Парадокс кота Шредінгера

Парадокс кота Шредінгера
Парадокс кота Шредінгера

В якості логічного протиріччя ймовірнісної інтерпретації квантової механіки Шредінгер придумав так званий парадокс кота Шредінгера, який формулювати можна, наприклад, так: скажімо, у вас є коробка, в якій сидить кіт, і до цієї коробки з котом приєднаний балон зі смертельним газом.

До вмикача цього балона, який впускає або не впускає смертельний газ, підключено якийсь прилад, що працює наступним чином: є поляризуюче скло, і якщо проходить фотон потрібної поляризації, то балон включається і газ надходить до кота, якщо фотон не тієї поляризації, то ключ не включається і балон не впускає газ до кота.

Припустимо, фотон циркулярно поляризований, а прилад реагує на лінійну поляризацію. З якоюсь імовірністю фотон буде поляризовано одним чином, з якоюсь імовірністю – іншим. Шредінгер говорив: виходить така ситуація, що в якийсь момент, поки не відкрили кришку і не подивилися, мертвий кіт чи живий (а система замкнута), кіт з якоюсь ймовірністю буде живим і з якоюсь ймовірністю буде мертвим. В підсумку виходить дивна ситуація, що кіт не живий і не мертвий. Так формулюється парадокс.

Якщо описувати замкнуту систему, то квантова механіка – це не що інше, як хвильова механіка, механіка хвиль. Це означає, що вона описується диференціальними рівняннями, рішеннями яких є хвилі. Там, де є хвилі і диференціальні рівняння, є і матриці і так далі. Це два еквівалентних описи: матричний опис і хвильовий опис.

Матричний опис належить Гейзенбергу, хвильовий – Шредингеру, але описують вони одну і ту ж саму ситуацію.

Важливо наступне: поки система є замкнутою, вона описується хвильовим рівнянням,тобто те, що відбувається з цією хвилею, описується якимось хвильовим рівнянням.

Вся імовірнісна інтерпретація квантової механіки виникає після того, як систему розмикають – на неї впливають зовні якимось великим класичним, тобто неквантовим, об’єктом. У момент впливу вона перестає вже описуватися цим хвильовим рівнянням. Виникає так звана редукція хвильової функції і імовірнісна інтерпретація.

Тепер потрібно зробити кілька зауважень з приводу того, чим відрізняється велика класична система від маленької квантової. Взагалі кажучи, і велику класичну систему можна описувати за допомогою хвильового рівняння, хоча цей опис, як правило, реально абсолютно не потрібен.

Ці системи математично розрізняються дією. Так званий об’єкт є у квантовій механіці в теорії поля. Для класичної великої системи дія величезна, а для квантової маленької системи дія маленька. Більше того, і градієнт цієї дії (швидкість зміни цієї дії в часі і просторі) для великої класичної системи величезний, а для маленької квантової – маленький.

Це основна відмінність двох систем. Через те, що дія дуже велика для класичної системи, її зручніше описувати не якимись хвильовими рівняннями, а просто класичними законами, такими як, наприклад, закон Ньютона і так далі.

З цієї ж причини Місяць навколо Землі обертається не як електрон навколо ядра атома, а за певною траєкторією – чітко заданою орбітою. У той час як електрон, будучи маленькою квантовою системою, всередині атома навколо ядра рухається як стояча хвиля, його рух описується стоячою хвилею, і в цьому відмінність двох ситуацій.

Вимірювання у квантовій механіці – це коли ви великою класичною системою впливаєте на маленьку квантову. Після цього відбувається редукція хвильової функції. Тобто, присутність балона або кота в парадоксі Шредінгера – це те ж саме, що і наявність великої класичної системи, яка вимірює поляризацію фотона.

Відповідно, вимірювання відбувається не в той момент, коли відкрити кришку ящика і подивитися, живий кіт чи мертвий, а в той момент, коли відбувається взаємодія фотона з поляризаційним склом. Таким чином, у цей момент відбувається редукція хвильової функції фотона, балон опиняється в абсолютно певному стані: або він відкривається, або він не відкривається, і кіт помирає або не вмирає.

Ніяких «імовірнісних котів», тобто з якою імовірністю кіт живий або з якою імовірністю він мертвий, немає. У парадокса кота Шредінгера є багато різних формулювань і багато різних способів придумати той чи інший прилад, який умертвляє або залишає кота живим.

По суті формулювання парадоксу не змінюється. Є спроба пояснення цього парадоксу за допомогою множинності світів і так далі. Тобто в математичній формі можна пояснити і перевірити вірність цього твердження. Вимір і редукція хвильової функції маленької квантової системи відбувається в момент взаємодії з великою класичною системою.

Такою великою класичною системою є кіт разом з приладом, який вбиває або не вбиває його, а не людина, яка відкриває коробку з котом і дивиться, живий кіт чи ні. Тобто вимірювання відбувається в момент взаємодії цієї системи з квантовою частинкою, а не в момент перевірки кота. Подібні парадокси знаходять пояснення з застосуванням теорій і здорового глузду.

Див. також: Оптична левітація наноалмазу

Залишити коментар