ha olyan kvantumrendszert állít be, ahol az eredmény akkor valami makroszkopikusat határoz meg, mint például a… az élet vagy halál egy macska egy dobozban, lehet intuit, hogy ez azt jelenti,, amíg kinyitja a dobozt, a macska egy szuperpozíciója halott és élő Államok. A történet ennél sokkal, sokkal gazdagabb.
Getty
a kvantum-Univerzummal kapcsolatos egyik legbizarrabb ötlet a határozatlan állapotok fogalma., A hagyományos, makroszkopikus univerzumban megszoktuk, hogy a dolgok egyszerűen léteznek egy adott, nem ellentmondásos módon. Akár megnézzük valamit, akár nem, egyszerűen létezik, megfigyeléseinktől függetlenül. De a kvantum univerzumban az egyes rendszerek eltérő viselkedést mutatnak attól függően, hogy mérjük-e őket vagy sem. Talán ennek az ötletnek a leghíresebb népszerűsítése Schrödinger macskája formájában van, ahol egy rendszert úgy állítanak fel, hogy ha egy radioaktív atom bomlik, a macska meghal, de ha nem, a macska él., De több mítosz van, mint igazságok a kísérlet körül, és Dave Wagner azt akarja, hogy szétválasszuk őket, ami azt sugallja:
csak olvastam az egyik ” Top N mítoszokat / félreértéseket…”darab, és azt hittem, egy jó ötlet az egyik lenne” Top N mítoszok / félreértések körülbelül Schrödinger macskája.”
vessünk egy pillantást arra, hogy mi történik valójában a híres gondolatkísérlet mögött.
az elektronok hullámtulajdonságokat, valamint részecsketulajdonságokat mutatnak, és építésre is használhatók…, képek vagy szonda részecskeméretek ugyanolyan jól, mint a fény. Itt láthatja egy kísérlet eredményeit, ahol az elektronokat (vagy egyenértékű eredményekkel, fotonokat) egyszerre egy kettős résen keresztül tüzelik. Ha elegendő elektront bocsátanak ki, az interferencia mintája jól látható.
Thierry Dugnolle / Public Domain
először is fontos felismerni, honnan származik Schrödinger macskájának ötlete: valódi, fizikai kísérlet egyértelmű, de nagyon nem pozitív eredményekkel., Mindössze annyit kell tennie, hogy világítson egy kis fényt két vékony, szorosan elhelyezett rés felé, és figyelje meg, hogy milyen vizuális minta jelenik meg a másik oldalon lévő képernyőn. Mindaddig, amíg a fény ugyanolyan hullámhosszú, és csak a képernyőre nézel, kapsz egy interferencia mintát, vagy egy alternatív sor sok világos-sötét sávot.
de ha felismeri, hogy “hé, a fény fotonból készül, és minden egyes fotonnak át kell mennie az egyik résen vagy a másikon”, akkor elkezdi látni a furcsa játékot. Még a fotonok egyszeri küldése is megadja az interferencia mintát., Aztán megvan a fényes ötlet, hogy megmérje, melyik rés minden foton megy keresztül. Amint ezt megteszed-és egyébként sikeres vagy -, az interferencia minta eltűnik.
ha megméri, hogy egy elektron melyik résen megy keresztül egy részecske-at-a-time kettős végrehajtásakor… rés kísérlet, akkor nem kap egy interferencia mintát a képernyőn mögötte. Ehelyett az elektronok (vagy fotonok) nem hullámokként, hanem klasszikus részecskékként viselkednek.
Wikimedia Commons user Inductiveload
hogyan értelmezzük ezt?, Ez a kísérlet sok szempontból a kvantumfizika működésének végső illusztrációja, valamint miért olyan furcsa. Mintha az egyes kvanták maguk is hullámként viselkednének, és zavarnák magukat, egyszerre haladnának át mindkét résen, és produkálnák a megfigyelt mintát. De ha mersz odamenni és megmérni őket – tehát meghatározni, hogy melyik résen mennek keresztül—, akkor csak az egyik résen vagy a másikon haladnak át, és már nem okoznak ilyen interferenciát.
egy dolgot nagyon világossá tesz: a kvantumrendszer megfigyelésének cselekedete valójában nagyon megváltoztathatja az eredményt., De ez, mint a fizika legtöbb felfedezése, csak több kérdést vet fel. Milyen feltételek mellett változtatja meg a megfigyelés az eredményt? Mi minősül megfigyelésnek? És egy embernek “megfigyelőnek” kell lennie, vagy elegendő egy szervetlen, nem élő mérés?
Ezek mind jó kérdések, és pontosan ilyen típusú kérdésekre gondolt, amelyek miatt Erwin Schrödinger megfogalmazta híres macska paradoxonját. Ez így megy:
- zárt rendszert állít be, azaz, egy doboz,
- hol a dobozban egy kvantum rendszer, mint egyetlen radioaktív atom,
- , majd a amikor az atom bomlik, egy ajtó kinyílik,
- az ajtó mögött mérgezett macska étel,
- meg is van a dobozban van egy macska, hogy meg fogja enni az ételt, amikor az elérhetővé válik,
- szóval várj egy fél élet hosszú ideig,
- aztán kérd a legfontosabb kérdés: a macska élő, vagy halott?
ennyi. Ez a Schrödinger macska gondolatkísérletének teljes ötlete.
a macska halott vagy életben van?, Bár azt gondolhatnánk, hogy maga a macska szuperpozícióban van… dead-and-alive Államok, amíg ki nem nyitjuk a dobozt, ez egy téves gondolkodásmód, amely évtizedek óta fennmaradt, annak ellenére, hogy Schrodinger maga soha nem állította ilyen dolgot.
geralt /
tehát mi történik a doboz kinyitásakor?,
kinyitod a dobozt azonos kell legyen, hogy egy megfigyelés, szóval vagy:
- talál egy döglött macska ette az ételt, hogy kiderült, a radioaktív atom bomlik, vagy
- találsz egy macska életben, ahol nincs étel kiderült, az eredeti radioaktív atom még nem korhadt.
De mielőtt kinyitotta a dobozt-mert így működnek a kvantumrendszerek-a macska/élelmiszer/atom rendszernek mindkét állapot szuperpozíciójában kell lennie., Csak egy meghatározatlan valószínűség van arra, hogy az atom lebomlott, ezért az atomnak a bomlási és nem bomlási állapotok szuperpozíciójában kell lennie egyszerre. Mivel az atom bomlása irányítja az ajtót, az ajtó irányítja az ételt, és az étel meghatározza, hogy a macska él-e vagy meghal, maga a macska tehát kvantumállapotok szuperpozíciójában kell lennie. Valahogy a macska mind részben halott, mind részben életben van, amíg megfigyelést nem végeznek.
egy hagyományos Schrodinger macska kísérletben nem tudja, hogy a kvantum kimenetele…, bomlás történt, ami a macska halálához vezet, vagy sem. A doboz belsejében a macska él vagy halott lesz, attól függően, hogy egy radioaktív részecske romlott-e vagy sem. Ha a macska valódi kvantumrendszer lenne, a macska nem lenne sem ÉLŐ, sem halott, de mindkét állapot szuperpozíciójában, amíg meg nem figyelték. Azonban soha nem lehet megfigyelni a macskát, hogy egyszerre legyen mind halott, mind életben.
Wikimedia Commons user Dhatfield
és ez dióhéjban a Schrödinger macskájával kapcsolatos legnagyobb mítosz és tévhit.,
valójában maga Erwin Schrödinger nem mutatta be” macska ” ötletét javasolt kísérletként. Nem azért találta ki, hogy mély kérdéseket tegyen fel az ember szerepéről a megfigyelési folyamatban. Valójában nem állította, hogy maga a macska a kvantumállapotok szuperpozíciójában lenne, ahol részben halott és részben életben van egyszerre, ahogy egy foton úgy tűnik, hogy részben áthalad mindkét résen a kettős résen kísérlet.
e sorok mentén minden ötlet önmagában egy mítosz és tévhit, amely ellentmond Schrödinger eredeti céljának a gondolatkísérlet megfogalmazásában., Az igazi célja? Annak illusztrálására, hogy milyen könnyű egy abszurd előrejelzést — például egy egyszerre félig halott és félig élő macska előrejelzését-elérni, ha félreértelmezi vagy félreérti a kvantummechanikát.
amikor egy qubit állapotú kísérletet hajt végre, amely |10100> és átmegy rajta… 10 csatoló impulzusok (azaz kvantumműveletek), akkor nem kap egy lapos eloszlást egyenlő valószínűségekkel mind a 10 lehetséges kimenetel., Ehelyett néhány eredménynek abnormálisan magas valószínűsége lesz, néhánynak pedig nagyon alacsony lesz. A kvantumszámítógép eredményének mérése meghatározhatja, hogy fenntartja-e a várt kvantum viselkedést, vagy elveszíti azt a kísérletben. Fenntartása, még csak néhány qubits, bármilyen jelentős mennyiségű időt az egyik legnagyobb kihívás előtt álló kvantum számítástechnika ma; sok szerencsét csinál, hogy valami olyan összetett, mint egy macska.
C. Neill et al. (2017), arXiv:1709.,06678v1, quant-ph
más szóval, nagyjából minden, amit valaha hallott Schrödinger macskájáról, valószínűleg mítosz, kivéve azt a tényt, hogy a kvantumrendszereket valójában jól leírják az összes lehetséges, megengedhető állapot valószínűségi súlyozott szuperpozíciója, és hogy egy megfigyelés vagy mérés mindig egy és csak egy végleges állapotot fed fel.
Ez nem csak igaz, de igaz, függetlenül attól, hogy melyik kvantumértelmezést választja., Nem számít, hogy kiválasztja az egyik eredménye a zenekar összes lehetséges kimenetelt; nem számít, hogy te vagy összeomlik határozatlan hullámfüggvény egy meghatározza állam; nem számít, ha esik egy adott Univerzum végtelen suite párhuzamos Univerzumok.
csak az számít, hogy kvantummegfigyelés történt.
a kvantummechanika sok Világértelmezése szerint végtelen számú létezik…, párhuzamos univerzumok, amelyek léteznek, a kvantummechanikai rendszer minden lehetséges kimenetelét megtartva, és hogy a megfigyelés egyszerűen egy utat választ. Ez az értelmezés filozófiailag érdekes, de macskánk halott vagy élő lesz, nem mindkettő szuperpozíciója, függetlenül egy külső megfigyelő viselkedésétől.
Christian Schirm
a valóságban maga a macska tökéletesen érvényes megfigyelő. Az ajtó-vagy kapunyitás ténye, valamint az azt szabályozó mechanizmus beindítása tökéletesen érvényes megfigyelés., Egy Geiger-számláló oda dobása, egy olyan eszköz, amely érzékeny a radioaktív bomlásokra, megfigyelésnek számítana. És valójában minden nem reverzibilis kölcsönhatás, amely a rendszeren belül történik, még akkor is, ha teljesen le van zárva a külvilágtól abban a dobozban, felfedi az egyetlen végleges állapotot: vagy az atom romlott, vagy nem.
ennek oka egyszerűen az, hogy a két kvantumrészecske közötti minden interakció képes meghatározni a kvantumállapotot, hatékonyan összeomlva a kvantum hullámfunkciót a leggyakoribb értelmezésben., A valóságban az atom bomlása (vagy nem bomlása) kiváltja (vagy nem indítja el) az ajtómechanizmust, és egyedül ott van az átmenet ebből a bizarr kvantum viselkedésből az ismerős klasszikus viselkedésünkbe.
Ez a grafikon (rózsaszínben) mutatja a több felezési idő után megmaradt radioaktív minta mennyiségét… elmúltak. Egy felezési idő után a minta fele marad; két felezési idő után a maradék (vagy egynegyed) fele marad; három felezési idő után ennek egy fele (vagy egy nyolcadik) marad., Ha ez a bomlás arra szolgál, hogy valami bekövetkezzen, vagy nem fordul elő, azonban, ez önmagában elég ahhoz, hogy megfigyelést képezzen.
Andrew Fraknoi, David Morrison és Sidney Wolff/Rice University, A C.C.a.-4.0
Schrödinger maga is nagyon világos volt ezen a ponton, kijelentve:
jellemző ezekre az esetekre, hogy az atomic domainre eredetileg korlátozott indeterminacy makroszkopikus indeterminációvá válik, amely ezt követően közvetlen megfigyeléssel lehet megoldani., Ez megakadályozza, hogy olyan naiv módon elfogadjunk érvényes “homályos modellt” a valóság képviseletére. Önmagában nem testesítene meg semmi tisztázatlan vagy ellentmondásos dolgot. Különbség van a bizonytalan vagy nem fókuszált fénykép és a felhők és a köd bankok pillanatképe között.
más szóval, Schrödinger tudta, hogy a macskának halottnak vagy élőnek kell lennie. Maga a macska soha nem lesz a kvantumállapotok szuperpozíciójában, De vagy véglegesen halott vagy véglegesen életben marad az idő bármely pillanatában., Csak azért, mert a kamera nincs fókuszban, azt állítja,, nem jelenti azt, hogy a valóság alapvetően homályos.
Ez a 2-panel a galaktikus központ megfigyeléseit mutatja adaptív optikával vagy anélkül… a felbontás nyereségének szemléltetése. A csillagok tényleges pozíciói (jobbra) nem eleve bizonytalanok a felszerelésünk korlátai miatt (balra), Hasonlóképpen, egy macska nem bizonytalan a halálában vagy az élethelyzetében a doboz miatt, amelybe betettük.
UCLA Galaktikus Center Group-W. M., Keck Observatory Laser Team
amikor Einstein arról beszélt, hogy “Isten nem játszik kockát az Univerzummal”, erre utalt. Valójában Einstein maga írta a következőket Schrödingernek, retorikusan kérve: “a macska állapota csak akkor hozható létre, ha egy fizikus bizonyos időben megvizsgálja a helyzetet?”
a válasz talán sajnos ” természetesen nem.”Ezt a meghatározatlan kvantum viselkedést valójában rendkívül nehéz fenntartani; ez az egyik legnagyobb kihívás a nagyobb léptékű kvantumrendszerek építésében., A csupán néhány ezer Atom rövid ideig történő összekapcsolása nagyon új eredmény, és a kvantumszámítás egyik oka annyira nehéz, mert az összefonódott qubitok csak határozatlan állapotban tarthatók ilyen rövid időintervallumokban.
a kvantum-univerzum szinte mindannyiunk számára ismeretlen hely, Schrödinger macskája pedig leginkább annak illusztrációja, hogy mennyire könnyű félreértelmezni. Talán a legfontosabb mítosz Schrödinger macskájáról az, hogy bármi köze van a kvantum furcsasághoz.
küldje el kérdéseit a Startswithabanghoz a gmail dot com-on!,