ، والتي لا تحتوي على نيوترونات قابلة للاكتشاف ، فسيظهر التأثير المطلوب. أي أن النظام تصرف كما لو كانت الجسيمات منفصلة مكانيًا عن خصائصها المغناطيسية.

"لكي نتعلم كيف نقرع طبولنا ، كان علينا إنشاء" عصي "كمومية خاصة ، تلعب دورها جزيئات الضوء المفردة. كل هذا يمهد الطريق لإنشاء نظير ميكانيكي لقط شرودنجر ، واختبار قوانين ميكانيكا الكم على المقاييس الكبيرة ، "قال مارتن رينجباور من جامعة كوينزلاند في بريسبان (أستراليا).

Depositphotos.com

قطة شرودنجر هي "مشارك" في تجربة فكرية اقترحها الفيزيائي النمساوي إروين شرودنجر في عام 1935. أثناء ذلك ، يتم وضع قطة وآلية في صندوق مغلق يفتح حاوية السم في حالة تحلل ذرة مشعة (وهو ما قد يحدث أو لا يحدث).

وفقًا لمبادئ فيزياء الكم ، تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت. هذا هو المكان الذي نشأ فيه مصطلح "التراكب الكمي" - مجموع جميع الحالات التي يمكن أن تكون فيها القطة في وقت واحد. اليوم ، يحاول الفيزيائيون ، بمن فيهم علماء من مركز الكم الروسي ، بنشاط إنشاء قطة شرودنغر يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

© الصورة: إمبريال كوليدج لندن ، طبلة كمومية صنعها فيزيائيون من أستراليا وبريطانيا

اتخذ رينغباور وزملاؤه الخطوة الأولى نحو "إنماء" قط شرودنجر الكبير من خلال دراسة كيفية تفاعل جزيئات مفردة من الضوء مع الأفلام الرقيقة جدًا ولكنها لا تزال مرئية. كان العلماء مهتمين بما إذا كان اصطدام الفوتونات بمثل هذه الأغشية سيولد تأثيرات كمومية فيها "تنتهك" القوانين الكلاسيكية للميكانيكا.

كما يلاحظ الفيزيائي ، في ظل ظروف معينة ، يمكن "قطع" جسيم واحد من الضوء إلى نصفين ، مما ينتج عنه فوتونان أكثر قتامة ، ولكن في نفس الوقت يتشابك. إذا تم توجيه أحد هذه الجسيمات إلى الغشاء ، والثاني - إلى مرآة عادية ، فإن تفاعلاتهما ستؤدي إلى حقيقة أن اتصال كمي آخر سيظهر بين "الأسطوانة" والفوتونات.

في هذه اللحظة ، من المهم أن الفوتون "المنشور" يقع فعليًا في كلتا النقطتين في نفس الوقت - إما أنه يمر عبر الغشاء دون إحداث اهتزازات فيه ، أو يضربه. وفقًا لذلك ، فبعض القياسات "ستضرب" الأسطوانة ، ولن تتسبب في أي تغييرات في بعض القياسات الأخرى. بمعنى آخر ، ستكون الأسطوانة صامتة وتقرع في نفس الوقت ، مما يجعل مثل هذا الفيلم نظيرًا عيانيًا لقط شرودنغر.

© إمبريال كوليدج لندن

بناءً على هذه الأفكار ، قام مؤلفو المقال بتجميع إعداد مماثل وبدأوا في مراقبة اهتزازات الفيلم باستخدام ليزر آخر. كما يعترف رينغباور ، في درجة حرارة الغرفة ، لا يشبه هذا التصميم تمامًا "أسطوانة شرودنغر" ، ولكن حتى في مثل هذه الظروف ، تظهر شذوذات على سطحه تشير إلى وجود خصائص كمومية.

في المستقبل القريب ، يخطط فريقه لتحسين تشغيل مستشعرات تذبذب الليزر ووضع "أسطوانة كمومية" في وحدة التبريد ، والتي يأملون أن تساعدنا في رؤية قط شرودنغر الحقيقي لأول مرة.

إذا كنت مهتمًا بمقال حول موضوع فيزياء الكم ، فهناك احتمال كبير أنك تحب سلسلة Big Bang Theory. لذلك ، جاء شيلدون كوبر بتفسير جديد تجربة فكرية شرودنجر(يمكنك العثور على مقطع فيديو بهذا الجزء في نهاية المقال). لكن من أجل فهم حوار شيلدون مع جاره بيني ، دعنا ننتقل أولاً إلى التفسير الكلاسيكي. لذا ، قط شرودنغر بكلمات بسيطة.

في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على:

• خلفية تاريخية موجزة
• وصف التجربة مع قطة شرودنغر
• حل مفارقة قطة شرودنجر

أخبار سارة على الفور. أثناء التجربة لم يصب قط شرودنغر بأذى. لأن الفيزيائي إروين شرودنجر ، أحد مبتكري ميكانيكا الكم ، أجرى فقط تجربة فكرية.

قبل الخوض في وصف التجربة ، دعنا نجري استطراداً مصغراً في التاريخ.

في بداية القرن الماضي ، تمكن العلماء من النظر في الصورة المصغرة. على الرغم من التشابه الخارجي لنموذج "الذرة والإلكترون" مع نموذج "الشمس-الأرض" ، فقد تبين أن القوانين النيوتونية للفيزياء الكلاسيكية المألوفة لنا لا تعمل في العالم المصغر. لذلك ظهر علم جديد - فيزياء الكم ومكوناتها - ميكانيكا الكم. جميع الكائنات المجهرية في العالم الدقيق كانت تسمى كوانتا.

انتباه! أحد افتراضات ميكانيكا الكم هو "التراكب". سيكون مفيدًا لنا لفهم جوهر تجربة شرودنغر.

"التراكب" هو قدرة الكم (يمكن أن يكون إلكترونًا ، أو فوتونًا ، أو نواة ذرة) ليس في حالة واحدة ، ولكن في عدة حالات في نفس الوقت أو يقع في عدة نقاط في الفضاء في نفس الوقت و إذا لم يكن هناك من يراقب

من الصعب علينا أن نفهم هذا ، لأنه في عالمنا يمكن أن يكون للموضوع حالة واحدة فقط ، على سبيل المثال ، أن يكون ، أو على قيد الحياة ، أو ميت. ويمكن أن يكون في مكان واحد فقط في الفضاء. يمكنك أن تقرأ عن "التراكب" والنتائج المذهلة لتجارب فيزياء الكم في هذه المقالة.

فيما يلي توضيح بسيط للاختلاف في سلوك الكائنات الدقيقة والكبيرة.ضع كرة في أحد الصندوقين. لان الكرة هي كائن من عالمنا الكبير ، ستقول بثقة: "الكرة تقع في صندوق واحد فقط ، بينما الثانية فارغة." إذا أخذت إلكترونًا بدلاً من الكرة ، فسيكون البيان صحيحًا أنه موجود في صندوقين في نفس الوقت. هذه هي الطريقة التي تعمل بها قوانين العالم الصغير. مثال:في الواقع ، لا يدور الإلكترون حول نواة الذرة ، ولكنه يقع في جميع نقاط الكرة حول النواة في نفس الوقت. في الفيزياء والكيمياء ، تسمى هذه الظاهرة "سحابة الإلكترون".

ملخص.لقد أدركنا أن سلوك الشيء الصغير جدًا والشيء الكبير يخضع لقوانين مختلفة. قوانين فيزياء الكم وقوانين الفيزياء الكلاسيكية على التوالي.

لكن لا يوجد علم يصف الانتقال من العالم الكبير إلى العالم المصغر. لذلك ، وصف إروين شرودنجر تجربته الفكرية فقط لإثبات عدم اكتمال النظرية العامة للفيزياء. لقد أراد من مفارقة شرودنجر أن تُظهر أن هناك علمًا لوصف الأجسام الكبيرة (الفيزياء الكلاسيكية) وعلمًا لوصف الأجسام الدقيقة (فيزياء الكم). ولكن لا يوجد علم كاف لوصف الانتقال من الأنظمة الكمومية إلى الأنظمة الكبيرة.

وصف التجربة مع قطة شرودنغر

وصف إروين شرودنغر تجربة فكرية القط في عام 1935. النسخة الأصلية لوصف التجربة معروضة في ويكيبيديا ( قط شرودنغر ويكيبيديا).

فيما يلي نسخة من وصف تجربة Schrödinger Cat بكلمات بسيطة:

• تم وضع قطة في صندوق فولاذي مغلق.
• يوجد في "صندوق شرودنغر" جهاز ذو قلب مشع وغاز سام يوضع في وعاء.
• قد تتفكك النواة في غضون ساعة واحدة أو لا. احتمال الاضمحلال هو 50٪.
• إذا اضمحلت النواة ، فسيقوم عداد جيجر بتسجيلها. سيعمل المرحل وستكسر المطرقة حاوية الغاز. مات قطة شرودنغر.
• إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستكون قطة شرودنغر على قيد الحياة.

وفقًا لقانون "التراكب" لميكانيكا الكم ، في الوقت الذي لا نلاحظ فيه النظام ، تكون نواة الذرة (وبالتالي القط) في حالتين في نفس الوقت. النواة في حالة متحللة / غير متحللة. والقط في حالة كونه على قيد الحياة / ميت في نفس الوقت.

لكننا نعلم على وجه اليقين أنه إذا تم فتح "صندوق شرودنغر" ، فيمكن أن تكون القطة في حالة واحدة فقط:

• إذا لم يتفكك القلب ، فإن قطتنا على قيد الحياة
• إذا تفكك القلب ، مات القط

التناقض في التجربة هو ذلك وفقًا لفيزياء الكم: قبل فتح الصندوق ، تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت، ولكن وفقًا لقوانين الفيزياء في عالمنا ، هذا مستحيل. قطة يمكن أن يكون في حالة واحدة محددة - أن يكون حيا أو ميتا. لا توجد حالة مختلطة "قطة على قيد الحياة / ميتة" في نفس الوقت.

قبل أن تحصل على الدليل ، شاهد هذا الفيديو التوضيحي الرائع لمفارقة تجربة قط شرودنغر (أقل من دقيقتين):

حل مفارقة قطة شرودنجر - تفسير كوبنهاجن

الآن الحل. انتبه إلى اللغز الخاص لميكانيكا الكم - مفارقة المراقب. إن هدف العالم المجهري (في حالتنا ، الجوهر) موجود في عدة حالات في نفس الوقت فقط طالما أننا لا نراقب النظام.

فمثلا, تجربة مشهورة ذات شقين ومراقب.عندما تم توجيه حزمة إلكترونية إلى لوحة معتمة ذات شقين عموديين ، ثم على الشاشة خلف اللوحة ، ترسم الإلكترونات "نمط موجة" - خطوط رأسية مظلمة وخفيفة بالتناوب. ولكن عندما أراد المجربون "رؤية" كيف تطير الإلكترونات عبر الشقوق وتركيب "مراقب" من جانب الشاشة ، لم ترسم الإلكترونات على الشاشة "نمط موجة" ، بل خطين عموديين. أولئك. لم يتصرف مثل الأمواج ، ولكن مثل الجسيمات.

يبدو أن الجسيمات الكمومية نفسها هي التي تقرر الحالة التي ستتخذها في اللحظة التي يتم فيها "قياسها".

بناءً على ذلك ، يبدو تفسير كوبنهاجن الحديث (تفسير) لظاهرة "قط شرودنغر" كما يلي:

بينما لا أحد يراقب نظام "cat-core" ، يكون اللب في حالة متحللة / غير متحللة في نفس الوقت. لكن من الخطأ القول أن القطة على قيد الحياة / ميتة في نفس الوقت. لماذا ا؟ نعم ، لأن الظواهر الكمومية لا تُلاحظ في الأنظمة الكبيرة. من الأصح التحدث ليس عن نظام "cat-core" ، ولكن عن نظام "nucleus-detector (عداد جيجر)".

تختار النواة إحدى الحالات (المتحللة / غير المتحللة) في لحظة الملاحظة (أو القياس). لكن هذا الاختيار لا يتم في الوقت الذي يفتح فيه المجرب الصندوق (يتم فتح الصندوق في العالم الكبير ، بعيدًا جدًا عن عالم النواة). تختار النواة حالتها لحظة اصطدامها بالكاشف.النقطة المهمة هي أن النظام لم يتم وصفه بشكل كافٍ في التجربة.

وهكذا ، فإن تفسير كوبنهاجن لمفارقة شرودنجر القط ينفي أنه قبل فتح الصندوق ، كانت قطة شرودنغر في حالة تراكب - كانت في حالة قطة حية / ميتة في نفس الوقت. يمكن للقط في الكون الكبير أن يكون في حالة واحدة فقط.

ملخص.لم يصف شرودنغر التجربة بالكامل. إنه ليس صحيحًا (بتعبير أدق ، من المستحيل توصيل) الأنظمة العيانية والكمية. لا تعمل قوانين الكم في أنظمتنا الكبيرة. في هذه التجربة ، ليس "cat-core" الذي يتفاعل ، ولكن "cat-detector-core".القط من العالم الكبير ، ونظام "الكاشف الأساسي" من العالم المصغر. وفقط في عالمها الكمي ، يمكن أن تكون النواة في حالتين في نفس الوقت. يحدث هذا قبل لحظة القياس أو تفاعل النواة مع الكاشف. يمكن أن تكون القطة في عالمها الكبير موجودة في حالة واحدة فقط. لهذا، يبدو للوهلة الأولى فقط أن حالة القطة "حية أو ميتة" تتحدد لحظة فتح الصندوق. في الواقع ، يتم تحديد مصيرها في لحظة التفاعل بين الكاشف والنواة.

الملخص النهائي.حالة نظام "detector-nucleus-cat" ليست متصلة بالشخص - المراقب خلف الصندوق ، ولكن بالكاشف - المراقب خلف النواة.

تفو. غسل دماغ تقريبا! لكن كم هو ممتع أن نفهم مفتاح التناقض! كما في نكتة طالب عجوز عن معلم: "بينما كنت أقول ، فهمت الأمر بنفسي!".

تفسير شيلدون لمفارقة شرودنجر القط

الآن يمكنك الجلوس والاستماع إلى أحدث تفسير لشيلدون لتجربة شرودنجر الفكرية. جوهر تفسيره هو أنه يمكن تطبيقه في العلاقات بين الناس. لفهم ما إذا كانت العلاقة بين الرجل والمرأة جيدة أم سيئة ، تحتاج إلى فتح الصندوق (الذهاب في موعد). وقبل ذلك ، كلاهما جيد وسيء في نفس الوقت.

حسنًا ، ما رأيك بهذه "التجربة اللطيفة"؟ في عصرنا ، كان من الممكن أن يعاقب نشطاء حقوق الحيوان شرودنغر لمثل هذه التجارب الفكرية الوحشية مع قطة. أو ربما لم تكن قطة ، بل قطة شرودنغر ؟! فتاة فقيرة ، عانت من هذا شرودنجر (((

نراكم في الوظائف القادمة!

أتمنى لكم جميعا يوما سعيدا وأمسية سعيدة!

ملاحظة. مشاركة أفكارك في التعليقات. وطرح الأسئلة.

ملاحظة. اشترك في المدونة - يوجد نموذج الاشتراك أسفل المقالة.

24 يونيو 2015

للأسف ، أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير ، لكنني لم أكن أعرف على الإطلاق ما يعنيه ، وعلى الأقل ما هو الموضوع الذي تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة ...

« قطة شرودينجر"- هذا هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر ، الحائز أيضًا على جائزة نوبل. بمساعدة هذه التجربة الوهمية ، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

نُشر المقال الأصلي الذي كتبه إروين شرودنغر في عام 1935. هنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يكون فيها السخرية كافيًا. دع بعض القطط تُغلق في حجرة فولاذية جنبًا إلى جنب مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون مستقلة عن تدخل القط): داخل عداد جيجر توجد كمية ضئيلة من المواد المشعة ، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة ، ولكن مع نفس الاحتمال قد لا ينهار ؛ إذا حدث هذا ، يتم تفريغ أنبوب القراءة وتنشيط المرحل ، مما يؤدي إلى خفض المطرقة ، التي تكسر مخروط حمض الهيدروسيانيك.

إذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة ، فيمكننا القول إن القطة ستبقى على قيد الحياة بعد هذا الوقت ، طالما أن الذرة لا تتحلل. كان التحلل الأول للذرة قد سمم القط. ستعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق الخلط في حد ذاته أو تلطيخ القط الحي والميت (اغفر التعبير) بنسب متساوية. نموذجي في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين ، الذي يقتصر أصلاً على العالم الذري ، يتحول إلى عدم يقين عياني يمكن إزالته عن طريق المراقبة المباشرة. هذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. في حد ذاته ، هذا لا يعني أي شيء غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة المشوشة أو البعيدة عن التركيز البؤري والصورة السحابية أو الضبابية.

بعبارات أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة ووعاء غاز سام. يتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي في ساعة واحدة هو 50٪. إذا تفكك القلب ، تفتح حاوية الغاز وتموت القطة. إذا لم يحدث تفكك النواة ، فإن القط يبقى على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق ، انتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القط حي أم ميت؟
3. تخبرنا ميكانيكا الكم ، كما كانت ، أن النواة الذرية (ومن ثم القط) موجودة في جميع الحالات الممكنة في نفس الوقت (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق ، يكون نظام "cat-core" في الحالة "لقد اضمحل اللب ، ومات القط" مع احتمال بنسبة 50٪ وفي الحالة "لم تتحلل النواة ، والقط على قيد الحياة" مع احتمال 50٪. اتضح أن القطة التي تجلس في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث ، لا تزال القطة حية / ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة الاضمحلال للنواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق ، ولكن حتى عندما تدخل النواة للكاشف. لأن اختزال الدالة الموجية لنظام "cat-detector-nucleus" غير متصل بالمراقب البشري للصندوق ، ولكنه متصل بالكاشف والمراقب للنواة.

وفقًا لميكانيكا الكم ، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة ، فإن حالتها توصف بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة ، وبالتالي ، قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة حيا وماتا في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق ، يمكن للمختبر رؤية حالة واحدة محددة فقط - "النواة تفككت ، القط ميت" أو "النواة لم تتفكك ، القط على قيد الحياة".

الجوهر في لغة الإنسان: أظهرت تجربة شرودنغر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت ، وهو ما لا يمكن أن يكون كذلك. وبالتالي ، فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

السؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كمزيج من حالتين ويختار واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد في ظل أي ظروف تنهار وظيفة الموجة ويصبح القط إما ميتًا أو يظل على قيد الحياة ، لكنه لم يعد مزيجًا من الاثنين. نظرًا لأنه من الواضح أن القط يجب أن يكون بالضرورة إما على قيد الحياة أو ميتًا (لا توجد حالة وسيطة بين الحياة والموت) ، فسيكون هذا هو نفسه بالنسبة لنواة الذرة. يجب بالضرورة إما كسرها أو عدم تفكيكها (ويكيبيديا).

آخر تفسير آخر لتجربة شرودنجر الفكرية هو قصة شيلدون كوبر ، بطل سلسلة نظرية الانفجار العظيم ، والذي تحدث إلى الجارة الأقل تعليماً بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات بين الناس. من أجل فهم ما يحدث بين الرجل والمرأة ، ما نوع العلاقة بينهما: جيدة أم سيئة ، ما عليك سوى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين ، تكون العلاقات جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لحوار نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبيني.

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية لفيزياء الكم: وفقًا لقوانينها ، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و "ميتة" ، إذا كنت تتذكر القط الذي طالت معاناته). تسمى هذه الحالات بالتراكب.

قدم الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون (Art Hobson) من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

تستند القياسات في فيزياء الكم إلى تشغيل بعض الأجهزة العيانية ، مثل عداد جيجر ، الذي يحدد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) ببعض الأجهزة العيانية التي تميز بين حالتين مختلفتين من النظام ، فإن الجهاز (عداد جيجر ، على سبيل المثال) سوف يدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في نفس الوقت في تراكبين. ومع ذلك ، من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة مباشرة ، مما يجعلها غير مقبولة "، كما يقول الفيزيائي.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر ، تلعب القطة دور أداة عيانية ، عداد جيجر ، متصل بنواة مشعة ، لتحديد حالة تسوس أو "عدم تحلل" هذه النواة. في هذه الحالة ، ستكون القطة الحية مؤشرًا على "عدم التسوس" ، والقط الميت - مؤشر على التسوس. لكن وفقًا لنظرية الكم ، يجب أن يكون القط ، مثل النواة ، في تراكبين من الحياة والموت.

بدلاً من ذلك ، وفقًا للفيزيائي ، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة ، مما يعني أنهما على "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. بمعنى ، إذا تغيرت حالة أحد الكائنات المتشابكة فجأة إلى العكس ، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا بنفس الطريقة ، بغض النظر عن المسافة بينهما. في نفس الوقت ، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لهذه النظرية الكمومية.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمومي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون هناك وقت للإشارة الضوئية أو الكهرومغناطيسية لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه كائن واحد مقسم إلى جزأين حسب المساحة ، بغض النظر عن المسافة بينهما ، "يوضح هوبسون.

لم تعد قط شرودنجر حية وميتة في نفس الوقت. إنه ميت إذا حدث الاضمحلال ، ويكون حيا إذا لم يحدث التفسخ أبدا.

نضيف أن حلولًا مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وظلت غير ملحوظة في دوائر علمية واسعة. يلاحظ هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم ، نظريًا على الأقل ، ضروري للغاية لفهمها العميق.

شرودنغر

ومؤخرا فقط ، أوضحت النظريات كيف تقتل الجاذبية قط شرودنجر ، لكن هذا بالفعل أكثر تعقيدًا ...

كقاعدة عامة ، يشرح الفيزيائيون الظاهرة القائلة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات ، ولكنه مستحيل مع القطط أو الأجسام الكبيرة الأخرى ، التداخل من البيئة. عندما يمر كائن كمي عبر حقل أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية ، فإنه يفترض فورًا حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هكذا ينهار التراكب ، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة ما عزل كائن كبير ، وهو في حالة تراكب ، عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى ، فإنه سيظل عاجلاً أم آجلاً يأخذ حالة واحدة. على الأقل ، هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما في الفضاء بين النجوم ، ربما يكون لدى القطة فرصة للحفاظ على التماسك الكمي ، لكن هذا غير محتمل على الأرض أو بالقرب من أي كوكب. والسبب في ذلك هو الجاذبية "، كما يشرح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، إيغور بيكوفسكي (إيغور بيكوفسكي) من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يجادل بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا بأن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة ، وبالتالي فإننا لا نلاحظ مثل هذه الظواهر في الكون الكبير. بالمناسبة ، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في الفيلم الطويل Interstellar.

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن الجسم الضخم للغاية سوف يلتف الزمكان بالقرب منه. بالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر ، يمكننا القول أنه بالنسبة لجزيء يتم وضعه بالقرب من سطح الأرض ، فإن الوقت سيكون أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

بسبب تأثير الجاذبية على الزمكان ، فإن الجزيء الذي يقع تحت هذا التأثير سيختبر انحرافًا في موقعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر أيضًا على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء ، والتي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال جزيء في حالة تراكب كمي لموقعين ، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر قريبًا الجزيء على "اختيار" واحد فقط من الموضعين في الفضاء.

يوضح بيكوفسكي: "في معظم الحالات ، ترتبط ظاهرة فك الترابط بتأثير خارجي ، ولكن في هذه الحالة ، يتفاعل الاهتزاز الداخلي للجسيمات مع حركة الجزيء نفسه".

لم يتم ملاحظة هذا التأثير بعد ، لأن المصادر الأخرى لفك الترابط ، مثل المجالات المغناطيسية والإشعاع الحراري والاهتزازات ، عادة ما تكون أقوى بكثير ، وتتسبب في تدمير الأنظمة الكمومية قبل فترة طويلة من تأثير الجاذبية. لكن المجربين يسعون لاختبار الفرضية المذكورة.

يمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك ، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول ، سيختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الوقت على "ارتفاعات" مختلفة من المسار ، بينما في الثاني ، قد يكون التراكب الكمي ثابر.

مصادر

http://4brain.ru/blog/٪D0٪BA٪D0٪BE٪D1٪82-٪D1٪88٪D1٪80٪D0٪B5٪D0٪B4٪D0٪B8٪D0٪BD٪D0٪ B3٪ D0٪ B5٪ D1٪ 80٪ D0٪ B0-٪ D1٪ 81٪ D1٪ 83٪ D1٪ 82٪ D1٪ 8C-٪ D0٪ BF٪ D1٪ 80٪ D0٪ BE٪ D1٪ 81٪ D1٪ 82٪ D1٪ 8B٪ D0٪ BC٪ D0٪ B8-٪ D1٪ 81٪ D0٪ BB٪ D0٪ BE٪ D0٪ B2٪ D0٪ B0٪ D0٪ BC٪ D0٪ B8 /

http://www.vesti.ru/doc.html؟id=2632838

إليكم بعض الشيء شبه العلمي: على سبيل المثال ، وهنا. إذا كنت لا تعرف بالفعل ، فاقرأ وما هو. ونكتشف ماذا المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط للمقال الذي صنعت منه هذه النسخة -