Мислячий експеримент, відомий як кішка Шредінгера, - одне з найвідоміших і неправильно зрозумілих понять у квантовій механіці. Думаючи глибоко про це, дослідники дійшли вражаючих уявлень про фізичну реальність.
Хто придумав кота Шредінгера?
Австрійський фізик Ервін Шредінгер, який допоміг знайти дисципліну квантової механіки, вперше задумав свою котячу загадку в 1935 році як коментар до проблем, спочатку поставлених просвітником Альбертом Ейнштейном, згідно зі статтею в журналі Quanta.
Розвиваючи своє нове розуміння субатомної царини, більшість колег Ейнштейна та Шредінгера зрозуміли, що квантові утворення проявляють надзвичайно дивну поведінку. Датський фізик Нільс Бор відстоював розуміння того, що частинки, такі як електрони, не мали чітко визначених властивостей, поки їх не виміряли. До цього частинки існували в тому, що було відоме як суперпозиція станів, маючи, наприклад, 50% шанс зорієнтуватися «вгору» і 50% шанс орієнтуватися «вниз».
Зокрема, Ейнштейн не любив цього нерішучого пояснення. Він хотів знати, як саме всесвіт знає, що хтось щось вимірює. Шредінгер підкреслив цей абсурд зі своєю горезвісною концептуальною кішкою.
Припустимо, що один створює дивну вигадку, Шредінгер писав у статті 1935 року під назвою "Поточна ситуація в квантовій механіці". Апарат складається з коробки з герметичним флаконом ціаніду, над яким підвішений молоток, прикріплений до лічильника Гейгера, спрямований на невеликий грудочок м’яко радіоактивного урану. Всередині коробки також є кошеня (і пам’ятайте, це продуманий експеримент, який ніколи насправді не проводився).
Поле запечатано, і експеримент залишається протягом певного часу, можливо, години. У ту годину уран, частинки якого підкоряються законам квантової механіки, має певний шанс випромінювати випромінювання, яке потім буде підхоплене лічильником Гейгера, що, в свою чергу, випустить молоток і розбить флакон, убивши кота шляхом отруєння ціанідом.
На думку таких людей, як Бор, доки коробка не відкриється і статус кота не буде «виміряний», він залишиться в суперпозиції як живих, так і померлих. Такі люди, як Ейнштейн і Шредінгер, виступили з такою можливістю, яка не відповідає всім нашим звичайним досвідом - коти або живі, або мертві, не обидва одночасно.
"У фізики уануму бракувало важливої складової. Історія про те, як вона вишикувалася речами у світі", - написав науковий журналіст Адам Бекер у своїй книзі "Що таке реально?" (Основні книги, 2018). "Як феноменальна кількість атомів, керована квантовою фізикою, породжує світ, який ми бачимо навколо себе?"
Чи справжня кішка Шредінгера?
Кішка Шредінгера вирізала серце, що було дивним щодо інтерпретації дійсності Бора: відсутність чіткої межі між квантовою та повсякденною царинами. Хоча більшість людей вважає, що це приклад на підтримку частинок, що не мають чітко визначених властивостей, поки їх не виміряють, первісний намір Шредінгера був прямо протилежним - показати, що така ідея є безглуздою. Однак протягом багатьох десятиліть фізики значною мірою ігнорували цю проблему, переходячи до інших труднощів.
Але, починаючи з 1970-х років, дослідники змогли показати, що квантові частинки можуть бути створені в станах, які завжди відповідають один одному - тому, якщо одна проявлятиме орієнтацію "вгору", інша буде "вниз" - явище, яке Шредінгер назвав заплутуванням . Така робота була використана для підґрунтя нової галузі квантових обчислень, яка обіцяє виготовити обчислювальні машини, які набагато швидші, ніж сучасні технології.
У 2010 році фізикам також вдалося створити реальну версію кота Шредінгера, хоча і таким чином, що не передбачає феліциду (він же, вбивство кошеня). Університет Каліфорнії, Санта-Барбара, вчені побудували резонатор, в основному крихітний камертон, розміром пікселя на екрані комп’ютера. Вони помістили його в суперпозицію, в якій вона була одночасно коливальною, а не коливальною, показавши, що відносно великі об'єкти можуть займати химерні квантові стани.
Найновіші експерименти поставили групи до 2000 атомів у два різні місця одночасно, ще більше розмиваючи розділову лінію між мікроскопічною та макроскопічною. У 2019 році дослідникам університету в Глазго навіть вдалося сфотографувати заплутані фотони за допомогою спеціальної камери, яка знімала фотографію кожного разу, коли фотон з'являвся зі своїм заплутаним партнером.
Хоча фізикам і філософам ще належить домовитися про те, як думати про квантовий світ, розуміння Шредінгера дали багато плідних напрямків дослідження і, ймовірно, продовжать робити це в осяжному майбутньому.
