Si vous configurez un système quantique dont le résultat détermine ensuite quelque chose macroscopiques, comme la… la vie ou la mort d’un chat dans une boîte, vous pourriez deviner que cela signifie que, jusqu’à ce que vous ouvrez la boîte, le chat est dans une superposition de morts et vivants états. L’histoire est beaucoup, beaucoup plus riche que cela.
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L’une des idées les plus bizarres sur l’univers quantique est la notion d’États indéterminés., Dans notre univers macroscopique conventionnel, nous sommes habitués à des choses qui existent simplement d’une manière particulière et non controversée. Que nous regardions quelque chose ou non, il existe simplement, indépendamment de nos observations. Mais dans l’univers quantique, les systèmes individuels présentent un comportement différent selon que vous les mesurez ou non. La vulgarisation la plus célèbre de cette idée est peut-être sous la forme du Chat de Schrödinger, où un système est mis en place de sorte que si un atome radioactif se désintègre, le chat meurt, mais sinon, le chat vit., Mais il y a plus de mythes que de vérités entourant cette expérience, et Dave Wagner veut que nous les démêlons, suggérant:
je lisais juste l’un de vos « TOP n mythes/malentendus sur… »pièces, et je pensais qu’une bonne idée pour l’un serait « top n mythes/malentendus sur le Chat de Schrödinger. »
voyons ce qui se passe vraiment derrière cette fameuse expérience de pensée.
les Électrons présentent vague propriétés ainsi que les propriétés des particules, et peut être utilisé pour construire…, les images ou les tailles de particules de sonde aussi bien que la lumière peuvent. Ici, vous pouvez voir les résultats d’une expérience où les électrons (ou, avec des résultats équivalents, les photons) sont tirés un à la fois à travers une double fente. Une fois que suffisamment d’électrons sont tirés, le motif d’interférence peut clairement être vu.
Thierry Dugnolle / Public Domain
tout d’abord, il est important de reconnaître d’où vient L’idée du Chat de Schrödinger: une expérience physique réelle avec des résultats sans ambiguïté mais très peu intuitifs., Tout ce que vous devez faire est de faire briller un peu de lumière vers deux fentes minces et rapprochées, et d’observer quel type de motif visuel apparaît sur l’écran de l’autre côté. Tant que votre lumière est de la même longueur d’onde et que vous ne regardez que l’écran, vous obtiendrez un motif d’interférence, ou un ensemble alternatif de nombreuses bandes claires et sombres.
Mais si vous reconnaissez alors: « Hé, la lumière est faite de photons, et chaque photon individuel doit passer par une fente ou l’autre », vous commencez à voir l’étrangeté en jeu. Même l’envoi de photons par un à la fois vous donne toujours le modèle d’interférence., Et puis vous avez la brillante idée de mesurer quelle fente traverse chaque photon. Dès que vous faites cela — et vous réussissez, en passant-le modèle d’interférence disparaît.
Si vous mesurez lequel la fente un électron traverse lors de l’exécution d’une particule-à-un-temps double… expérience de fente, vous n’obtenez pas de motif d’interférence sur l’écran derrière. Au lieu de cela, les électrons (ou photons) ne se comportent pas comme des ondes, mais comme des particules classiques.
Wikimedia Commons utilisateur Inductiveload
Comment pouvons-nous donner un sens à cela?, Cette expérience est, à bien des égards, l’illustration ultime de la façon dont la physique quantique fonctionne, et aussi pourquoi c’est si bizarre. C’est comme si les quanta individuels se comportaient comme des ondes et interféraient avec eux-mêmes, traversant simultanément les deux fentes et produisant le motif observé. Mais si vous osez aller les mesurer-donc déterminer quelle fente ils traversent-ils ne voyagent que par une fente ou l’autre, et ne produisent plus cette interférence.
Une chose est très claire: l’observation d’un système quantique peut, en fait, changer considérablement le résultat., Mais cela, comme la plupart des découvertes en physique, ne fait que soulever plus de questions. Sous quelles conditions une observation changer le résultat? Ce qui constitue faire une observation? Et est-ce qu’un humain doit être un « observateur », ou une mesure inorganique et non vivante pourrait-elle suffire?
Ce sont toutes de bonnes questions, et c’est en pensant exactement à ces types de problèmes qu’Erwin Schrödinger a formulé son célèbre paradoxe félin. Cela ressemble à ceci:
- vous configurez un système fermé, c’est-à-dire, une boîte
- à l’intérieur de la boîte est un système quantique, comme un seul atome radioactif,
- et lorsque l’atome se désintègre, une porte s’ouvre,
- derrière cette porte est empoisonné la nourriture pour chat,
- et aussi dans la zone est un chat qui va manger de la nourriture lorsqu’il est disponible,
- si vous attendez une demi-vie de la longueur de temps,
- et puis vous posez la question-clé: le chat est-il vivant ou mort?
c’est tout. C’est toute l’idée de L’expérience de pensée du Chat de Schrödinger.
le chat Est-il mort ou vivant?, Alors que nous pourrions penser que le chat lui-même est dans une superposition de… États morts et vivants jusqu’à ce que nous ouvrions la boîte, c’est une ligne de pensée erronée qui a persisté pendant de nombreuses décennies, malgré le fait que Schrodinger lui-même n’a jamais affirmé une telle chose.
geralt /
Donc, ce qui se passe lorsque vous ouvrez la boîte?,
ouvrir la boîte doit être équivalent à faire une observation, donc soit:
- vous trouverez un chat mort qui a mangé la nourriture qui a été révélée par la décomposition de l’atome radioactif, soit
- vous trouverez un chat vivant où aucune nourriture n’a été révélée et l’atome radioactif d’origine n’a pas
Mais avant d’ouvrir la boîte — parce que c’est ainsi que fonctionnent les systèmes quantiques — le système cat/food / atom doit être dans une superposition des deux états., Il n’y a qu’une probabilité indéterminée que l’atome se soit désintégré, et donc l’atome doit être dans une superposition d’États désintégrés et non désintégrés simultanément. Parce que la désintégration de l’atome contrôle la porte, la porte contrôle la nourriture et la nourriture détermine si le chat vit ou meurt, le chat lui-même doit alors être dans une superposition d’états quantiques. D’une manière ou d’une autre, le chat est à la fois en partie mort et en partie vivant jusqu’à ce qu’une observation soit faite.
Dans un cadre traditionnel du chat de Schrödinger expérience, vous ne savez pas si le résultat d’un quantum…, la pourriture s’est produite, conduisant ou non à la disparition du chat. À l’intérieur de la boîte, le chat sera vivant ou mort, selon qu’une particule radioactive se décompose ou non. Si le chat était un véritable système quantique, le chat ne serait ni vivant ni mort, mais dans une superposition des deux états jusqu’à ce qu’il soit observé. Cependant, vous ne pouvez jamais observer le Chat être à la fois mort et vivant.
Wikimedia Commons User Dhatfield
et cela, en un mot, est le plus grand mythe et idée fausse associé au chat de Schrödinger.,
en fait, Erwin Schrödinger lui-même n’a pas présenté son idée de « chat » comme une expérience proposée. Il ne l’a pas conçu pour poser des questions profondes sur le rôle d’un être humain dans le processus d’observation. Il n’a pas réellement prétendu que le chat lui-même serait dans une superposition d’états quantiques, où il est en partie mort et en partie vivant simultanément, la façon dont un photon semble passer en partie à travers les deux fentes dans l’expérience à double fente.
toute idée allant dans ce sens est elle-même un mythe et une idée fausse qui va à l’encontre du but initial de Schrödinger en mettant en avant cette expérience de pensée., Son but véritable? Pour illustrer à quel point il est facile d’arriver à une prédiction absurde — telle qu’une prédiction d’un chat à moitié mort et à moitié vivant-si vous interprétez mal ou comprenez mal La mécanique quantique.
Lorsque vous effectuez un test sur un qubit de l’état qui commence par |10100> et vous faire passer à travers… 10 impulsions de coupleur (c.-à-d., opérations quantiques), vous n’obtiendrez pas une distribution plate avec des probabilités égales pour chacun des 10 résultats possibles., Au lieu de cela, certains résultats auront des probabilités anormalement élevées et d’autres très faibles. Mesurer le résultat d’un ordinateur quantique peut déterminer si vous conservez le comportement quantique attendu ou si vous le perdez dans votre expérience. Maintenir, même pour quelques qubits, pour toute quantité importante de temps est l’un des plus gros défis de l’informatique quantique aujourd’hui; bonne chance de le faire pour quelque chose d’aussi complexe qu’un chat.
C. Neill et coll. (2017), arXiv: 1709.,06678v1, quant-ph
En d’autres termes, à peu près tout ce que vous avez jamais entendu parler du Chat de Schrödinger est probablement un mythe, à la seule exception du fait que les systèmes quantiques sont en fait bien décrits par une superposition pondérée probabiliste de tous les états possibles et admissibles, et qu’une observation ou une mesure révélera toujours un et un seul état définitif.
ce n’est pas seulement vrai, mais c’est vrai quelle que soit l’interprétation quantique que vous choisissez., Peu importe que vous sélectionniez un résultat parmi l’ensemble de tous les résultats possibles; peu importe que vous effondriez une fonction d’onde indéterminée dans un État déterminé; peu importe que vous tombiez dans un univers particulier d’une suite infinie d’univers parallèles.
Tout ce qui compte, c’est qu’une observation quantique ait eu lieu.
Les Nombreux Mondes de l’Interprétation de la mécanique quantique soutient qu’il existe un nombre infini de…, des univers parallèles qui existent, contenant tous les résultats possibles d’un système mécanique quantique, et qui font une observation choisit simplement un chemin. Cette interprétation est philosophiquement intéressant, mais notre chat va être mort ou vivant, pas une superposition de deux, quel que soit le comportement d’un observateur extérieur.
Christian Schirm
En réalité, le chat lui-même est un bon observateur. Le fait que la porte ou la porte s’ouvre, et le mécanisme qui la commande se déclenche, est une observation parfaitement valable., Jeter un compteur Geiger là-dedans, un instrument sensible aux désintégrations radioactives, compterait comme une observation. Et, en fait, toute interaction non réversible qui se produit dans ce système, même si elle est complètement isolée du monde extérieur dans cette boîte, révélera un seul et unique état définitif: soit l’atome a pourri, soit il ne l’a pas fait.
la raison sous-jacente à cela est simplement que chaque interaction entre deux particules quantiques a le potentiel de déterminer l’état quantique, effondrant efficacement la fonction d’onde quantique dans l’interprétation la plus courante., En réalité, la désintégration (ou la non-désintégration) de l’atome déclenchera (ou échouera à déclencher) le mécanisme de la porte, et c’est là que se produit la transition de ce comportement quantique bizarre à notre comportement classique familier.
Ce graphique montre (en rose) le montant de la radioactivité de l’échantillon qui reste après plusieurs demi-vie… ont passé. Après une demi-vie, il reste la moitié de l’échantillon; après deux demi-vies, il reste la moitié du reste (ou un quart); et après trois demi-vies, il en reste la moitié (ou un huitième)., Si cette désintégration Sert de déclencheur pour que quelque chose se produise ou ne se produise pas, cependant, cela suffit à constituer une observation.
Andrew Fraknoi, David Morrison et Sidney Wolff / Rice University, sous c. c. a. -4.0
Schrödinger lui-même était très clair sur ce point, déclarant:
Il est typique de ces cas qu’une indétermination initialement limitée au domaine atomique se transforme en indétermination macroscopique, qui être résolu par observation directe., Cela nous empêche d’accepter si naïvement comme valide un « modèle flou » pour représenter la réalité. En soi, il n’incarnerait rien de flou ou de contradictoire. Il y a une différence entre une photographie fragile ou floue et un instantané des nuages et des bancs de brouillard.
En d’autres termes, Schrödinger savait que le chat doit être mort ou vivant. Le chat lui-même ne sera jamais dans une superposition d’états quantiques, mais sera définitivement mort ou définitivement vivant à tout moment., Ce n’est pas parce que votre appareil photo est flou, soutient-il, que la réalité est fondamentalement floue.
2-le panneau indique les observations du Centre Galactique avec et sans Optique Adaptative,… illustrant le gain de résolution. Les positions réelles des étoiles (à droite) ne sont pas intrinsèquement incertaines en raison des limitations de notre équipement (à gauche), et de même, un chat n’est pas incertain dans sa mort ou son statut de vie en raison de la boîte dans laquelle nous l’avons placé.
UCLA Centre Galactique Groupe – W. M., Keck Observatory Laser Team
quand Einstein a parlé de « Dieu ne joue pas aux dés avec l’univers », c’était à cela qu’il faisait référence. En fait, Einstein a écrit ce qui suit à Schrödinger lui-même, demandant rhétoriquement: « L’état du chat ne doit-il être créé que lorsqu’un physicien examine la situation à un moment précis? »
La réponse, peut-être, malheureusement, est « bien sûr que non. »Ce comportement quantique indéterminé est en fait extrêmement difficile à maintenir; c’est l’un des défis majeurs dans la construction de systèmes quantiques à plus grande échelle., L’enchevêtrement de quelques milliers d’atomes pendant une courte période est une réalisation très récente, et l’une des raisons pour lesquelles l’informatique quantique est si difficile est que les qubits enchevêtrés ne peuvent être maintenus dans un état indéterminé que pour des intervalles de temps aussi courts.
l’univers quantique est certainement un endroit inconnu pour presque tous, et le Chat de Schrödinger est surtout une illustration de la facilité avec laquelle il est facile pour nous de l’interpréter mal. Peut-être que le mythe principal sur le Chat de Schrödinger est qu’il a quelque chose à voir avec l’étrangeté quantique.
Envoyez vos questions Ask Ethan à startswithabang sur gmail dot com!,