قطة شرودنغر بكلمات بسيطة. جوهر التجربة. ماذا تعني مفارقة قطة شرودنغر؟ قطة شرودنغر: الجوهر في كلمات بسيطة قطة فيزياء الكم

في عام 1935، صاغ الفيزيائي الكبير، الحائز على جائزة نوبل ومؤسس ميكانيكا الكم، إروين شرودنغر، مفارقته الشهيرة.

واقترح العالم أنه إذا أخذت قطة معينة ووضعتها في صندوق فولاذي غير شفاف مع "آلة جهنمية"، ففي غضون ساعة ستكون حية وميتة في نفس الوقت. تبدو الآلية الموجودة في الصندوق كما يلي: يوجد داخل عداد جيجر كمية مجهرية من مادة مشعة يمكن أن تتحلل إلى ذرة واحدة فقط في الساعة؛ وفي الوقت نفسه، وبنفس الاحتمال، لا يجوز لها أن تتحلل. إذا حدث الاضمحلال، فستعمل آلية الرافعة وستقوم المطرقة بكسر الوعاء بحمض الهيدروسيانيك وسوف تموت القطة؛ إذا لم يكن هناك تسوس، فسيبقى الوعاء سليما، وستكون القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.

إذا لم نتحدث عن قطة وصندوق، ولكن عن عالم الجزيئات دون الذرية، فسيقول العلماء أن القطة حية وميتة في نفس الوقت، ولكن في العالم الكبير مثل هذا الاستنتاج غير صحيح. فلماذا نتعامل مع مثل هذه المفاهيم عندما نتحدث عن جسيمات أصغر من المادة؟

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية في فيزياء الكم: وفقًا لقوانينها، توجد الجسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و"ميتة"، إذا كنت تتذكر قطة طويلة المعاناة). وتسمى هذه الحالات التراكبات.

اقترح الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"تعتمد القياسات في فيزياء الكم على تشغيل بعض الأجهزة العيانية، مثل عداد جيجر، الذي يتم من خلاله تحديد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. وتشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل مجهري (الجسيم) إلى جهاز مجهري، ويميز بين حالتين مختلفتين للنظام، ثم الجهاز (عداد جيجر، على سبيل المثال) سيدخل في حالة من التشابك الكمي ويجد نفسه أيضًا في تراكبين في وقت واحد. ومع ذلك، من المستحيل يقول الفيزيائي: "لاحظ هذه الظاهرة بشكل مباشر، مما يجعلها غير مقبولة".

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر، تلعب القطة دور جهاز مجهري، وهو عداد جيجر، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة الاضمحلال أو "عدم الاضمحلال" لتلك النواة. وفي هذه الحالة ستكون القطة الحية مؤشرا على "عدم الاضمحلال"، والقطة الميتة ستكون مؤشرا على الاضمحلال. ولكن وفقا لنظرية الكم، فإن القطة، مثل النواة، يجب أن توجد في تراكبين للحياة والموت.

بدلًا من ذلك، وفقًا للفيزيائي، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة، مما يعني أنهما في "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. أي أنه إذا تغيرت حالة أحد الأجسام المتشابكة فجأة إلى العكس، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا، بغض النظر عن بعدهما عن بعضهما البعض. وبذلك يشير هوبسون إلى نظرية الكم هذه.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمي هو أن تغيير حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون لدى أي إشارة ضوئية أو كهرومغناطيسية الوقت الكافي لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. وبالتالي، يمكننا القول أن هذا جسم واحد يشرح هوبسون أن الفضاء مقسم إلى جزأين، مهما كانت المسافة بينهما كبيرة.

قطة شرودنغر لم تعد حية وميتة في نفس الوقت. فهو ميت إذا حدث الانحلال، وحي إذا لم يحدث الانحلال.

دعونا نضيف أن حلولاً مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدى الثلاثين عامًا الماضية، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وبقيت دون أن يلاحظها أحد في دوائر علمية واسعة. ويشير هوبسون إلى أن حل مفارقات ميكانيكا الكم، على الأقل من الناحية النظرية، ضروري للغاية لفهمها العميق.

جنبا إلى جنب مع قطة شرودنغر، أنشأ الفيزيائيون أيضا قطة شيشاير الكمومية. Quantum Cheshire Cat هي ظاهرة متناقضة في ميكانيكا الكم، وجوهرها هو أن النظام الكمي، في ظل ظروف معينة، يمكن أن يتصرف كما لو أن الجسيمات وخصائصها منفصلة في الفضاء. وبعبارة أخرى، يمكن فصل الكائن عن خصائصه الخاصة. واسم هذه الظاهرة هو إشارة إلى كتاب لويس كارول "أليس في بلاد العجائب"، الذي تتمتع فيه إحدى شخصياته - قطة شيشاير - بالقدرة على الاختفاء، تاركة وراءها واحدة فقط من ابتساماته.

قط شيشاير - لديه القدرة على الاختفاء، تاركًا وراءه ابتسامة واحدة فقط

تم تطوير التقنية التجريبية من قبل مجموعة من العلماء من بريطانيا العظمى وإسرائيل. واقترحوا استخدام طريقة القياس الضعيفة لدراسة مفارقة "قطة تشيشاير الكمومية" باستخدام النيوترونات كمثال. أثناء التجارب باستخدام مقياس التداخل النيوتروني، تم تقسيم شعاع واحد من النيوترونات إلى قسمين، مع اتخاذ مسارات مختلفة. خلال ذلك، تم أخذ قياسات ضعيفة لموقع الجسيمات، وكذلك عزمها المغناطيسي (الدوران). تظهر نتائج التجربة أن النظام يتصرف كما لو كانت النيوترونات تسير في مسار واحد، بينما يتحرك عزمها المغناطيسي في اتجاه مختلف. أي أن "القطط النيوترونية" تتواجد في مكان مختلف عن "ظهورها المبتسمة".

تم اقتراح فكرة قطة شيشاير الكمومية لأول مرة في عام 2010. اقترح ياكير أهارونوف في عام 2013 طريقة لاستخدام قياسات ضعيفة للكشف عنه. وتمت إعادة إنتاج هذه التجربة، التي أثبتت لأول مرة وجود مثل هذه الظاهرة، في مصدر نيوتروني في معهد لاوي لانجفين في غرونوبل بمشاركة متخصصين من جامعة فيينا للتكنولوجيا، الذين طوروا جهاز القياس.

في تجربة على مقياس التداخل النيوتروني، مر شعاع من النيوترونات ذات الدوران لأعلى ولأسفل عبر بلورة السيليكون المثالية وتم تقسيمها إلى قسمين. بعد ذلك، تم ترك شعاع مستقطب، حيث تتميز جميع النيوترونات بنفس اتجاه الدوران. قام جهاز الدوران ST1 بتدوير الدوران على طول مسار الحركة. بعد ذلك، تم إنشاء حزمتين ذات اتجاهات دوران مختلفة في كتلة SRs. كان للحزمة الأولى من النيوترونات دوران على طول مسار النيوترون، في حين كان دوران الحزمة الثانية موجهًا في الاتجاه المعاكس. وبعد السفر عبر مسارات مختلفة، تم دمج كلا الحزمتين، ومن ثم تمت ملاحظة تداخل الحزم التي تم رصدها بواسطة الكاشفين.

في أحد الكاشفات، تم تسجيل النيوترونات التي لها دوران في اتجاه الحركة فقط، وتم تجاهل الباقي. من الواضح أن هذه النيوترونات كان عليها أن تتبع المسار الأول، حيث أن النيوترونات فقط لديها مثل هذه الحالة الدورانية، وهو ما تم إثباته في التجربة عن طريق تركيب مرشحات (ABS) بالتناوب على كل مسار، مما يمتص جزءًا صغيرًا من النيوترونات. وفي حالة مرور الشعاع الثاني عبر مرشح، ظل العدد المسجل للنيوترونات دون تغيير. وفي حالة توجيه الشعاع الأول عبر مرشح، انخفض عدد هذه النيوترونات.

وقد لاحظ العلماء هذه المفارقة عند محاولتهم تحديد موقع دوران النيوترونات. وللقيام بذلك، تم تغيير اتجاه الدوران قليلاً باستخدام المجال المغناطيسي. عندما يتم جمع شعاعين معًا، فإنهما يتداخلان ويمكنهما تعزيز أو قمع بعضهما البعض. يجب أن يؤدي التغيير الطفيف في الدورات إلى تغييرات في نمط التداخل بأكمله. خلال التجارب، اتضح أن المجال المغناطيسي المطبق على الشعاع الأول لم ينتج أي تأثير. ولكن، إذا تم تطبيق مجال مغناطيسي على الحزمة الثانية، التي لا تحتوي على النيوترونات المكتشفة، ظهر التأثير المطلوب. وهذا يعني أن النظام يتصرف كما لو أن الجزيئات منفصلة مكانيًا عن خصائصها المغناطيسية.

“لكي نتعلم كيفية العزف على الطبول، كان علينا أن نصنع “عصيًا” كمومية خاصة، تلعب دورها جزيئات مفردة من الضوء. وقال مارتن رينجباور من جامعة كوينزلاند في بريسبان (أستراليا): "كل هذا يفتح الطريق لإنشاء نظير ميكانيكي لقطة شرودنغر، واختبار قوانين ميكانيكا الكم على نطاق واسع".

إيداع الصور.com

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

وفقا لمبادئ فيزياء الكم، فإن القطة حية وميتة. هذا هو المكان الذي نشأ فيه مصطلح "التراكب الكمي" - مجموعة جميع الحالات التي يمكن أن تكون فيها القطة في وقت واحد. اليوم، يحاول الفيزيائيون، بما في ذلك علماء من مركز الكم الروسي، إنشاء قطة شرودنغر التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

© الصورة: طبل الكم من جامعة إمبريال كوليدج لندن الذي أنشأه فيزيائيون من أستراليا وبريطانيا

اتخذ رينجباور وزملاؤه الخطوة الأولى نحو "تنمية" قطة شرودنغر الكبيرة من خلال دراسة كيفية تفاعل جزيئات الضوء المفردة مع أغشية رقيقة جدًا ولكنها مرئية. كان العلماء مهتمين بما إذا كان اصطدام الفوتونات بمثل هذه الأغشية من شأنه أن يولد تأثيرات كمية فيها من شأنها أن "تنتهك" القوانين الكلاسيكية للميكانيكا.

وكما لاحظ الفيزيائي، في ظل ظروف معينة، يمكن "قطع" جسيم واحد من الضوء إلى نصفين، مما يؤدي إلى إنشاء فوتونين باهتين ولكن متشابكين. فإذا تم توجيه أحد هذه الجسيمات نحو غشاء، والثاني نحو مرآة عادية، فإن تفاعلاتهما ستؤدي إلى اتصال كمي آخر بين «الأسطوانة» والفوتونات.

عند هذه النقطة، ما يحدث هو أن الفوتون "المنشر" موجود فعليًا عند كلا النقطتين في نفس الوقت - فهو إما يطير عبر الغشاء دون أن يسبب اهتزازات فيه، أو يصطدم به. وعليه، فإنه مع بعض القياسات سوف "يضرب" الطبلة، ومع البعض الآخر لن يسبب أي تغييرات فيها. بمعنى آخر، ستكون الطبلة صامتة وتقرع في نفس الوقت، مما يجعل مثل هذا الفيلم نظيرًا عيانيًا لقط شرودنغر.

© امبريال كوليدج لندن

مسترشدين بهذه الأفكار، قام مؤلفو المقال بتجميع إعداد مماثل وبدأوا في مراقبة اهتزازات الفيلم باستخدام ليزر آخر. وكما يعترف رينجباور، فإن مثل هذا التصميم في درجات حرارة الغرفة لا يشبه تمامًا "أسطوانة شرودنغر"، ولكن حتى في ظل هذه الظروف تظهر حالات شاذة على سطحها تشير إلى وجود خصائص كمومية.

وفي المستقبل القريب، يخطط فريقه لتحسين أداء أجهزة استشعار اهتزازات الليزر ووضع "أسطوانة كمية" في وحدة التبريد، والتي يأملون أن تعطينا أول لمحة عن قطة شرودنغر الحقيقية.

إذا كنت مهتمًا بمقال عن موضوع من فيزياء الكم، فهناك احتمال كبير أنك تحب المسلسل التلفزيوني "نظرية الانفجار الكبير". لذلك، جاء شيلدون كوبر بتفسير جديد تجربة شرودنغر الفكرية(ستجد مقطع فيديو بهذا الجزء في نهاية المقال). لكن لفهم حوار شيلدون مع جارته بيني، دعونا ننتقل أولاً إلى التفسير الكلاسيكي. لذا، قطة شرودنغر بكلمات بسيطة.

في هذا المقال سننظر في:

• خلفية تاريخية موجزة
• وصف تجربة قطة شرودنغر
• حل مفارقة قطة شرودنغر

أخبار جيدة على الفور. أثناء التجربة قطة شرودنغر لم تتضرر. لأن الفيزيائي إروين شرودنغر، أحد مبدعي ميكانيكا الكم، أجرى تجربة فكرية فقط.

قبل الغوص في وصف التجربة، دعونا نقوم برحلة صغيرة في التاريخ.

في بداية القرن الماضي، تمكن العلماء من النظر إلى العالم الصغير. على الرغم من التشابه الخارجي لنموذج "الذرة-الإلكترون" مع نموذج "الشمس-الأرض"، فقد اتضح أن القوانين النيوتونية المألوفة للفيزياء الكلاسيكية لا تعمل في العالم المصغر. لذلك ظهر علم جديد - فيزياء الكم ومكوناتها - ميكانيكا الكم. جميع الأجسام المجهرية في العالم الصغير كانت تسمى الكوانتا.

انتباه! إحدى مسلمات ميكانيكا الكم هي "التراكب". سيكون من المفيد لنا أن نفهم جوهر تجربة شرودنغر.

"التراكب" هو قدرة الكم (يمكن أن يكون إلكترونًا أو فوتونًا أو نواة الذرة) ليس في حالة واحدة، بل في عدة حالات في نفس الوقت أو يقع في عدة نقاط في الفضاء في نفس الوقت , إذا لم يكن أحد يراقبه

من الصعب علينا أن نفهم ذلك، لأنه في عالمنا يمكن أن يكون للكائن حالة واحدة فقط، على سبيل المثال، أن يكون حيًا أو ميتًا. ولا يمكن أن يكون إلا في مكان واحد محدد في الفضاء. يمكنك أن تقرأ عن "التراكب" والنتائج المذهلة لتجارب فيزياء الكم في هذه المقالة.

فيما يلي توضيح بسيط للفرق بين سلوك الكائنات الدقيقة والكائنات الكلية.ضع كرة في أحد الصندوقين. لأن الكرة هي كائن من عالمنا الكلي، ستقول بثقة: "الكرة تقع في أحد الصناديق فقط، بينما الثاني فارغ." 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:والإلكترون في الحقيقة لا يدور حول نواة الذرة، بل يتواجد في جميع نقاط الكرة المحيطة بالنواة في وقت واحد. تسمى هذه الظاهرة في الفيزياء والكيمياء "السحابة الإلكترونية".

ملخص.لقد أدركنا أن سلوك جسم صغير جدًا وجسم كبير يخضع لقوانين مختلفة. قوانين فيزياء الكم وقوانين الفيزياء الكلاسيكية على التوالي.

لكن لا يوجد علم يصف الانتقال من العالم الكبير إلى العالم الصغير. لذلك، وصف إروين شرودنغر تجربته الفكرية على وجه التحديد من أجل إثبات عدم اكتمال النظرية العامة للفيزياء. لقد أراد من مفارقة شرودنغر أن تظهر أن هناك علمًا لوصف الأجسام الكبيرة (الفيزياء الكلاسيكية) وعلمًا لوصف الأجسام الدقيقة (فيزياء الكم). لكن لا يوجد ما يكفي من العلوم لوصف الانتقال من الأنظمة الكمومية إلى الأنظمة الكبيرة.

وصف تجربة قطة شرودنغر

وصف إيروين شرودنغر تجربة فكرية مع قطة في عام 1935. النسخة الأصلية من وصف التجربة معروضة على ويكيبيديا ( قطة شرودنغر ويكيبيديا).

فيما يلي نسخة من وصف تجربة قطة شرودنغر بكلمات بسيطة:

• تم وضع قطة في صندوق فولاذي مغلق.
• يحتوي صندوق شرودنجر على جهاز به نواة مشعة وغاز سام موضوع في حاوية.
• قد تتحلل النواة خلال ساعة واحدة أم لا. احتمال الاضمحلال – 50%.
• إذا اضمحلت النواة، فإن عداد جيجر سيسجل ذلك. سيعمل المرحل وستقوم المطرقة بكسر حاوية الغاز. سوف تموت قطة شرودنغر.
• إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن قطة شرودنجر ستكون على قيد الحياة.

وفقًا لقانون "التراكب" في ميكانيكا الكم، في الوقت الذي لا نراقب فيه النظام، تكون نواة الذرة (وبالتالي القطة) في حالتين في وقت واحد. النواة في حالة متحللة / غير متحللة. والقطة في حالة كونها حية/ميتة في نفس الوقت.

لكننا نعرف على وجه اليقين أنه إذا تم فتح "صندوق شرودنغر"، فلا يمكن أن تكون القطة إلا في إحدى الحالات:

• إذا لم تتحلل النواة، فإن قطتنا على قيد الحياة
• إذا اضمحلت النواة، فإن القطة ميتة

المفارقة في التجربة هي أن وفقًا لفيزياء الكم: قبل فتح الصندوق، تكون القطة حية وميتة في نفس الوقتولكن وفقا لقوانين الفيزياء في عالمنا، فإن هذا مستحيل. قطة يمكن أن يكون في حالة واحدة محددة - أن يكون حيًا أو ميتًا. لا توجد حالة مختلطة "القطة حية/ميتة" في نفس الوقت.

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

حل مفارقة قطة شرودنجر - تفسير كوبنهاجن

الآن الحل. انتبه إلى اللغز الخاص بميكانيكا الكم - مفارقة المراقب. كائن من العالم الصغير (في حالتنا، النواة) موجود في عدة حالات في وقت واحد فقط بينما لا نراقب النظام.

على سبيل المثال, التجربة الشهيرة ذات الشقين والمراقب.عندما تم توجيه شعاع من الإلكترونات إلى صفيحة معتمة ذات شقين رأسيين، رسمت الإلكترونات "نمط موجة" على الشاشة خلف اللوحة - خطوط عمودية داكنة وخفيفة بالتناوب. ولكن عندما أراد المجربون "رؤية" كيف تطير الإلكترونات عبر الشقوق وقاموا بتثبيت "مراقب" على جانب الشاشة، لم ترسم الإلكترونات "نمطًا موجيًا" على الشاشة، بل خطين عموديين. أولئك. لا تتصرف مثل الأمواج، بل مثل الجسيمات.

يبدو أن الجسيمات الكمومية هي التي تقرر بنفسها الحالة التي يجب أن تكون عليها في لحظة "قياسها".

وبناء على ذلك فإن تفسير (تفسير) كوبنهاجن الحديث لظاهرة «قطة شرودنغر» يبدو كالتالي:

في حين لا أحد يراقب نظام "القطط الأساسية"، فإن النواة في حالة متحللة/غير متحللة في نفس الوقت. لكن من الخطأ القول أن القطة حية/ميتة في نفس الوقت. لماذا؟ نعم، لأن الظواهر الكمومية لا يتم ملاحظتها في الأنظمة الكبيرة. من الأصح الحديث ليس عن نظام "Cat-Core"، بل عن نظام "كاشف النواة (عداد جيجر)".

تختار النواة إحدى الحالات (المتحللة / غير المتحللة) في لحظة الرصد (أو القياس). لكن هذا الاختيار لا يحدث في اللحظة التي يفتح فيها المجرب الصندوق (يتم فتح الصندوق في العالم الكبير، بعيدًا جدًا عن عالم النواة). تختار النواة حالتها لحظة اصطدامها بالكاشف.الحقيقة هي أن النظام لم يتم وصفه بشكل كافٍ في التجربة.

وهكذا، فإن تفسير كوبنهاغن لمفارقة قطة شرودنغر ينفي أنه قبل فتح الصندوق، كانت قطة شرودنغر في حالة تراكب - كانت في حالة قطة حية/ميتة في نفس الوقت. يمكن للقطط في الكون الكبير أن توجد في حالة واحدة فقط، وهي موجودة بالفعل.

ملخص.لم يصف شرودنغر التجربة بشكل كامل. هذا غير صحيح (بتعبير أدق، من المستحيل الاتصال) بالأنظمة العيانية والكمية. لا تنطبق قوانين الكم في أنظمتنا الكلية. في هذه التجربة، ليس "Cat-core" هو الذي يتفاعل، ولكن "Cat-detector-core" هو الذي يتفاعل.القطة من العالم الكبير، ونظام "الكاشف الأساسي" من العالم المصغر. وفقط في عالمها الكمي، يمكن للنواة أن تكون في حالتين في نفس الوقت. ويحدث هذا قبل قياس النواة أو تفاعلها مع الكاشف. لكن القطة في عالمها الكبير يمكنها أن توجد في حالة واحدة فقط، وهي موجودة بالفعل. لهذا السبب، للوهلة الأولى فقط يبدو أن حالة القطة "حية أو ميتة" يتم تحديدها في لحظة فتح الصندوق. وفي الواقع، يتم تحديد مصيرها في لحظة تفاعل الكاشف مع النواة.

الملخص النهائي.لا ترتبط حالة نظام "الكاشف-النواة-القط" بالشخص -مراقب الصندوق، ولكن بالكاشف-مراقب النواة.

أوف. عقلي بدأ يغلي تقريبا! ولكن كم هو جميل أن تفهم حل المفارقة بنفسك! كما في نكتة الطالب القديم عن المعلم: "بينما كنت أحكيها، فهمتها!"

تفسير شيلدون لمفارقة قطة شرودنغر

يمكنك الآن الجلوس والاستماع إلى تفسير شيلدون الأخير لتجربة شرودنغر 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 كانوا جيدين وسيئين في نفس الوقت.

حسنًا، كيف تحب هذه "التجربة اللطيفة"؟ في أيامنا هذه، كان شرودنغر يتلقى الكثير من العقاب من نشطاء حقوق الحيوان بسبب تجاربه الفكرية الوحشية مع قطة. أو ربما لم تكن قطة، بل قطة شرودنغر؟! الفتاة المسكينة، لقد عانت بما فيه الكفاية من شرودنجر هذا (((

نراكم في المنشورات القادمة!

أتمنى للجميع يومًا جيدًا وأمسية ممتعة!

ملاحظة. مشاركة أفكارك في التعليقات. وطرح الأسئلة.

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

24 يونيو 2015

من المؤسف أنني أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير، لكن لم أكن أعرف ماذا يعني أو حتى في أي موضوع تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة...

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

نُشرت المقالة الأصلية لإروين شرودنغر عام 1935. وهنا الاقتباس:

يمكنك أيضًا بناء الحالات التي يوجد فيها هزلية تمامًا. دع قطة ما تكون محبوسة في غرفة فولاذية باستخدام الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر هناك كمية صغيرة من المادة المشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة واحدة، ولكن بنفس الاحتمال قد لا تتفكك؛ إذا حدث هذا، يتم تفريغ أنبوب القراءة ويتم تنشيط المرحل، مما يؤدي إلى إطلاق المطرقة التي تكسر القارورة بحمض الهيدروسيانيك.

فإذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة، فيمكننا القول أن القطة ستكون على قيد الحياة بعد هذه المدة، طالما لم تتفكك الذرة. أول تفكك للذرة من شأنه أن يسمم القطة. سوف تعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق خلط أو تلطيخ قطة حية وميتة (عفوا عن التعبير) في أجزاء متساوية. والأمر المعتاد في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين الذي كان يقتصر في الأصل على العالم الذري يتحول إلى عدم يقين عياني، يمكن إزالته بالملاحظة المباشرة. وهذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. وهذا في حد ذاته لا يعني شيئا غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة الباهتة أو الخارجة عن نطاق التركيز وصورة السحب أو الضباب.

بعبارة أخرى:

1. هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة وحاوية من الغاز السام. تم اختيار المعاملات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي خلال ساعة واحدة 50%. وإذا تفككت النواة ينفتح وعاء من الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق وننتظر ساعة ونطرح السؤال: هل القطة حية أم ميتة؟
3. يبدو أن ميكانيكا الكم تخبرنا أن النواة الذرية (وبالتالي القطة) موجودة في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق، يكون نظام نواة القطة في حالة "اضمحلت النواة، والقطة ميتة" باحتمال 50%، وفي حالة "النواة لم تضمحل، والقطة حية" باحتمال 50% احتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقا لتفسير كوبنهاجن الحديث، فإن القطة لا تزال على قيد الحياة / ميتة دون أي حالات وسيطة. واختيار حالة اضمحلال النواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق، بل حتى عندما تدخل النواة إلى الكاشف. لأن تقليل الدالة الموجية لنظام "كاشف القطة-النواة" غير مرتبط بالمراقب البشري للصندوق، ولكنه مرتبط بالمراقب الكاشف للنواة.

وفقا لميكانيكا الكم، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة، فسيتم وصف حالتها بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة، لذلك قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة هو حي وميت في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق، فيمكن للمجرب رؤية حالة محددة واحدة فقط - "تفككت النواة، ماتت القطة" أو "لم تتفكك النواة، القطة على قيد الحياة".

جوهر اللغة الإنسانية: أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم، فإن القطة تكون حية وميتة في نفس الوقت، وهو أمر لا يمكن أن يكون كذلك. ولذلك فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة ملموسة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تحدد تحت أي ظروف تنهار الدالة الموجية وتصبح القطة إما ميتة أو تبقى على قيد الحياة، ولكنها تتوقف عن أن تكون مزيجًا من الاثنين معًا. وبما أنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون إما حية أو ميتة (لا توجد حالة وسطية بين الحياة والموت)، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة للنواة الذرية. يجب أن تكون إما متحللة أو غير متحللة (ويكيبيديا).

تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو القصة التي أخبرها شيلدون كوبر، شخصية نظرية الانفجار الكبير، لجارته الأقل تعليما بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات الإنسانية. من أجل فهم ما يحدث بين رجل وامرأة، ما هي العلاقة بينهما: جيدة أو سيئة، تحتاج فقط إلى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين، العلاقة جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لتبادل نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبينيا.

يُعد توضيح شرودنغر أفضل مثال لوصف التناقض الرئيسي في فيزياء الكم: وفقًا لقوانينها، توجد الجسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و"ميتة"، إذا كنت تتذكر). القطة التي طالت معاناتها). وتسمى هذه الحالات التراكبات.

اقترح الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"تعتمد القياسات في فيزياء الكم على 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) بجهاز ما ميكروسكوبي يميز بين حالتين مختلفتين للنظام، فإن الجهاز (عداد جيجر، على سبيل المثال) سيدخل في حالة التشابك الكمي وسيكون أيضًا في وقت واحد في اثنين من التراكبات. لكن من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة بشكل مباشر، مما يجعلها غير مقبولة”.

ويقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر، تلعب القطة دور جهاز مجهري، وهو عداد جيجر، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة الاضمحلال أو "عدم الاضمحلال" لهذه النواة. في هذه الحالة، ستكون القطة الحية مؤشرا على "عدم الاضمحلال"، والقطة الميتة - مؤشر الاضمحلال. ولكن وفقا لنظرية الكم، فإن القطة، مثل النواة، يجب أن توجد في تراكبين للحياة والموت.

وبدلا من ذلك، وفقا للفيزيائي، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقط متشابكة مع حالة الذرة، مما يعني أنهما في "اتصال غير محلي" مع بعضهما البعض. أي أنه إذا تغيرت حالة أحد الأجسام المتشابكة فجأة إلى العكس، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا، بغض النظر عن بعدهما عن بعضهما البعض. وفي الوقت نفسه، يشير هوبسون إلى التأكيد التجريبي لنظرية الكم هذه.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون لدى أي إشارة ضوئية أو كهرومغناطيسية الوقت الكافي لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه جسم واحد مقسم إلى قسمين في الفضاء، بغض النظر عن مدى المسافة بينهما،" يوضح هوبسون.

قطة شرودنغر لم تعد حية وميتة في نفس الوقت. فهو ميت إذا حدث الانحلال، وحي إذا لم يحدث الانحلال.

دعونا نضيف أن حلولاً مماثلة لهذه المفارقة تم اقتراحها من قبل ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدى الثلاثين عامًا الماضية، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وبقيت دون أن يلاحظها أحد في دوائر علمية واسعة. ويشير هوبسون إلى أن حل مفارقات ميكانيكا الكم، على الأقل من الناحية النظرية، ضروري للغاية لفهمها المتعمق.

شرودنغر

لكن مؤخرًا، أوضح المنظرون كيف تقتل الجاذبية قطة شرودنجر، لكن هذا أكثر تعقيدًا...

كقاعدة عامة، يشرح الفيزيائيون الظاهرة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات، لكنه مستحيل في القطط أو غيرها من الأجسام الكبيرة، بسبب التداخل مع البيئة. عندما يمر جسم كمي عبر مجال ما أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية، فإنه يفترض على الفور حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هذه هي بالضبط الطريقة التي يتم بها تدمير التراكب، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة أو بأخرى عزل جسم كبير في حالة تراكب عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى، فإنه سيظل عاجلاً أم آجلاً يتخذ 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، ولكن على الأرض أو بالقرب من أي كوكب هذا غير مرجح للغاية. "والسبب في ذلك هو الجاذبية"، يوضح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، إيغور بيكوفسكي من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يرى بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا أن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة، وبالتالي فإننا لا نلاحظ ظواهر مماثلة في الكون الكبير. بالمناسبة ، تم توضيح المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة بإيجاز في الفيلم الروائي "Interstellar".

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن جسمًا ضخمًا للغاية سوف يؤدي إلى انحناء الزمكان حوله. وبالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر، يمكننا القول أنه بالنسبة للجزيء الموجود بالقرب من سطح الأرض، فإن الوقت سوف يمر أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

وبسبب تأثير الجاذبية على الزمكان، فإن الجزيء المتأثر بهذا التأثير سوف يتعرض لانحراف في موضعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء التي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال الجزيء إلى حالة التراكب الكمي لموقعين، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر الجزيء قريبًا على "اختيار" موقع واحد فقط من الموقعين في الفضاء.

يوضح بيكوفسكي: "في معظم الحالات، ترتبط ظاهرة فك الترابط بمؤثرات خارجية، لكن في هذه الحالة، يتفاعل الاهتزاز الداخلي للجزيئات مع حركة الجزيء نفسه".

لم يتم ملاحظة هذا التأثير حتى الآن لأن المصادر الأخرى لفك الترابط، مثل المجالات المغناطيسية والإشعاع الحراري والاهتزازات، عادة ما تكون أقوى بكثير، مما يتسبب في تدمير الأنظمة الكمومية قبل فترة طويلة من حدوث الجاذبية. لكن المجربين يسعون جاهدين لاختبار الفرضية.

ويمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول، يجب أن يختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الزمن عند "ارتفاعات" مختلفة للمسار، بينما في الثانية، قد يبقى التراكب الكمي.

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

إليك القليل من العلوم الزائفة: على سبيل المثال، وهنا. إذا كنت لا تعرف بعد، اقرأ عنها وما هي. وسنكتشف ماذا المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط المقال الذي أخذت منه هذه النسخة -