Gedankenexperiment Schrödingers Katze. Schrödingers Katze und ihr schweres Schicksal

Es gibt eine kleine Menge radioaktives Material, Also klein, dass innerhalb einer Stunde kann sein nur ein Atom wird zerfallen, aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer abgesenkt wird, wodurch der Blausäurekegel zerbrochen wird. Wenn wir dieses ganze System für eine Stunde sich selbst überlassen, dann können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit am Leben sein wird, sobald der Zerfall des Atoms findet nicht statt. Der erste Zerfall eines Atoms hätte die Katze vergiftet. Die Psi-Funktion des Systems als Ganzes drückt dies aus, indem sie die lebende und die tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) in gleichen Anteilen in sich mischt oder verschmiert.

Typisch für solche Fälle ist, dass sich die Unsicherheit zunächst in Grenzen hält atomare Welt, wird in makroskopische Unsicherheit umgewandelt, die sein kann eliminiert durch direkte Beobachtung. Dies hindert uns daran, das „Blur-Modell“ naiv als Realität zu akzeptieren. An sich bedeutet dies nichts Unklares oder Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem unscharfen oder unscharfen Foto und einer Wolken- oder Nebelaufnahme.

Original Text(Deutsch)

Man kann auch ganz burleske Fälle konstruieren. Eine Katze wird in einer Stahlkammer gesperrt, zusammen mit nachfolgender Höllenmaschine (die man gegen den direkten Zugriff der Katze sichern muss): in einem Geigerschen Zählrohr befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, Also wenig, daß im Laufe einer Stunde vielleicht eines von den Atomen zerfällt, ebenso wahrscheinlich aber auch keines; geschieht es, so spricht das Zählrohr an und betätigt über ein Relais ein Hämmerchen, das ein Kölbchen mit Blausäure zertrümmert. Hat man dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, so wird man sich sagen, daß die Katze noch lebt, Wenn Inzwischen ist kein Atom zerfallen. Der erste Atomzerfall würde sie vergiftet haben. Die ψ -Funktion des ganzen Systems würde das so zum Ausdruck bringen, daß in ihr die lebende und die tote Katze (s.v.v.) zu gleichen Teilen gemischt oder verschmiert sind.
Das typische an solchen Fällen IST, daß eine ursprünglich auf den Atombereich beschränkte Unbestimmtheit sich in grobsinnliche Unbestimmtheit umsetzt, die sich dann durch direkte Beobachtung entscheiden letzte. Das hindert uns, in so naiver Weise ein „verwaschenes Modell“ als Abbild der Wirklichkeit gelten zu lassen. An sich offensichtliche es nichts Unklares oder Widerspruchsvolles. Es ist ein Unterschied zwischen einer verwackelten oder unscharf eingestellten Photographie und einer Aufnahme von Wolken und Nebelschwaden.

Wenn der Kern nicht beobachtet wird, wird sein Zustand laut Quantenmechanik durch eine Überlagerung (Mischung) zweier Zustände beschrieben - eines zerfallenen Kerns und eines nicht zerfallenen Kerns, daher ist die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot gleiche Zeit. Wird die Kiste geöffnet, sieht der Experimentator nur einen bestimmten Zustand – „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“.

Die Frage geht so: wenn das System aufhört, als Mischung zweier Zustände zu existieren und einen konkreten wählt? Der Zweck des Experiments ist es zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber aufhört, eine Mischung aus beidem zu sein.

Da klar ist, dass die Katze notwendigerweise entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zustand, der Leben und Tod verbindet), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss notwendigerweise entweder zerfallen oder nicht zerfallen sein.

In großen komplexen Systemen, die aus vielen Milliarden Atomen bestehen, tritt die Dekohärenz fast augenblicklich auf, und aus diesem Grund kann eine Katze nicht für eine messbare Zeit sowohl tot als auch lebendig sein. Der Dekohärenzprozess ist ein wesentlicher Bestandteil des Experiments.

Der Originalartikel erschien 1935. Der Zweck des Papiers war es, das Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)-Paradoxon zu diskutieren, das Anfang des Jahres von Einstein, Podolsky und Rosen veröffentlicht wurde. Die EPR- und Schrödinger-Papiere gekennzeichnet seltsame Natur„Quantenverschränkung“, ein von Schrödinger eingeführter Begriff, charakteristisch für Quantenzustände, die eine Überlagerung der Zustände zweier Systeme (z. B. zweier subatomarer Teilchen) sind.

Kopenhagener Interpretation

Tatsächlich sind Hawking und viele andere Physiker der Meinung, dass die „Kopenhagener Schule“ der Interpretation der Quantenmechanik die Rolle des Beobachters unangemessen betont. Eine endgültige Einigkeit unter den Physikern in dieser Frage ist noch nicht erreicht.

Die Parallelisierung der Welten zu jedem Zeitpunkt entspricht einem echten nicht-deterministischen Automaten, im Gegensatz zum probabilistischen, wenn bei jedem Schritt einer der möglichen Pfade in Abhängigkeit von ihrer Wahrscheinlichkeit ausgewählt wird.

Wigners Paradoxon

Dies ist eine komplizierte Version des Schrödinger-Experiments. Eugene Wigner führte die Kategorie "Freunde" ein. Nach Abschluss des Experiments öffnet der Experimentator die Schachtel und sieht eine lebende Katze. Der Zustandsvektor der Katze geht im Moment des Öffnens der Kiste in den Zustand „der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. So wurde die Katze im Labor als lebendig erkannt. Außerhalb des Labors ist Freund. Freund weiß noch nicht, ob die Katze lebt oder tot ist. Freund erkennt die Katze erst dann als lebendig an, wenn der Experimentator ihn über das Ergebnis des Experiments informiert. Aber alle anderen Freunde die Katze wurde noch nicht als lebendig erkannt, und sie werden sie erst erkennen, wenn sie über das Ergebnis des Experiments informiert werden. Daher kann eine Katze nur dann als vollständig lebendig (oder vollständig tot) betrachtet werden, wenn alle Menschen im Universum das Ergebnis des Experiments kennen. Bis zu diesem Punkt bleibt die Katze auf der Skala des Großen Universums laut Wigner gleichzeitig lebendig und tot.

Wir alle haben schon von der berühmten Schrödinger-Katze gehört, aber wissen wir, um welche Art von Katze es sich wirklich handelt? Lassen Sie es uns herausfinden und versuchen, über die berühmte Schrödinger-Katze zu sprechen in einfachen Worten.

Schrödingers Katze ist ein Experiment von Erwin Schrödinger, einem der Gründerväter der Quantenmechanik. Und das ist nicht alltäglich Physikalisches Experiment, a geistig.

Zugegeben, Erwin Schrödinger war ein sehr phantasievoller Mann.

Was haben wir also als imaginäre Basis für das Experiment? In einer Kiste liegt eine Katze. Die Kiste enthält auch einen Geigerzähler mit einigen sehr kleinen Mengen an radioaktivem Material. Die Stoffmenge ist so groß, dass die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls und des Nichtzerfalls eines Atoms innerhalb einer Stunde gleich ist. Wenn das Atom zerfällt, wird ein spezieller Mechanismus gestartet, der den Kolben mit Blausäure zerbricht, und die arme Katze stirbt. Wenn der Zusammenbruch nicht eintritt, sitzt die Katze weiterhin ruhig in ihrer Kiste und träumt von Würstchen.

Was ist das Wesen von Schrödingers Katze? Warum überhaupt auf solch eine surreale Erfahrung kommen?

Nach den Ergebnissen des Experiments wissen wir erst, wenn wir die Kiste öffnen, ob die Katze lebt oder nicht. Aus Sicht der Quantenmechanik befindet sich eine Katze gleichzeitig (wie ein Atom der Materie) gleichzeitig in zwei Zuständen - sowohl lebendig als auch gleichzeitig tot. Das ist das berühmte Paradoxon von Schrödingers Katze.

Das kann natürlich nicht sein. Erwin Schrödinger hat dieses Gedankenexperiment ins Leben gerufen, um die Unvollkommenheit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen aufzuzeigen.

Hier ist Schrödingers eigene Formulierung:

Sie können auch Fälle konstruieren, in denen Burlesque ausreicht. Lassen Sie eine Katze zusammen mit der folgenden teuflischen Maschine (die vom Eingreifen der Katze unabhängig sein sollte) in eine Stahlkammer sperren: Im Inneren des Geigerzählers befindet sich eine winzige Menge radioaktiven Materials - so klein, dass nur ein Atom in einem zerfallen kann Stunde, aber mit derselben darf die Wahrscheinlichkeit nicht auseinanderfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und ein Relais aktiviert, wodurch der Hammer abgesenkt wird, wodurch der Blausäurekegel zerbrochen wird.

Wenn wir dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, dann können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch lebt, solange das Atom nicht zerfällt. Der erste Zerfall eines Atoms hätte die Katze vergiftet. Die Psi-Funktion des Systems als Ganzes wird dies ausdrücken, indem sie die lebende und die tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) in gleichen Anteilen in sich mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in eine makroskopische Unsicherheit umgewandelt wird, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Blur-Modell“ naiv als Realität zu akzeptieren. An sich bedeutet dies nichts Unklares oder Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem unscharfen oder unscharfen Foto und einer Wolken- oder Nebelaufnahme.

Definitiv positiver Augenblick bei diesem Experiment ist die Tatsache, dass dabei kein einziges Tier zu Schaden kam.

Um das Material zu festigen, empfehlen wir Ihnen abschließend, sich ein Video aus der guten alten Serie „The Big Bang Theory“ anzusehen.

Und wenn Sie plötzlich Fragen haben oder der Lehrer ein Problem zur Quantenmechanik gestellt hat, wenden Sie sich bitte an. Gemeinsam werden wir alle Probleme viel schneller lösen!

Wenn Sie sich für einen Artikel zu einem Thema aus der Quantenphysik interessieren, dann lieben Sie mit hoher Wahrscheinlichkeit die Reihe „Theorie Urknall". Sheldon Cooper hat sich also eine neue Interpretation einfallen lassen Schrödingers Gedankenexperiment(Sie finden ein Video mit diesem Fragment am Ende des Artikels). Doch um Sheldons Dialog mit seiner Nachbarin Penny zu verstehen, wenden wir uns zunächst der klassischen Interpretation zu. Also Schrödingers Katze in einfachen Worten.

In diesem Artikel werden wir uns ansehen:

• Kurzer geschichtlicher Hintergrund
• Versuchsbeschreibung mit Schrödingers Katze
• Lösung des Paradoxons von Schrödingers Katze

Gleich gute Nachrichten. Während des Experiments Schrödingers Katze blieb unverletzt. Denn der Physiker Erwin Schrödinger, einer der Begründer der Quantenmechanik, hat nur ein Gedankenexperiment durchgeführt.

Bevor wir in die Beschreibung des Experiments eintauchen, machen wir einen kleinen Exkurs in die Geschichte.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts gelang es Wissenschaftlern, in den Mikrokosmos zu blicken. Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit des „Atom-Elektron“-Modells mit dem „Sonne-Erde“-Modell stellte sich heraus, dass die uns vertrauten Newtonschen Gesetze der klassischen Physik im Mikrokosmos nicht funktionieren. Daher erschien eine neue Wissenschaft - die Quantenphysik und ihre Komponente - die Quantenmechanik. Alle mikroskopisch kleinen Objekte der Mikrowelt wurden Quanten genannt.

Aufmerksamkeit! Eines der Postulate der Quantenmechanik ist „Superposition“. Es wird uns nützlich sein, um das Wesen des Schrödinger-Experiments zu verstehen.

„Superposition“ ist die Fähigkeit eines Quants (es kann ein Elektron, ein Photon, der Kern eines Atoms sein) sich nicht in einem, sondern in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden oder sich gleichzeitig an mehreren Punkten im Raum befinden , wenn keiner zusieht

Es ist für uns schwer zu verstehen, weil in unserer Welt ein Objekt nur einen Zustand haben kann, zum Beispiel zu sein oder lebendig oder tot zu sein. Und es kann nur an einem bestimmten Ort im Raum sein. Sie können über „Superposition“ und die erstaunlichen Ergebnisse quantenphysikalischer Experimente lesen In diesem Artikel.

Hier ist eine einfache Veranschaulichung des Unterschieds im Verhalten von Mikro- und Makroobjekten. Legen Sie einen Ball in eine der 2 Boxen. Da der Ball ein Objekt unserer Makrowelt ist, werden Sie selbstbewusst sagen: "Der Ball liegt nur in einer der Boxen, während die zweite leer ist." Nimmt man statt einer Kugel ein Elektron, so trifft die Aussage zu, dass es sich gleichzeitig in 2 Kästchen befindet. So funktionieren die Gesetze der Mikrowelt. Beispiel: das Elektron dreht sich in Wirklichkeit nicht um den Kern eines Atoms, sondern befindet sich gleichzeitig an allen Punkten der Kugel um den Kern herum. In Physik und Chemie wird dieses Phänomen als „Elektronenwolke“ bezeichnet.

Zusammenfassung. Wir haben erkannt, dass das Verhalten eines sehr kleinen Objekts und eines großen Objekts unterschiedlichen Gesetzen gehorchen. Die Gesetze der Quantenphysik bzw. die Gesetze der klassischen Physik.

Aber es gibt keine Wissenschaft, die den Übergang vom Makrokosmos zum Mikrokosmos beschreiben würde. So hat Erwin Schrödinger sein Gedankenexperiment nur beschrieben, um die Unvollständigkeit zu demonstrieren Allgemeine Theorie Physik. Er wollte mit dem Schrödinger-Paradoxon zeigen, dass es eine Wissenschaft zu beschreiben gibt große Objekte(klassische Physik) und Wissenschaft zur Beschreibung von Mikroobjekten (Quantenphysik). Aber Es gibt nicht genug Wissenschaft, um den Übergang von Quantensystemen zu Makrosystemen zu beschreiben.

Versuchsbeschreibung mit Schrödingers Katze

Erwin Schrödinger beschrieb 1935 das Katzen-Gedankenexperiment. Die Originalversion der Beschreibung des Experiments ist in Wikipedia ( Schrödingers Katze Wikipedia).

Hier ist eine Version der Beschreibung des Schrödinger-Katze-Experiments in einfachen Worten:

• Eine Katze wurde in eine geschlossene Stahlbox gesetzt.
• In der „Schrödinger-Kiste“ befindet sich ein Gerät mit radioaktivem Kern und giftigem Gas in einem Behälter.
• Der Kern kann innerhalb von 1 Stunde zerfallen oder nicht. Die Zerfallswahrscheinlichkeit beträgt 50%.
• Wenn der Kern zerfällt, wird dies vom Geigerzähler aufgezeichnet. Das Relais funktioniert und der Hammer zerbricht den Gasbehälter. Schrödingers Katze ist tot.
• Wenn nicht, dann lebt Schrödingers Katze.

Nach dem Gesetz der „Superposition“ der Quantenmechanik befindet sich der Kern eines Atoms (und folglich die Katze) zu einem Zeitpunkt, an dem wir das System nicht beobachten, gleichzeitig in zwei Zuständen. Der Kern befindet sich im zerfallenen/nicht zerfallenen Zustand. Und die Katze ist gleichzeitig in einem Zustand, in dem sie lebendig/tot ist.

Aber wir wissen sicher, dass, wenn die "Schrödinger-Kiste" geöffnet wird, die Katze nur in einem der Zustände sein kann:

• wenn der Kern nicht zerfallen ist, lebt unsere Katze
• Wenn der Kern zerfallen ist, ist die Katze tot

Das Paradoxe an dem Experiment ist das Laut Quantenphysik: Vor dem Öffnen der Schachtel ist die Katze gleichzeitig lebendig und tot, aber nach den Gesetzen der Physik unserer Welt ist dies unmöglich. Der Kater kann sich in einem bestimmten Zustand befinden - lebendig oder tot sein. Es gibt keinen Mischzustand "Katze lebendig/tot" gleichzeitig.

Bevor Sie den Hinweis bekommen, sehen Sie sich diese wunderbare Videoillustration des Paradoxons des Schrödinger-Katzenexperiments an (weniger als 2 Minuten):

Lösung des Paradoxons von Schrödingers Katze - Kopenhagener Interpretation

Jetzt der Hinweis. Achten Sie auf das besondere Mysterium der Quantenmechanik - Beobachter paradox. Das Objekt der Mikrowelt (in unserem Fall der Kern) befindet sich gleichzeitig in mehreren Zuständen nur solange wir das System nicht überwachen.

Zum Beispiel, berühmtes Experiment mit 2 Spalten und einem Beobachter. Wenn ein Elektronenstrahl auf eine undurchsichtige Platte mit 2 vertikalen Schlitzen gerichtet wurde, zeichneten die Elektronen auf dem Bildschirm hinter der Platte ein „Wellenmuster“ - vertikale abwechselnd dunkle und helle Streifen. Aber als die Experimentatoren „sehen“ wollten, wie die Elektronen durch die Schlitze fliegen und einen „Beobachter“ von der Seite des Bildschirms installierten, zeichneten die Elektronen auf dem Bildschirm kein „Wellenmuster“, sondern 2 vertikale Streifen. Diese. verhielten sich nicht wie Wellen, sondern wie Teilchen.

Es scheint, dass Quantenteilchen selbst entscheiden, welchen Zustand sie in dem Moment einnehmen, in dem sie „gemessen“ werden.

Darauf aufbauend klingt die moderne Kopenhagener Erklärung (Interpretation) des Phänomens „Schrödingers Katze“ so:

Während niemand das "Katzenkern"-System beobachtet, befindet sich der Kern gleichzeitig im Zustand von zerfallen/nicht zerfallen. Aber es ist ein Fehler zu sagen, dass die Katze gleichzeitig lebt/tot ist. Wieso den? Ja, weil Quantenphänomene in Makrosystemen nicht beobachtet werden. Richtiger ist es, nicht vom „Katzenkern“-System zu sprechen, sondern vom „Kern-Detektor (Geigerzähler)“-System.

Der Kern wählt im Moment der Beobachtung (oder Messung) einen der Zustände (zerfallen/nicht zerfallen). Aber diese Wahl findet nicht in dem Moment statt, in dem der Experimentator die Schachtel öffnet (das Öffnen der Schachtel findet im Makrokosmos statt, sehr weit entfernt von der Welt des Kerns). Der Kern wählt seinen Zustand in dem Moment, in dem er auf den Detektor trifft. Der Punkt ist, dass das System im Experiment nicht ausreichend beschrieben wird.

So bestreitet die Kopenhagener Interpretation des Schrödinger-Katzen-Paradoxons, dass sich die Schrödinger-Katze vor dem Öffnen der Schachtel in einem Zustand der Überlagerung befand – sie befand sich gleichzeitig im Zustand einer lebenden/toten Katze. Eine Katze im Makrokosmos kann und befindet sich nur in einem Zustand.

Zusammenfassung. Schrödinger hat das Experiment nicht vollständig beschrieben. Es ist nicht richtig (genauer gesagt, es ist unmöglich, eine Verbindung herzustellen), makroskopische und Quantensysteme. Quantengesetze gelten nicht in unseren Makrosystemen. In diesem Experiment interagiert nicht „Katze-Kern“, sondern „Katze-Detektor-Kern“. Die Katze stammt aus dem Makrokosmos, und das „Detektorkern“-System stammt aus dem Mikrokosmos. Und nur in seiner Quantenwelt kann der Kern gleichzeitig in 2 Zuständen sein. Dies geschieht vor dem Moment der Messung oder Wechselwirkung des Kerns mit dem Detektor. Eine Katze in ihrem Makrokosmos kann und ist nur in einem Zustand. Deshalb, nur auf den ersten blick scheint der zustand der katze "lebend oder tot" im moment des öffnens der box festgelegt zu sein. Tatsächlich wird sein Schicksal im Moment der Wechselwirkung zwischen dem Detektor und dem Kern bestimmt.

Abschließende Zusammenfassung. Der Zustand des Systems "Detektor-Kern-Katze" ist NICHT mit der Person - dem Beobachter hinter der Kiste - verbunden, sondern mit dem Detektor - dem Beobachter hinter dem Kern.

Puh. Fast Gehirnwäsche! Aber wie angenehm ist es, den Schlüssel zum Paradoxon zu verstehen! Wie in einem alten Schülerwitz über einen Lehrer: „Während ich erzählte, habe ich es selbst verstanden!“.

Sheldons Interpretation von Schrödingers Katzenparadoxon

Jetzt können Sie sich zurücklehnen und Sheldons neuster Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment lauschen. Das Wesentliche seiner Interpretation ist, dass sie in Beziehungen zwischen Menschen angewendet werden kann. Verstehen eine gute Beziehung zwischen einem Mann und einer Frau oder schlecht - Sie müssen die Schachtel öffnen (auf ein Date gehen). Und davor sind sie gleichzeitig gut und schlecht.

Na, wie gefällt dir dieses "niedliche Experiment"? In unserer Zeit wäre Schrödinger für solch brutale Gedankenexperimente mit einer Katze von Tierschützern bestraft worden. Oder war es vielleicht gar keine Katze, sondern Schrödingers Katze?! armes Mädchen, darunter litt Schrödinger (((

Wir sehen uns in den nächsten Beiträgen!

Ich wünsche allen einen erfolgreichen Tag und einen schönen Abend!

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  Tatsächlich sind Hawking und viele andere Physiker der Meinung, dass die „Kopenhagener Schule“ der Interpretation der Quantenmechanik die Rolle des Beobachters unangemessen betont. Eine endgültige Einigkeit unter den Physikern in dieser Frage ist noch nicht erreicht.

  Die Parallelisierung der Welten zu jedem Zeitpunkt entspricht einem echten nicht-deterministischen Automaten, im Gegensatz zum probabilistischen, wenn bei jedem Schritt einer der möglichen Pfade in Abhängigkeit von ihrer Wahrscheinlichkeit ausgewählt wird.

  Wigners Paradoxon

  Dies ist eine komplizierte Version des Schrödinger-Experiments. Eugene Wigner führte die Kategorie "Freunde" ein. Nach Abschluss des Experiments öffnet der Experimentator die Schachtel und sieht eine lebende Katze. Der Zustandsvektor der Katze geht im Moment des Öffnens der Kiste in den Zustand „der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. So wurde die Katze im Labor als lebendig erkannt. Außerhalb des Labors ist Freund. Freund weiß noch nicht, ob die Katze lebt oder tot ist. Freund erkennt die Katze erst dann als lebendig an, wenn der Experimentator ihn über das Ergebnis des Experiments informiert. Aber alle anderen Freunde die Katze wurde noch nicht als lebendig erkannt, und sie werden sie erst erkennen, wenn sie über das Ergebnis des Experiments informiert werden. Daher kann eine Katze nur dann als vollständig lebendig (oder vollständig tot) betrachtet werden, wenn alle Menschen im Universum das Ergebnis des Experiments kennen. Bis zu diesem Punkt bleibt die Katze auf der Skala des Großen Universums laut Wigner gleichzeitig lebendig und tot.

  Praktischer Nutzen

  Das Obige wird in der Praxis angewendet: im Quanten Computing und in der Quanten Kryptographie. Ein Lichtwellenleiter überträgt ein Lichtsignal, das sich in einer Überlagerung zweier Zustände befindet. Wenn Angreifer irgendwo in der Mitte an das Kabel anschließen und dort einen Signalabgriff machen, um die übertragenen Informationen zu belauschen, dann kollabiert dies die Wellenfunktion (aus Sicht der Kopenhagener Interpretation wird eine Beobachtung gemacht) und das Licht wird in einen der Zustände gehen. Durch statistische Tests des Lichts am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder ob es bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unmerkliches Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.

  Das Experiment (das im Prinzip durchgeführt werden kann, obwohl noch keine funktionierenden Systeme der Quantenkryptographie geschaffen wurden, die große Informationsmengen übertragen können) zeigt auch, dass "Beobachtung" in der Kopenhagener Interpretation nichts mit dem Verstand des Beobachters zu tun hat, da in diesem Fall die Änderung der Statistik zum Ende des Kabels zu einem völlig unbelebten Zweig der Ader führt.

  Der Artikel beschreibt, was die Schrödinger-Theorie ist. Der Beitrag dieses großen Wissenschaftlers zu moderne Wissenschaft, sowie ein von ihm erfundenes Gedankenexperiment über eine Katze. Der Anwendungsbereich dieser Art von Wissen wird kurz skizziert.

  Erwin Schrödinger

  Die berüchtigte Katze, die weder lebt noch tot ist, kommt mittlerweile überall zum Einsatz. Filme werden über ihn gedreht, Communities über Physik und Tiere werden nach ihm benannt, es gibt sogar so eine Kleidermarke. Aber meistens meinen die Leute das Paradoxon mit der unglücklichen Katze. Aber über seinen Schöpfer, Erwin Schrödinger, vergessen sie in der Regel. Er wurde in Wien geboren, das damals zu Österreich-Ungarn gehörte. Er war der Sohn einer hochgebildeten und wohlhabenden Familie. Auch sein Vater Rudolf produzierte Linoleum und investierte Geld in die Wissenschaft. Seine Mutter war die Tochter eines Chemikers, und Erwin besuchte oft die Vorlesungen seines Großvaters an der Akademie.

  Da eine der Großmütter des Wissenschaftlers Engländerin war, interessierte er sich von Kindheit an für Fremdsprachen und sprach fließend Englisch. Kein Wunder, dass Schrödinger in der Schule jedes Jahr Klassenbester war und an der Universität schwierige Fragen stellte. In der Wissenschaft zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts wurden bereits Widersprüche zwischen der verständlicheren klassischen Physik und dem Verhalten von Teilchen in der Mikro- und Nanowelt aufgedeckt. Um die aufkommenden Widersprüche aufzulösen, warf er all seine Kraft auf

  Beitrag zur Wissenschaft

  

  Zunächst ist zu erwähnen, dass dieser Physiker in vielen Bereichen der Wissenschaft tätig war. Wenn wir jedoch „Schrödingers Theorie“ sagen, meinen wir nicht die von ihm geschaffene mathematisch schlüssige Beschreibung der Farbe, sondern seinen Beitrag dazu Quantenmechanik. Damals gingen Technik, Experiment und Theorie Hand in Hand. Die Fotografie entwickelte sich, die ersten Spektren wurden aufgenommen und das Phänomen der Radioaktivität entdeckt. Die Wissenschaftler, die die Ergebnisse erhielten, tauschten sich eng mit den Theoretikern aus: Sie stimmten überein, ergänzten sich und argumentierten. Neue Schulen und Wissenschaftszweige wurden geschaffen. Die Welt begann mit völlig anderen Farben zu spielen, und die Menschheit erhielt neue Geheimnisse. Trotz der Komplexität des mathematischen Apparats, um zu beschreiben, was die Schrödinger-Theorie ist, einfache Sprache kann.

  Die Quantenwelt ist einfach!

  

  Es ist inzwischen allgemein bekannt, dass der Maßstab der untersuchten Objekte die Ergebnisse direkt beeinflusst. Für das Auge sichtbar Objekte unterliegen den Konzepten der klassischen Physik. Schrödingers Theorie ist auf Körper mit einer Größe von einhundert mal hundert Nanometern und weniger anwendbar. Und am häufigsten wir reden allgemein um einzelne Atome und kleinere Teilchen. Jedes Element von Mikrosystemen hat also gleichzeitig die Eigenschaften eines Teilchens und einer Welle (Teilchen-Welle-Dualismus). Aus der materiellen Welt sind Elektronen, Protonen, Neutronen usw. durch Masse und die damit verbundene Trägheit, Geschwindigkeit und Beschleunigung gekennzeichnet. Von der theoretischen Welle - Parameter wie Frequenz und Resonanz. Um zu verstehen, wie dies gleichzeitig möglich ist und warum sie untrennbar miteinander verbunden sind, mussten Wissenschaftler die gesamte Vorstellung von der Struktur von Substanzen im Allgemeinen überdenken.

  Schrödingers Theorie impliziert, dass diese beiden Eigenschaften mathematisch durch ein Konstrukt namens Wellenfunktion in Beziehung stehen. Das Finden einer mathematischen Beschreibung dieses Konzepts brachte Schrödinger Nobelpreis. Die physikalische Bedeutung, die der Autor ihm zuschrieb, stimmte jedoch nicht mit den Ideen von Bohr, Sommerfeld, Heisenberg und Einstein überein, die die sogenannte Kopenhagener Interpretation begründeten. Daraus entstand das Katzenparadoxon.

  Wellenfunktion

  

  Wenn es um die Mikrowelt der Elementarteilchen geht, verlieren die den Makroskalen innewohnenden Begriffe ihre Bedeutung: Masse, Volumen, Geschwindigkeit, Größe. Und instabile Wahrscheinlichkeiten kommen zur Geltung. Objekte mit solchen Dimensionen können nicht von einer Person fixiert werden - den Menschen stehen nur indirekte Wege des Studiums zur Verfügung. Zum Beispiel Lichtschlieren auf einem empfindlichen Bildschirm oder auf einer Folie, die Anzahl der Klicks, die Dicke der aufgesprühten Folie. Alles andere ist der Bereich der Berechnungen.

  Schrödingers Theorie basiert auf den Gleichungen, die dieser Wissenschaftler abgeleitet hat. Und ihr integraler Bestandteil ist die Wellenfunktion. Es beschreibt eindeutig den Typ und die Quanteneigenschaften des untersuchten Teilchens. Es wird angenommen, dass es den Zustand beispielsweise eines Elektrons anzeigt. Sie selbst hat jedoch entgegen den Vorstellungen ihres Autors körperlicher Sinn hat nicht. Es ist nur ein praktisches mathematisches Werkzeug. Da unsere Arbeit die Schrödinger-Theorie in einfachen Worten darstellt, nehmen wir an, dass das Quadrat der Wellenfunktion die Wahrscheinlichkeit beschreibt, ein System in einem vorbestimmten Zustand zu finden.

  Katze als Beispiel für ein Makroobjekt

  

  Mit dieser Interpretation, die Kopenhagen heißt, war der Autor selbst bis zu seinem Lebensende nicht einverstanden. Er war angewidert von der Unbestimmtheit des Wahrscheinlichkeitsbegriffs und bestand auf der Sichtbarkeit der Funktion selbst und nicht auf ihrem Quadrat.

  Als Beispiel für die Widersprüchlichkeit solcher Ideen argumentierte er, dass in diesem Fall die Mikrowelt Makroobjekte beeinflussen würde. Die Theorie besagt Folgendes: Wenn ein lebender Organismus (z. B. eine Katze) und eine Kapsel mit giftigem Gas in eine verschlossene Schachtel gegeben werden, die sich öffnet, wenn ein bestimmtes radioaktives Element zerfällt, und geschlossen bleibt, wenn kein Zerfall eintritt, dann vorher Wenn wir die Schachtel öffnen, erhalten wir ein Paradoxon. Nach Quantenkonzepten zerfällt ein Atom eines radioaktiven Elements mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit über einen bestimmten Zeitraum. Somit ist das Atom vor der experimentellen Entdeckung sowohl intakt als auch nicht. Und, wie Schrödingers Theorie besagt, ist die Katze mit gleicher Wahrscheinlichkeit sowohl tot als auch ansonsten lebendig. Was, wie Sie sehen, absurd ist, denn nachdem wir die Schachtel geöffnet haben, werden wir nur einen Zustand des Tieres finden. Und in einem geschlossenen Behälter neben der tödlichen Kapsel ist die Katze entweder tot oder lebendig, da diese Indikatoren diskret sind und keine Zwischenoptionen implizieren.

  Für dieses Phänomen gibt es eine konkrete, aber noch nicht vollständig bewiesene Erklärung: In Ermangelung zeitlich begrenzter Bedingungen zur Bestimmung des spezifischen Zustands einer hypothetischen Katze ist dieses Experiment zweifellos paradox. Quantenmechanische Regeln können jedoch nicht für Makroobjekte verwendet werden. Es war noch nicht möglich, eine genaue Grenze zwischen dem Mikrokosmos und dem Gewöhnlichen zu ziehen. Dennoch ist ein Tier von der Größe einer Katze zweifellos ein Makroobjekt.

  Anwendungen der Quantenmechanik

  Wie bei jedem, auch theoretischen, Phänomen stellt sich die Frage, wie Schrödingers Katze nützlich sein kann. Die Urknalltheorie zum Beispiel basiert genau auf den Prozessen dieses Gedankenexperiments. Alles, was mit ultrahohen Geschwindigkeiten, der ultrakleinen Struktur der Materie, der Erforschung des Universums als solchem ​​zu tun hat, wird unter anderem durch die Quantenmechanik erklärt.