Pokud nastavíte kvantový systém, kde výsledek pak určuje něco makroskopického, jako je… život nebo smrt kočky v krabici, můžete intuit, že to znamená, dokud neotevřete krabici, kočka je v superpozici mrtvých a živých stavů. Skutečný příběh je mnohem, mnohem bohatší než to.
Getty
jednou z nejbizarnějších představ o kvantovém vesmíru je pojem neurčitých stavů., V našem konvenčním, makroskopickém vesmíru jsme zvyklí na věci, které prostě existují určitým, nekontroverzním způsobem. Ať už se na něco podíváme nebo ne, prostě existuje, nezávisle na našich pozorováních. Ale v kvantovém vesmíru vykazují jednotlivé systémy odlišné chování v závislosti na tom, zda je měříte nebo ne. Snad nejslavnější popularizaci této myšlenky je ve formě Schrödingerova kočka, kde systém je nastaven tak, že pokud se radioaktivní atom rozpadne, kočka zemře, ale pokud ne, kočka žije., Ale tam jsou více mýtů než o pravdy kolem tohoto experimentu, a Dave Wagner chce, abychom se je rozmotat, což naznačuje, že:
právě jsem četl jeden z vašich „Top n mýtů/o nedorozumění…“kousky, a myslel jsem, že dobrý nápad pro jednoho by bylo „Top N mýty/nedorozumění o Schrödinger kočky.“
pojďme se podívat na to, co se opravdu děje za tímto slavným myšlenkovým experimentem.
elektrony vykazují vlnové vlastnosti i vlastnosti částic a mohou být použity ke konstrukci…, obrázky nebo velikosti částic sondy stejně dobře jako světlo. Zde můžete vidět výsledky experimentu, kdy jsou elektrony (nebo s ekvivalentními výsledky fotony) vypalovány jednou za čas dvojitou štěrbinou. Jakmile je vypáleno dostatek elektronů, je jasně vidět vzor rušení.
Thierry Dugnolle / Public Domain
za Prvé, je důležité rozpoznat kde se nápad na Schrödingerova kočka: skutečný, fyzický experiment s jednoznačné, ale velmi neintuitivní výsledky., Vše, co musíte udělat, je svítit nějaké světlo na dva tenké, úzce rozmístěné štěrbiny, a sledovat, jaký druh vizuální vzor se objeví na obrazovce na druhé straně. Dokud je vaše světlo stejné vlnové délky a podíváte se pouze na obrazovku, získáte interferenční vzor nebo alternativní sadu mnoha světlých a tmavých pásů.
ale pokud poznáte: „hej, světlo je vyrobeno z fotonů a každý jednotlivý foton musí projít jednou štěrbinou nebo druhou,“ začnete vidět podivnost ve hře. Dokonce i posílání fotonů přes one-at-a-time vám stále dává interferenční vzor., A pak máte jasný nápad měřit, kterou štěrbinou prochází každý foton. Jakmile to uděláte-a mimochodem jste úspěšní-vzorec rušení zmizí.
pokud změříte, kterou štěrbinou prochází elektron při provádění dvojitého dvojitého měření jedné částice… štěrbina experiment, nemáte interferenční vzor na obrazovce za ním. Místo toho se elektrony (nebo fotony) nechovají jako vlny, ale jako klasické částice.
Wikimedia Commons user Inductiveload
Jak to dáváme smysl?, Tento experiment je v mnoha ohledech konečnou ilustrací toho, jak funguje kvantová fyzika, a také proč je to tak divné. Je to, jako by jednotlivé quanta sami chovat jako vlny a v rozporu s sebou, cestování přes oběma štěrbinami současně a výrobu pozorovaného. Ale pokud se odvažujete jít a měřit je – tedy určit, kterou štěrbinou procházejí-cestují pouze jednou štěrbinou nebo druhou a již tuto interferenci nevytvářejí.
je to jedna věc velmi jasná: akt pozorování kvantového systému může ve skutečnosti velmi změnit výsledek., Ale to, stejně jako většina objevů ve fyzice, přináší jen další otázky. Za jakých podmínek pozorování změní výsledek? Co představuje pozorování? A musí být člověk „pozorovatelem“, nebo může stačit anorganické, neživé měření?
to jsou všechny dobré otázky a přemýšlelo přesně o těchto typech otázek, které vedly Erwina Schrödingera k formulaci jeho slavného kočičího paradoxu. Jde to takto:
- nastavíte uzavřený systém, tj.,, krabice,
- kde uvnitř krabice je kvantový systém, jako jeden radioaktivní atom,
- a když se atom rozpadne, dveře se otevírají,
- za těmi dveřmi je otrávené kočky,
- a také v krabici je kočka, která budete jíst jídlo, když je k dispozici,
- budete čekat jeden poločas je doba,
- a pak si položit klíčovou otázku: je kočka živá, nebo mrtvá?
to je vše. To je celá myšlenka Schrödingerova experimentu s kočičími myšlenkami.
je kočka mrtvá nebo živá?, I když bychom si mohli myslet, že kočka sama o sobě je v superpozici… mrtvé a živé stavy, dokud neotevřeme krabici, to je chybná linie myšlení, která přetrvávala po mnoho desetiletí, navzdory skutečnosti, že sám Schrodinger nikdy nic takového nepotvrdil.
geralt /
co se stane, když otevřete pole?,
Otevření krabice musí být ekvivalentní k tomu, pozorování, takže buď:
- najdete mrtvou kočku, že je jíst jídlo, které bylo odhaleno radioaktivní atom rozpadající se, nebo
- zjistíte, živá kočka, kde žádné jídlo bylo odhaleno a původní radioaktivní atom ještě není zkažená.
ale než otevřete krabici — protože takto fungují kvantové systémy — systém cat/food/atom musí být v superpozici obou stavů., Je jen neurčitý pravděpodobnost, že atom se rozkládal, a proto atom musí být v superpozici chátral a non-zkažené státy současně. Protože rozpad atomu ovládá dveře, dveře řídí jídlo a jídlo určuje, zda kočka žije nebo umírá, samotná kočka musí být v superpozici kvantových stavů. Nějak je kočka částečně mrtvá a částečně živá, dokud není provedeno pozorování.
V tradiční schrödingerova kočka experiment, nevíte, zda výsledek kvantové…, došlo k rozpadu, což vedlo k zániku kočky nebo ne. Uvnitř krabice bude kočka buď živá nebo mrtvá, v závislosti na tom, zda se radioaktivní částice rozpadla nebo ne. Pokud by kočka byla skutečným kvantovým systémem, kočka by nebyla ani živá, ani mrtvá, ale v superpozici obou států, dokud by nebyla pozorována. Nikdy však nemůžete pozorovat kočku, aby byla současně mrtvá i živá.
uživatel Wikimedia Commons Dhatfield
a to je ve zkratce největší mýtus a mylná představa spojená se schrödingerovou kočkou.,
samotný Erwin Schrödinger ve skutečnosti nepředstavil svůj „kočičí“ nápad jako navrhovaný experiment. Nevymyslel si to, aby položil hluboké otázky o roli člověka v pozorovacím procesu. Nechtěl, ve skutečnosti tvrdí, že kočka by samo o sobě být v superpozici kvantových stavů, kde je část mrtvá a část-živá zároveň, jak foton se zdá projít částečně přes obě štěrbiny v double-slit experiment.
každá myšlenka v těchto liniích je sama o sobě mýtem a mylnou představou, která je v rozporu s původním účelem Schrödingera při uvádění tohoto myšlenkového experimentu., Jeho skutečný účel? Pro ilustraci, jak snadné je dospět k absurdní predikci-například predikci současně polomrtvé a napůl živé kočky-pokud nesprávně interpretujete nebo nepochopíte kvantovou mechaniku.
Při provádění experimentu na qubit státu, který začíná jako |10100> a ty se projít přes… Kvantové operace), nebudete mít ploché rozdělení se stejnými pravděpodobnostmi pro každý z 10 možných výsledků., Místo toho budou mít některé výsledky abnormálně vysoké pravděpodobnosti a některé budou mít velmi nízké. Měření výsledku kvantového počítače může určit, zda udržujete očekávané kvantové chování nebo jej ztrácíte ve svém experimentu. Zachovat, a to i jen na pár qubits, pro podstatné množství času, je jednou z největších výzev, kterým čelí kvantové výpočetní dnes; hodně štěstí, dělá, že pro něco tak složitého, jako kočka.
C. Neill et al. (2017), arXiv:1709.,06678v1, quant-ph
jinými slovy, skoro všechno, co jsi kdy slyšel o schrödingerově kočce je pravděpodobně mýtus, s jedinou výjimkou skutečnost, že kvantové systémy skutečně jsou dobře popsána probabilistically váženou superpozici všech možných, přípustné státy, a to pozorování nebo měření, vždy odhalí jeden a pouze jeden konečného stavu.
to není jen pravda, ale je to pravda bez ohledu na to, kterou kvantovou interpretaci si vyberete., Nezáleží na tom, zda vybíráte jeden výsledek ze souboru všech možných výsledků; nezáleží na tom, zda jste hroutí neurčitou wavefunction do určitý stav; nezáleží na tom, pokud jste spadají do jedné konkrétní Vesmír z nekonečně suite paralelních Vesmírů.
záleží jen na tom, že došlo k kvantovému pozorování.
Interpretace Mnoha Světů kvantové mechaniky platí, že existuje nekonečný počet…, paralelní vesmíry, které existují, drží všechny možné výsledky kvantového mechanického systému a že pozorování jednoduše zvolí jednu cestu. Tato interpretace je filozoficky zajímavá, ale naše kočka bude buď mrtvá nebo živá, ne superpozice obou, bez ohledu na chování vnějšího pozorovatele.
Christian Schirm
ve skutečnosti je kočka sama o sobě naprosto platným pozorovatelem. Skutečnost, že se dveře nebo brána otevírají a mechanismus, který je ovládá, se spouští, je naprosto platným pozorováním., Hodit tam Geigerův pult, nástroj, který je citlivý na radioaktivní rozpady, by se počítalo jako pozorování. A, ve skutečnosti, nějaké non-reverzibilní interakci, která se vyskytuje v rámci tohoto systému, i když je zcela uzavřené před okolním světem v krabici, odhalí jeden a pouze jeden konečný stav: buď atom má zkažené, nebo ne.
důvodem pro to je prostě, že každá interakce mezi dvěma kvantové částice má potenciál určit kvantový stav, účinně hroutí kvantová wavefunction v nejběžnější výklad., Ve skutečnosti, rozpad (nebo rozpad) atomu spustí (nebo nepodaří vyvolat) mechanismus dveří, a to sám, že tam, kde je přechod z této bizarní kvantové chování k naší známé klasické chování dochází.
Tento graf ukazuje (růžově) množství radioaktivního vzorku, které zůstává po několika poločasech… prošli. Po jednom poločasu je polovina vzorku ponechána; po dvou poločasech zůstává jedna polovina zbytku (nebo jedna čtvrtina); a po třech poločasech zůstává jedna polovina (nebo jedna osmina)., Pokud tento rozpad slouží jako spouštěč pro něco, co se buď vyskytne, nebo nenastane, nicméně, to samo o sobě stačí k vytvoření pozorování.
Andrew Fraknoi, David Morrison a Sidney Wolff / Rice University, pod c.c.a.-4.0
Schrödingerova sám byl velmi jasné, v tomto bodě, a to takto:
To je typické pro tyto případy, že neurčitost původně omezena na atomové domény se stává přeměněna na makroskopické neurčitosti, které pak mohou být vyřešeny přímým pozorováním., To nám brání tak naivně přijmout jako platný „rozmazaný model“ pro reprezentaci reality. Samo o sobě by to nepředstavovalo nic nejasného nebo protichůdného. Existuje rozdíl mezi roztřesenou nebo zaostřenou fotografií a snímkem mraků a mlhových břehů.
jinými slovy, Schrödinger věděl, že kočka musí být buď mrtvá nebo živá. Samotná kočka nikdy nebude v superpozici kvantových stavů, ale bude buď definitivně mrtvá nebo definitivně živá kdykoli v čase., To, že je váš fotoaparát zaostřený, podle něj neznamená, že realita je zásadně rozmazaná.
Tento 2-panel zobrazuje pozorování galaktického centra s adaptivní optikou a bez ní… ilustrující zisk rozlišení. Aktuální pozice hvězdy (vpravo), nejsou ze své podstaty nejistá, protože z omezení našeho zařízení (vlevo), a podobně, kočka není jisté, v jeho smrt, nebo životní stav, protože z krabice jsme ho postavili.
UCLA Galactic Center Group-w. m., Keck Observatory Laser Team
když Einstein mluvil o tom, že „Bůh nehraje kostky s vesmírem“, o tom mluvil. Ve skutečnosti, Einstein napsal následující Schrödingerova sám sebe, ptá se rétoricky, „Je stav kočky, které mají být vytvořeny pouze tehdy, když fyzik zkoumá situaci v nějaký určitý čas?“
odpověď, možná bohužel, je “ samozřejmě ne.“Toto neurčité kvantové chování je ve skutečnosti nesmírně obtížné udržet; to je jedna z hlavních výzev při budování rozsáhlejších kvantových systémů., Tenatové jen několik tisíc atomů na krátkou dobu, je velmi nedávný úspěch, a jeden z důvodů, kvantová computing je tak těžké je, protože zapletený qubits může být zachována pouze v neurčitý stavu za tak krátké časové intervaly.
kvantový vesmír je jistě neznámým místem pro téměř všechny z nás a Schrödingerova kočka je většinou ilustrací toho, jak snadné je pro nás špatně interpretovat. Snad nejlepším mýtem o Schrödingerově kočce je to, že má vůbec co do činění s kvantovou podivností.
Pošlete své otázky Ask Ethan na startswithabang na gmail dot com!,