Se você configurar um sistema quântico onde o resultado então determina algo macroscópico, como o… vida ou morte de um gato em uma caixa, você pode intuir que isso significa, até que você abra a caixa, o gato está em uma superposição de Estados mortos e vivos. A história real é muito, muito mais rica do que isso.
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uma das ideias mais bizarras sobre o universo quântico é a noção de Estados indeterminados., No nosso universo macroscópico convencional, estamos habituados a coisas que simplesmente existem de uma forma particular e não controversa. Quer olhemos para alguma coisa ou não, ela simplesmente existe, independente de nossas observações. Mas no universo quântico, os sistemas individuais apresentam um comportamento diferente dependendo se os medimos ou não. Talvez a popularização mais famosa desta ideia seja na forma do Gato de Schrödinger, onde um sistema é criado para que se um átomo radioativo decair, o gato morre, mas se não, o gato vive., Mas há mais mitos do que verdades em torno deste experimento, e Dave Wagner quer que nós dissociá-las, sugerindo:
eu estava lendo um dos seus “Top n mitos/mal-entendidos sobre…”peças, e eu pensei que uma boa idéia para um seria” top n mitos / mal-entendidos sobre o gato de Schrödinger.”
Let’s take a look what’s really going on behind this famous thought experiment.
electrões exibem propriedades de onda, bem como propriedades de partículas, e podem ser usados para construir…, imagens ou tamanhos de partículas de sonda tão bem quanto a luz pode. Aqui, você pode ver os resultados de uma experiência onde elétrons (ou, com resultados equivalentes, fótons) são disparados um-a-tempo através de uma fenda dupla. Uma vez que elétrons suficientes são disparados, o padrão de interferência pode claramente ser visto.
Thierry Dugnolle/Domínio Público
Em Primeiro Lugar, é importante reconhecer de onde veio a ideia para o gato de Schrödinger: uma experiência física real com resultados inequívocos mas pouco intuitivos., Tudo que você precisa fazer é brilhar alguma luz em direção a duas fendas finas, bem espaçadas, e observar que tipo de padrão visual aparece na tela do outro lado. Desde que sua luz seja toda do mesmo comprimento de onda e você olhe apenas para a tela, você terá um padrão de interferência, ou um conjunto alternativo de muitas bandas de luz e escuridão.
mas se você então reconhecer, ” ei, a luz é feita de fótons, e cada fóton individual deve passar por uma fenda ou outra,” você começa a ver a estranheza em jogo. Mesmo enviando fótons através de um de cada vez ainda lhe dá o padrão de interferência., E então você tem a brilhante idéia de medir qual fenda cada fóton passa. Assim que você fizer isso — e você é bem sucedido, a propósito — o padrão de interferência desaparece.se medires que fenda um electrão passa ao fazer um duplo de uma partícula a uma vez… experiência de corte, não há um padrão de interferência no ecrã por trás. Em vez disso, os elétrons (ou fótons) se comportam não como ondas, mas como partículas clássicas.
Wikimedia Commons user Inductiveload
como fazemos sentido disto?, Esta experiência é, em muitos aspectos, a derradeira ilustração de como a física quântica funciona, e também porque é tão estranha. É como se os próprios quanta individuais se comportassem como ondas e interferissem consigo mesmos, viajando por ambas as fendas simultaneamente e produzindo o padrão observado. Mas se você ousar ir e medi — los — portanto, determinando qual fenda eles passam-eles só viajam através de uma fenda ou outra, e não mais produzir essa interferência.
deixa uma coisa muito clara: o ato de observar um sistema quântico pode, de fato, mudar muito o resultado., Mas isso, como a maioria das descobertas em física, só levanta mais questões. Em que Condições uma observação altera o resultado? O que é fazer uma observação? E é necessário que um ser humano seja um “observador”, ou poderia uma medida inorgânica e não-viva ser suficiente?
estas são todas boas questões, e foi pensando exatamente sobre estes tipos de questões que levou Erwin Schrödinger a formular seu famoso paradoxo felino. É mais ou menos assim:
- você configura um sistema fechado, i.e.,, uma caixa, onde dentro da caixa está um sistema quântico, como um único átomo radioactivo, e quando o átomo decai, abre-se uma porta, atrás dessa porta está comida de gato envenenada, e também na caixa está um gato que vai comer a comida quando estiver disponível, por isso espera um tempo de meia-vida, e depois pergunta-se: o gato está vivo ou morto?é isso. Essa é a ideia completa da experiência de pensamento do Gato de Schrödinger.o gato está vivo ou morto?, Enquanto podemos pensar que o gato em si está em uma superposição de… Estados mortos e vivos até abrirmos a caixa, essa é uma linha errônea de pensamento que persiste por muitas décadas, apesar do fato de que o próprio Schrodinger nunca afirmou tal coisa. geralt /
então, o que acontece quando você abre a caixa?,
a Abertura da caixa deve ser equivalente a de fazer uma observação, para tanto:
- você vai encontrar um gato morto que comeu a comida que foi revelado pelo átomo radioativo em decomposição, ou
- você vai encontrar um gato vivo, onde nenhum alimento foi revelada e o original átomo radioativo ainda não deteriorada.
mas antes de ter aberto a caixa — porque é assim que os sistemas quânticos funcionam — o sistema cat/food/atom deve estar numa superposição de ambos os Estados., Há apenas uma probabilidade indeterminada de que o átomo se tenha deteriorado, e portanto o átomo deve estar numa superposição de Estados deteriorados e não deteriorados simultaneamente. Como o decaimento do átomo controla a porta, a porta controla o alimento, e o alimento determina se o gato vive ou morre, o próprio gato, então, deve estar em uma superposição de estados quânticos. De alguma forma, o gato está parcialmente morto e parcialmente vivo até que uma observação seja feita.
numa experiência tradicional com gatos de Schrodinger, você não sabe se o resultado de um quantum…, a decadência ocorreu, levando à morte do gato ou não. Dentro da caixa, o gato estará vivo ou morto, dependendo se uma partícula radioactiva decaiu ou não. Se o gato fosse um verdadeiro sistema quântico, o gato não estaria nem vivo nem morto, mas em uma superposição de ambos os estados até observado. No entanto, você nunca pode observar o gato para ser simultaneamente morto e vivo.
Wikimedia Commons user Dhatfield
And that, in a nutshell, is the biggest myth and misconception associated with Schrödinger’s cat.,
Na verdade, o próprio Erwin Schrödinger não apresentou sua ideia de “gato” como um experimento proposto. Ele não o concebeu para fazer perguntas profundas sobre o papel de um ser humano no processo de observação. Ele realmente não afirmou que o gato em si estaria em uma superposição de estados quânticos, onde ele está parcialmente morto e parcialmente vivo simultaneamente, a forma como um fóton parece passar em parte através de ambas as fendas na experiência de dupla fenda.
cada ideia ao longo destas linhas é em si um mito e equívoco que vai contra o propósito original de Schrödinger em apresentar esta experiência de pensamento., O seu verdadeiro propósito? Para ilustrar como é fácil chegar a uma previsão absurda — como uma previsão de um gato simultaneamente meio-morto e Meio-vivo — se você interpretar mal ou interpretar mal a mecânica quântica.
quando se realiza uma experiência num estado qubit que começa em / 10100 > e passa-se… 10 pulsos de acoplador( ou seja, operações quânticas), você não terá uma distribuição plana com probabilidades iguais para cada um dos 10 resultados possíveis., Em vez disso, alguns resultados terão probabilidades anormalmente elevadas e alguns terão probabilidades muito baixas. Medir o resultado de um computador quântico pode determinar se você está mantendo o comportamento quântico esperado ou perdê-lo em sua experiência. Mantê-lo, mesmo por apenas alguns qubits, por qualquer quantidade substancial de tempo é um dos maiores desafios que a computação quântica enfrenta hoje; boa sorte fazendo isso por algo tão complexo como um gato.
C. Neill et al. (2017), arXiv:1709.,06678v1, quant-ph
Em outras palavras, praticamente tudo o que você já ouviu falar sobre o gato de Schrödinger é, provavelmente, um mito, com a única exceção do fato de que o quantum de sistemas, na verdade, são bem descritos por uma probabilistically ponderada superposição de todas as possíveis, permitida estados, e que uma observação ou medição será sempre revelam um e somente um estado definitivo.
isto não é apenas verdade, mas é verdade independentemente da interpretação quântica que você escolher., Não importa se você está selecionando um resultado fora do conjunto de todos os resultados possíveis; não importa se você está em colapso indeterminado wavefunction em um determinado estado; não importa se você está caindo em um Universo particular de um infinito conjunto de Universos paralelos.
tudo o que importa é que ocorreu uma observação quântica.
The Many Worlds Interpretation of quantum mechanics holds that there are an infinite number of…, universos paralelos que existem, segurando todos os resultados possíveis de um sistema mecânico quântico, e que fazendo uma observação simplesmente escolhe um caminho. Esta interpretação é filosoficamente interessante, mas nosso gato vai estar morto ou VIVO, não uma superposição de ambos, independentemente do comportamento de um observador externo.Christian Schirm
na realidade, o próprio gato é um observador perfeitamente válido. O fato de a porta ou porta se abrir, e o mecanismo que a controla se despoletar, é uma observação perfeitamente válida., Atirar um contador Geiger para lá, um instrumento sensível aos decaimentos radioativos, contaria como uma observação. E, de fato, qualquer interação não reversível que ocorra dentro desse sistema, mesmo que esteja completamente selada do mundo exterior naquela caixa, revelará um e apenas um estado definitivo: ou o átomo se deteriorou ou não.
A razão subjacente a isto é simplesmente que toda interação entre duas partículas quânticas tem o potencial de determinar o estado quântico, efetivamente colapsando a função de onda quântica na interpretação mais comum., Na realidade, a decaimento (ou não-decaimento) do átomo desencadeará (ou não desencadeará) o mecanismo da porta, e só aí, é onde ocorre a transição deste comportamento quântico bizarro para o nosso comportamento Clássico familiar.
Este gráfico mostra (em rosa) a quantidade de uma amostra radioactiva que permanece após várias semi-vidas… passaram. Após uma meia-vida, metade da amostra é deixada; depois de duas meias-vidas, uma metade do restante (ou um quarto) é deixado; e depois de três meias-vidas, uma metade disso (ou um oitavo) é deixado., Se esse decaimento serve como o gatilho para que algo ocorra ou não ocorra, entretanto, isso por si só é suficiente para constituir uma observação.
Andrew Fraknoi, David Morrison, e Sidney Wolff / Rice University, em c.c.um.-4.0
o próprio Schrödinger foi muito clara sobre este ponto, afirmando:
é típico desses casos que uma indeterminação originalmente restrita ao domínio atômico, torna-se transformado em indeterminação macroscópica, que pode então ser resolvido por observação directa., Isso nos impede de aceitar tão ingenuamente como válido um “modelo borrado” para representar a realidade. Em si mesmo, não encarnaria nada obscuro ou contraditório. Há uma diferença entre uma fotografia trémula ou desfocada e um instantâneo de nuvens e bancos de nevoeiro.
em outras palavras, Schrödinger sabia que o gato deve estar vivo ou morto. O gato em si nunca estará em uma superposição de estados quânticos, mas ou estará definitivamente morto ou definitivamente vivo a qualquer momento no tempo., Só porque a tua câmara está desfocada, ele argumenta, não significa que a realidade esteja fundamentalmente turva.
Este 2-painel mostra observações do Centro Galáctico com e sem óptica adaptativa… ilustrando o ganho de resolução. As posições reais das estrelas (direita) não são inerentemente incertas por causa das limitações do nosso equipamento (esquerda), e da mesma forma, um gato não é incerto em seu estado de morte ou de vida por causa da caixa em que o colocamos.
UCLA Galactic Center Group-W. M., Keck Observatory Laser Team
When Einstein talked about “God not playing dice with the Universe,” this was what he was referred to. Na verdade, Einstein escreveu o seguinte ao próprio Schrödinger, perguntando retoricamente: “o estado do gato só deve ser criado quando um físico investiga a situação em algum momento definido?”
a resposta, talvez infelizmente, é “claro que não.”Este comportamento quântico indeterminado é realmente tremendamente difícil de manter; este é um dos principais desafios na construção de sistemas quânticos de maior escala., A enredar apenas alguns milhares de átomos, por um breve período de tempo é muito recente conquista, e uma das razões da computação quântica é tão difícil é porque qubits emaranhados só pode ser mantido em um estado indeterminado por curtos intervalos de tempo.
O Universo quântico é certamente um lugar desconhecido para quase todos nós, e o gato de Schrödinger é principalmente uma ilustração de como é fácil para nós interpretá-lo mal. Talvez o principal mito sobre o gato de Schrödinger seja que tem alguma coisa a ver com a estranheza quântica.
envie as suas perguntas perguntar ao Ethan para iniciar comabang no gmail dot com!,