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Este é um gato que está vivo e morto ao mesmo tempo. Ele deve tal situação desfavorável ao Prêmio Nobel de Física, o cientista austríaco Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.

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A essência do experimento / paradoxo

O gato está em uma caixa fechada, onde há um mecanismo contendo um núcleo radioativo e um recipiente com gás venenoso. As características do experimento são escolhidas de modo que a probabilidade de que o núcleo se desintegre em 1 hora seja de 50%. Se o núcleo se desintegra, coloca o mecanismo em movimento, o recipiente de gás se abre e o gato morre. De acordo com a mecânica quântica, se nenhuma observação for feita sobre o núcleo, seu estado é descrito por uma superposição (mistura) de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decomposto, portanto, o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo.

Vale a pena abrir a caixa - e o experimentador deve ver apenas um estado - "o núcleo decaiu, o gato está morto" ou "o núcleo não decaiu, o gato está vivo". Mas enquanto não há observador no processo, o animalzinho malfadado permanece "morto".

Marginais

• O infortúnio nunca vem sozinho
  Não apenas a saúde do habitante de cauda da caixa está em dúvida, mas também seu gênero: no experimento original, o gato de Schrödinger ainda era um gato (die Katze).
• Não há gatos "mortos"
  É importante lembrar que o experimento de Schrödinger não pretende provar a existência de gatos "mortos" (e, ao contrário do que foi dito na segunda parte do jogo Portal, não foi inventado como desculpa para matar gatos). Obviamente, o gato deve necessariamente estar vivo ou morto, pois não existe um estado intermediário.
  A experiência mostra que a mecânica quântica não é capaz de descrever o comportamento dos macrossistemas (aos quais o gato pertence): é incompleta sem algumas regras que indiquem quando o sistema escolhe um determinado estado, em que condições a função de onda colapsa e o gato permanece vivo ou se torna morto. , mas deixa de ser uma mistura de ambos.

Interpretações Interpretação de Copenhague nega que antes de abrir a caixa, o gato esteja em estado de mistura dos vivos e dos mortos. Alguns acreditam que enquanto a caixa está fechada, o sistema está em uma superposição dos estados “núcleo decaído, gato morto” e “núcleo não decomposto, gato vivo”, e quando a caixa é aberta, só então a função de onda colapsa. para uma das opções. Outros - essa "observação" ocorre quando uma partícula do núcleo entra no detector; no entanto, infelizmente, na interpretação de Copenhague não há uma regra clara que diga quando isso acontece e, portanto, essa interpretação é incompleta até que tal regra seja introduzida nela ou não seja dito como ela pode ser introduzida em princípio. Interpretação de muitos mundos de Everett, ao contrário de Copenhague, não considera o processo de observação algo especial. Aqui ambos os estados do gato existem, mas se descoerem - ou seja, como o autor entendeu, a unidade desses estados é quebrada como resultado da interação com o ambiente. Quando o observador abre a caixa, ele fica enredado (misturado) com o gato, o que resulta em dois estados do observador, um correspondente a um gato vivo e outro a um gato morto. Esses estados não interagem entre si. O gato como observador competente
O autor acredita que a palavra decisiva deveria ter sido deixada para o gato, que, embora não entendendo um único belmes de mecânica quântica, é certamente o mais consciente de sua condição. No entanto, sua competência como observador, obviamente, levanta dúvidas entre os cientistas. As exceções são Hans Moravec, Bruno Marshal e Max Tegmark, que propuseram uma modificação do experimento de Schrödinger conhecido como "suicídio quântico", que é um experimento com um gato do ponto de vista de um gato. Os cientistas perseguiram o objetivo de mostrar a diferença entre as interpretações de Copenhague e de muitos mundos da mecânica quântica. Se a interpretação multimundo estiver correta, o gato, para deleite dos simpatizantes, torna-se Tsoi e permanece sempre vivo, pois o participante só consegue observar o resultado do experimento no mundo em que sobrevive.

• Nadav Katz, da Universidade da Califórnia, e seus colegas publicaram os resultados de um experimento de laboratório no qual conseguiram "retornar" o estado quântico de uma partícula de volta e depois de medir esse estado. Assim, é possível salvar a vida de um gato, independentemente das condições para o colapso da função de onda. Não importa se ele está vivo ou morto: você sempre pode reconquistar [link] .
• 06/03/2011 A RIA Novosti informou que os físicos chineses foram capazes de criar oito fótons "gato de Schrodinger"[link] que deve contribuir para o desenvolvimento de futuros computadores quânticos

Imagem na cultura

Talvez ninguém tenha feito mais para popularizar a mecânica quântica do que o pobre gato. Mesmo as pessoas que estão mais distantes desse complexo campo de conhecimento, excitadas com o destino do animalzinho provavelmente sofredor, estão tentando desvendar os meandros do experimento, esperando que nem tudo seja tão ruim. O gato inspira artistas e cultura popular.
Mencionemos seus principais méritos:

Literatura: A situação com o gato de Schrödinger é discutida pelos protagonistas do livro Dirk Gently's Detective Agency de Douglas Adams. No livro Endymion de Dan Simmons, o protagonista Raul Endymion escreve sua narrativa enquanto orbita Armagast na "caixa de gato" de Schrödinger. No último terço do livro de Robert Heinlein "The Cat Passing Through Walls", aparece o gato ruivo Pixel, que tem a propriedade do gato Schrödinger de estar em dois estados ao mesmo tempo. No livro de Terry Pratchett "Gato sem tolos", uma raça dos chamados "gatos Schrödinger" é descrita de forma humorística, descendente do mesmo gato de Schrödinger. Além disso, esse experimento mental é mencionado mais de uma vez em outras obras de Pratchett, por exemplo, no romance Ladies and Gentlemen. Na história de F. Gwinplein McIntyre "Nursing Schrödinger's Cat", um dos personagens é o próprio animal de estimação de Schrödinger, Tibbles the cat. Em torno desse gato, de fato, desenrola-se a ação de uma história bem-humorada, generosamente temperada com detalhes de diferentes áreas da física. O enredo do romance de ficção científica de Frederick Pohl The Coming of the Quantum Cats (1986) é baseado na ideia da interação de Universos "vizinhos". Na miniatura filosófica e satírica de Nikolai Baytov "O Gato de Schrödinger", o paradoxo de Schrödinger é virado do avesso: uma organização chamada "Liga do Tempo Reversível" monitora um gato vivo em uma caixa há 50 anos sem interrupção, acreditando que enquanto a observação é sendo realizado - o estado , em que o gato reside, não deve mudar. No livro de Lukyanenko "The Last Watch", o personagem principal é jogado no pescoço com um laço chamado "gato de Schrödinger", cuja peculiaridade é que os mágicos não entendem se essa criatura está viva ou não. Mencionado no romance "Quarentena" de Greg Egan, na fantasia de Christopher Stashef "Mage Healer", em Greg Beer (Gregory Dale Bear) na história "Peste de Schrödinger"; O escritor polonês Sapkowski menciona o gato de Kodringer. O romance cyberpunk de Mercy Shelley, 2048, afirma que "um cara com um sobrenome que parecia um arquivo estava colocando algum biorg infeliz em uma caixa de ferro contendo nada além de um frasco de veneno". O poema de Svetlana Shirankova "O Gato de Schrödinger" tem um começo muito inspirador: "Doutor Schrödinger, seu gato ainda está vivo". Tela: No filme A Serious Man, dos irmãos Coen, um aluno diz a um professor: "Eu entendo o experimento do gato morto", o que, é claro, sugere o contrário. No filme "Repo Man" ("Coletores", na bilheteria russa "Estripadores"), o personagem principal no início do filme fala sobre um cientista desconhecido que tem um gato. E este gato está no estado de "...vivo e morto ao mesmo tempo...". Em um dos episódios da série de ficção científica Stargate SG-1, aparece um gato chamado Schrödinger. O protagonista da série de ficção científica Sliders também tem o mesmo nome de gato. Em Stargate SG-1, um gato ruivo chamado Schrödinger foi dado a um alienígena. O gato morto Schrödinger aparece em CSI: Las Vegas (Temporada 8, Episódio 15: A Teoria de Tudo). O gato de Schrödinger também é mencionado na série de TV The Big Bang Theory, onde, como resposta à pergunta de uma garota se ela deveria ir a um encontro, o herói faz uma analogia com o gato de Schrödinger, o que significa que até você tentar, você não vai saber: "Penny, para saber se o gato está vivo ou morto, você precisa abrir a caixa. Na série "Bugs", o papel do gato de Schrödinger foi interpretado pela pista Red Mercury em um cofre com armadilha. No anime japonês "Hellsing (OVA)" (assim como no mangá de mesmo nome), há um personagem homem-gato chamado Schrödinger, que não está vivo nem morto, tem a capacidade de se teletransportar ("estar em todos os lugares e lugar nenhum"), e é absolutamente impossível de matar. No anime "To Aru Majutsu no Index", o protagonista se opõe à proposta da menina de nomear o gatinho Schrödinger que os gatos não podem ser chamados por esse nome. O anime Shigofumi também apresenta um gato chamado Schrödinger. No anime e jogo japonês Umineko no naku koro ni, a experiência é usada na tentativa de Battler de provar a impossibilidade da magia (também usados ​​são Devil's Proof, Hempel's Crows, Laplace's Demon). Em um dos episódios de Futurama Law and Oracle, Schrödinger escondeu drogas em uma caixa com um gato. Quadrinhos/mangá: Uma pequena história em quadrinhos sobre o gato de Schrödinger e o demônio de Maxwell. Ele está morto: Schrödinger of the Cat: And More Comics em joyreactor.ru. Jogos: Existe um jogo de busca "O Retorno do Gato Quântico". No jogo Nethack, há um monstro mecânico quântico, que às vezes tem uma caixa com um gato com ele. O estado do gato não é determinado até o momento em que a caixa é aberta. No jogo "Half-Life 2" havia um gato no laboratório com teletransportadores, pesadelos sobre os quais "ainda" visitam Barney. O retrato do gato de Schrödinger também é encontrado no remake de 1998 baseado em Half-Life. - "Black Mesa" ("Black Mesa", anteriormente conhecido como "Black Mesa: Source"). Link para captura de tela autenticada. Em cada nível de Bioshock, há um gato morto em um canto, rotulado Shrodinger. Na segunda parte, também pode ser encontrado - o gato descansa em um dos blocos de gelo em uma sala congelada com quatro câmeras de vigilância nos cantos. O gato NPC de mesmo nome é apresentado no RPG japonês Shin Megami Tensei: Digital Devil Saga. O slogan principal do jogo Portal, "O bolo é uma mentira", é uma errativa de um dos resultados do experimento de Schrödinger, a saber, "O gato está vivo". Na segunda parte do jogo, o gato também não é esquecido. Uma menção ao experimento pode ser encontrada no livro de regras do jogo de tabuleiro russo Age of Aquarius. O gato ainda tem seu próprio prato característico - está completamente vazio, então parece que não está lá. Música: O chamado festival de música fora do padrão "Gato de Schrödinger", que ocorreu sob o slogan "Vida real - morte real - música real!" e “O Gato de Schrödinger está vivo ou morto? E você?" O Google também informa que o nome "Gato de Schrödinger" é um projeto quase musical de uma equipe muito pequena de Korolev, perto de Moscou. O álbum da banda britânica Tears for Fears "Saturnine Martial and Lunatic" contém uma música de mesmo nome. A banda russa "Allein Fur" Immer também interpreta uma música com o mesmo nome. Humor: Qualquer piada sobre o gato de Schrödinger é engraçada e sem graça ao mesmo tempo. Schrödinger e Heisenberg dirigem pela estrada para a conferência, Schrödinger dirigindo. De repente, há um golpe e ele para o carro. Heisenberg olha para a estrada:
- Meu Deus, parece que acertei um gato!
- Ele morreu?
- Eu não posso dizer exatamente. Schrödinger andou pela sala em busca de um gatinho que tinha merda, e ele estava sentado em uma caixa, nem vivo nem morto. Diversos: Artistas prestam atenção ao gato de Schrödinger, tentando transmitir a ambiguidade de sua posição por meio de pintura e grafismo. Além disso, imagens desse bichinho podem ser vistas em camisetas e canecas. Os terroristas dos quais não se sabe exatamente se estão vivos ou mortos são às vezes chamados de "terroristas de Schrödinger". Das personalidades conhecidas, por exemplo, Yasser Arafat estava nesse estado quando estava em coma antes de sua morte, assim como Osama bin Laden. De acordo com a Absurdopedia, o gato no puxão é uma versão simplificada do experimento do gato de Schrödinger [link] . Stephen Hawking parafraseou o bordão de Hans Jost "Quando ouço sobre cultura, pego uma arma" da seguinte forma: "Quando ouço sobre o gato de Schrödinger, minha mão pega uma arma!" Isso se explica pelo fato de que, como muitos outros físicos, Hawking é da opinião de que a "Escola de Copenhague" da interpretação da mecânica quântica enfatiza o papel do observador de forma irracional. Em conexão com a abertura do Departamento de Teologia do MEPhI, a seguinte imagem se espalhou na rede:

"Gato de Schrödinger" é o nome de um divertido experimento mental criado por, você adivinhou, Schrödinger, ou melhor, o prêmio Nobel de física, o cientista austríaco Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger. "Wikipedia" define o experimento da seguinte forma: gato . Há um mecanismo na caixa contendo um núcleo radioativo e um recipiente com gás venenoso. Os parâmetros do experimento são escolhidos de forma que a probabilidade de o núcleo decair em 1 hora seja de 50%. Se o núcleo decair, ele define o mecanismo em movimento - o recipiente com gás se abre e o gato morre.

De acordo com a mecânica quântica, se nenhuma observação for feita sobre o núcleo, seu estado é descrito por uma superposição (mistura) de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decomposto, portanto, o gato sentado na caixa está vivo e morto ao mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador deve ver apenas um estado específico: "o núcleo decaiu, o gato está morto" ou "o núcleo não decaiu, o gato está vivo".

Acontece que na saída temos um gato vivo ou morto, mas em potencial, o gato está vivo e morto ao mesmo tempo. Assim, Schrõdinger tentou provar as limitações da mecânica quântica, sem aplicar certas regras a ela.

A interpretação de Copenhague da física quântica - e em particular deste experimento - indica que o gato adquire as propriedades de uma das fases potenciais (viva ou morta) somente depois que o observador interfere no processo.

Ou seja, quando um determinado Schrödinger abrir a caixa, ele terá que cortar as salsichas com cem por cento de certeza ou chamar o veterinário. O gato definitivamente estará vivo ou morto de repente. Mas enquanto não houver observador no processo - uma pessoa específica que tenha vantagens indubitáveis ​​na forma de visão e, pelo menos, uma consciência clara - o gato estará em um estado suspenso "entre o céu e a terra".

A antiga parábola do gato que anda sozinho ganha novos tons nesse contexto. Sem dúvida, o gato de Schrödinger não é a criatura mais próspera do universo. Vamos desejar ao gato um bom resultado para ele e nos voltarmos para outro problema divertido do mundo misterioso e às vezes impiedoso da mecânica quântica.

Soa assim: "Que som faz uma árvore caindo na floresta se não houver ninguém por perto que possa perceber esse som?" Aqui, em contraste com o destino preto e branco do gato infeliz/feliz, nos deparamos com uma paleta multicolorida de especulações: não há som/há um som, o que é, se é e se é não é, então por quê? É impossível responder a esta pergunta por uma razão muito simples - a impossibilidade de realizar o experimento. Afinal, qualquer experimento implica a presença de um observador capaz de perceber e tirar conclusões.

O famoso escritor argentino Julio Kartasar, destacado representante do "realismo mágico", conta um conto sobre como móveis de escritório, deixados sem observador, se movimentam pelo escritório, como se usassem o tempo livre para esticar membros "enrijecidos".

Ou seja, é impossível supor o que acontece com os objetos da realidade ao nosso redor na nossa ausência. E se não pode ser percebido, então não existe. Assim que saímos da sala, todo o seu conteúdo, juntamente com a própria sala, deixa de existir ou, mais precisamente, continua a existir apenas em potencial.

Ao mesmo tempo, há um incêndio ou inundação, roubo de equipamentos ou intrusos. Além disso, também existimos nele, em diferentes estados potenciais. Um eu ando pela sala e assobio uma melodia estúpida, o outro olho tristemente para a janela, o terceiro fala com a esposa ao telefone. Até mesmo nossa morte súbita ou notícias alegres na forma de um telefonema inesperado vivem nele.

Imagine por um momento todas as possibilidades escondidas atrás da porta. Agora imagine que todo o nosso mundo é apenas uma coleção de tais potenciais não realizados. Engraçado, certo?

No entanto, surge aqui uma pergunta natural: e daí? Sim - engraçado, sim - interessante, mas o que, de fato, muda? A ciência é modestamente silenciosa sobre isso. Para a física quântica, tal conhecimento abre novos caminhos para a compreensão do Universo e seus mecanismos, mas para nós, pessoas distantes de grandes descobertas científicas, tais informações parecem ser inúteis.

Como isso é para nada!? Afinal, se eu, um mortal, existo neste mundo, então eu, um imortal, existo em outro mundo! Se minha vida consiste em uma série de fracassos e tristezas, então em algum lugar eu existo - sortudo e feliz? De fato, não há nada fora de nossas sensações, assim como não há espaço até que entremos nela. Nossos órgãos de percepção apenas nos enganam, desenhando no cérebro uma imagem do mundo "ao nosso redor". O que está realmente fora de nós permanece um mistério por trás dos sete selos.

Há uma pequena quantidade de material radioativo, assim pequeno que dentro de uma hora pode ser apenas um átomo decairá, mas com a mesma probabilidade pode não decair; se isso acontecer, o tubo de leitura é descarregado e o relé é acionado, baixando o martelo, que quebra o cone de ácido cianídrico. Se deixarmos todo esse sistema sozinho por uma hora, podemos dizer que o gato estará vivo após esse tempo, assim que o decaimento do átomo não ocorrerá. O primeiro decaimento de um átomo teria envenenado o gato. A função psi do sistema como um todo expressará isso misturando-se ou espalhando o gato vivo e morto (desculpe a expressão) em proporções iguais.

Típico nesses casos é que a incerteza, originalmente limitada ao mundo atômico, se transforma em uma incerteza macroscópica, que pode ser eliminado através da observação direta. Isso nos impede de aceitar ingenuamente o "modelo de borrão" como reflexo da realidade. Por si só, isso não significa nada obscuro ou contraditório. Há uma diferença entre uma foto difusa ou fora de foco e uma foto de nuvem ou neblina.

texto original(Alemão)

Man kann auch ganz burleske Fälle konstruieren. Eine Katze wird in eine Stahlkammer gesperrt, zusammen mit folgender Höllenmaschine (die man gegen den direkten Zugriff der Katze sichern muß): in einem Geigerschen Zählrohr befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, assim 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 kein Atom zerfallen ist. 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 entscheidenúltimo. Das impett uns, em tão ingênua Weise ein "verwaschenes Modell" als Abbild der Wirklichkeit gelten zu lassen. An sich enthielte es nichts Unklares oder Widerspruchsvolles. Es ist ein Unterschied zwischen einer verwackelten ou uncharf eingestellten Photographie und einer Aufnahme von Wolken und Nebelschwaden.

De acordo com a mecânica quântica, se o núcleo não for observado, seu estado é descrito por uma superposição (mistura) de dois estados - um núcleo decaído e um núcleo não decomposto, portanto, o gato sentado na caixa está vivo e morto no mesmo tempo. Se a caixa for aberta, o experimentador poderá ver apenas um estado específico - "o núcleo se desintegrou, o gato está morto" ou "o núcleo não se desintegrou, o gato está vivo".

A pergunta fica assim: quando o sistema deixa de existir como uma mistura de dois estados e escolhe um concreto? O objetivo do experimento é mostrar que a mecânica quântica é incompleta sem algumas regras que especifiquem em que condições a função de onda entra em colapso, e o gato morre ou permanece vivo, mas deixa de ser uma mistura de ambos.

Como é claro que o gato deve necessariamente estar vivo ou morto (não há estado que combine vida e morte), isso será o mesmo para o núcleo atômico. Deve necessariamente estar deteriorado ou não deteriorado.

Em grandes sistemas complexos que consistem em muitos bilhões de átomos, a decoerência ocorre quase instantaneamente e, por essa razão, um gato não pode estar morto e vivo por um período de tempo mensurável. O processo de decoerência é um componente essencial do experimento.

O artigo original apareceu em 1935. O objetivo do artigo era discutir o paradoxo Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) publicado por Einstein, Podolsky e Rosen no início daquele ano. Artigos de EPR e Schrödinger delinearam a estranha natureza do "emaranhamento quântico" (alemão Verschränkung, inglês quantum emaranhamento, termo introduzido por Schrödinger), característico de estados quânticos que são uma superposição dos estados de dois sistemas (por exemplo, duas partículas subatômicas ).

Interpretação de Copenhague

De fato, Hawking e muitos outros físicos são da opinião de que a "Escola de Copenhague" da interpretação da mecânica quântica enfatiza o papel do observador de forma irracional. A unidade final entre os físicos sobre esta questão ainda não foi alcançada.

A paralelização dos mundos em cada momento do tempo corresponde a um autômato não determinístico genuíno, ao contrário do autômato probabilístico, quando um dos caminhos possíveis é selecionado a cada passo dependendo de sua probabilidade.

Paradoxo de Wigner

Esta é uma versão complicada do experimento de Schrödinger. Eugene Wigner introduziu a categoria "amigos". Após completar o experimento, o experimentador abre a caixa e vê um gato vivo. O vetor de estado do gato no momento da abertura da caixa passa para o estado “o núcleo não se desintegrou, o gato está vivo”. Assim, em laboratório, o gato foi reconhecido como vivo. Fora do laboratório é amigo. Amigo ainda não sabe se o gato está vivo ou morto. Amigo reconhece o gato como vivo apenas quando o experimentador o informa do resultado do experimento. Mas todos os outros amigos o gato ainda não foi reconhecido como vivo, e eles só o reconhecerão quando forem informados do resultado do experimento. Assim, um gato pode ser considerado completamente vivo (ou completamente morto) somente quando todas as pessoas no universo souberem o resultado do experimento. Até este ponto, na escala do Grande Universo, o gato, segundo Wigner, permanece vivo e morto ao mesmo tempo.

Se você está interessado em um artigo sobre o tema da física quântica, há uma alta probabilidade de você adorar a série Big Bang Theory. Então, Sheldon Cooper veio com uma nova interpretação O experimento mental de Schrödinger(Você pode encontrar um vídeo com este fragmento no final do artigo). Mas para entender o diálogo de Sheldon com sua vizinha Penny, vamos primeiro à interpretação clássica. Então, o gato de Schrödinger em palavras simples.

Neste artigo, veremos:

• Breve contexto histórico
• Descrição do experimento com o gato de Schrödinger
• Resolvendo o paradoxo do gato de Schrödinger

Boas notícias imediatamente. Durante o experimento O gato de Schrödinger não foi ferido. Porque o físico Erwin Schrödinger, um dos criadores da mecânica quântica, realizou apenas um experimento mental.

Antes de mergulhar na descrição do experimento, vamos fazer uma pequena digressão na história.

No início do século passado, os cientistas conseguiram olhar para o microcosmo. Apesar da semelhança externa do modelo “átomo-elétron” com o modelo “Sol-Terra”, descobriu-se que as leis newtonianas da física clássica que conhecemos não funcionam no microcosmo. Portanto, surgiu uma nova ciência - a física quântica e seu componente - a mecânica quântica. Todos os objetos microscópicos do micromundo eram chamados de quanta.

Atenção! Um dos postulados da mecânica quântica é a "superposição". Será útil para entendermos a essência do experimento de Schrödinger.

"Superposição" é a capacidade de um quantum (pode ser um elétron, um fóton, o núcleo de um átomo) não está em um, mas em vários estados ao mesmo tempo ou está localizado em vários pontos do espaço ao mesmo tempo , se ninguém está assistindo

É difícil para nós entender isso, porque em nosso mundo um objeto pode ter apenas um estado, por exemplo, ser, ou vivo, ou morto. E só pode estar em um lugar específico no espaço. Você pode ler sobre “superposição” e os resultados impressionantes de experimentos de física quântica neste artigo.

Aqui está uma ilustração simples da diferença no comportamento de objetos micro e macro. Coloque uma bola em uma das 2 caixas. Porque a bola é um objeto do nosso mundo macro, você dirá com confiança: "A bola está em apenas uma das caixas, enquanto a segunda está vazia". Se, em vez de uma bola, você pegar um elétron, será verdadeira a afirmação de que está simultaneamente em 2 caixas. É assim que as leis do micromundo funcionam. Exemplo: o elétron na realidade não gira em torno do núcleo de um átomo, mas está localizado em todos os pontos da esfera ao redor do núcleo ao mesmo tempo. Em física e química, esse fenômeno é chamado de "nuvem de elétrons".

Resumo. Percebemos que o comportamento de um objeto muito pequeno e um objeto grande obedecem a leis diferentes. As leis da física quântica e as leis da física clássica, respectivamente.

Mas não há ciência que descreva a transição do macrocosmo para o microcosmo. Assim, Erwin Schrödinger descreveu seu experimento mental apenas para demonstrar a incompletude da teoria geral da física. Ele queria que o paradoxo de Schrödinger mostrasse que existe uma ciência para descrever grandes objetos (física clássica) e uma ciência para descrever micro-objetos (física quântica). Mas não há ciência suficiente para descrever a transição de sistemas quânticos para macrossistemas.

Descrição do experimento com o gato de Schrödinger

Erwin Schrödinger descreveu o experimento mental do gato em 1935. A versão original da descrição do experimento é apresentada na Wikipedia ( O gato de Schrödinger Wikipedia).

Aqui está uma versão da descrição do experimento do gato de Schrödinger em palavras simples:

• Um gato foi colocado em uma caixa de aço fechada.
• Na "caixa de Schrödinger" há um dispositivo com núcleo radioativo e gás venenoso colocado em um recipiente.
• O núcleo pode se desintegrar em 1 hora ou não. A probabilidade de decaimento é de 50%.
• Se o núcleo decair, o contador Geiger o registrará. O relé funcionará e o martelo quebrará o recipiente de gás. O gato de Schrödinger está morto.
• Caso contrário, o gato de Schrödinger estará vivo.

De acordo com a lei da "superposição" da mecânica quântica, em um momento em que não estamos observando o sistema, o núcleo de um átomo (e, consequentemente, o gato) está em 2 estados ao mesmo tempo. O núcleo está no estado decaído/não decaído. E o gato está em um estado de estar vivo/morto ao mesmo tempo.

Mas sabemos com certeza que, se a "caixa de Schrödinger" for aberta, o gato só poderá estar em um dos estados:

• se o núcleo não se desintegrou, nosso gato está vivo
• se o núcleo se desintegrou, o gato está morto

O paradoxo do experimento é que de acordo com a física quântica: antes de abrir a caixa, o gato está vivo e morto ao mesmo tempo, mas de acordo com as leis da física do nosso mundo, isso é impossível. Gato pode estar em um estado específico - estar vivo ou estar morto. Não há estado misto "gato vivo/morto" ao mesmo tempo.

Antes de entender, assista a esta maravilhosa ilustração em vídeo do paradoxo do experimento do gato de Schrödinger (menos de 2 minutos):

Resolvendo o paradoxo do gato de Schrödinger - interpretação de Copenhague

Agora a pista. Preste atenção ao mistério especial da mecânica quântica - paradoxo do observador. O objeto do micromundo (no nosso caso, o núcleo) está em vários estados ao mesmo tempo apenas enquanto não monitorarmos o sistema.

Por exemplo, famoso experimento com 2 fendas e um observador. Quando um feixe de elétrons era direcionado para uma placa opaca com 2 fendas verticais, na tela atrás da placa, os elétrons desenhavam um “padrão de onda” - listras verticais alternadas de escuro e claro. Mas quando os experimentadores quiseram “ver” como os elétrons voam pelas fendas e instalaram um “observador” na lateral da tela, os elétrons desenharam na tela não um “padrão de onda”, mas 2 listras verticais. Aqueles. comportavam-se não como ondas, mas como partículas.

Parece que as próprias partículas quânticas decidem que estado elas vão tomar no momento em que são "medidas".

Com base nisso, a explicação (interpretação) moderna de Copenhague do fenômeno do "Gato de Schrödinger" soa assim:

Enquanto ninguém está observando o sistema "cat-core", o núcleo está no estado de decaimento/não decaimento ao mesmo tempo. Mas é um erro dizer que o gato está vivo/morto ao mesmo tempo. Por quê? Sim, porque fenômenos quânticos não são observados em macrossistemas. É mais correto falar não do sistema “cat-core”, mas do sistema “núcleo-detector (contador Geiger)”.

O núcleo escolhe um dos estados (decaído/não decaído) no momento da observação (ou medição). Mas essa escolha não ocorre no momento em que o experimentador abre a caixa (a abertura da caixa se dá no macrocosmo, muito distante do mundo do núcleo). O núcleo escolhe seu estado no momento em que atinge o detector. O ponto é que o sistema não é suficientemente descrito no experimento.

Assim, a interpretação de Copenhague do paradoxo do Gato de Schrödinger nega que antes da abertura da caixa, o Gato de Schrödinger estivesse em um estado de superposição - estava no estado de um gato vivo/morto ao mesmo tempo. Um gato no macrocosmo pode e está apenas em um estado.

Resumo. Schrödinger não descreveu completamente o experimento. Não é correto (mais precisamente, é impossível conectar) sistemas macroscópicos e quânticos. As leis quânticas não operam em nossos macrossistemas. Neste experimento, não é “cat-core” que interage, mas “cat-detector-core”. O gato é do macrocosmo, e o sistema “detector-núcleo” é do microcosmo. E somente em seu mundo quântico, o núcleo pode estar em 2 estados ao mesmo tempo. Isso ocorre antes do momento da medição ou interação do núcleo com o detector. Um gato em seu macrocosmo pode estar e está apenas em um estado. É por isso, apenas à primeira vista parece que o estado do gato "vivo ou morto" é determinado no momento da abertura da caixa. De fato, seu destino é determinado no momento da interação entre o detector e o núcleo.

Resumo definitivo. O estado do sistema "detector-núcleo-gato" está conectado NÃO com a pessoa - o observador atrás da caixa, mas com o detector - o observador atrás do núcleo.

Ufa. Quase lavagem cerebral! Mas como é agradável compreender a chave do paradoxo! Como numa velha piada de aluno sobre um professor: “Enquanto eu contava, eu mesmo entendi!”.

A interpretação de Sheldon do paradoxo do gato de Schrödinger

Agora você pode sentar e ouvir a última interpretação de Sheldon do experimento mental de Schrödinger. A essência de sua interpretação é que ela pode ser aplicada nas relações entre as pessoas. Para entender se o relacionamento entre um homem e uma mulher é bom ou ruim, você precisa abrir a caixa (ir a um encontro). E antes disso, eles são bons e ruins ao mesmo tempo.

Bem, como você gosta deste "experimento fofo"? Em nosso tempo, Schrödinger teria sido punido por ativistas dos direitos dos animais por experiências de pensamento tão brutais com um gato. Ou talvez não fosse um gato, mas o Gato de Schrödinger?! Pobre menina, sofria com esse Schrõdinger (((

Nos vemos nas próximas postagens!

Desejo a todos um bom dia e uma ótima noite!

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  De fato, Hawking e muitos outros físicos são da opinião de que a "Escola de Copenhague" da interpretação da mecânica quântica enfatiza o papel do observador de forma irracional. A unidade final entre os físicos sobre esta questão ainda não foi alcançada.

  A paralelização dos mundos em cada momento do tempo corresponde a um autômato não determinístico genuíno, ao contrário do autômato probabilístico, quando um dos caminhos possíveis é selecionado a cada passo dependendo de sua probabilidade.

  Paradoxo de Wigner

  Esta é uma versão complicada do experimento de Schrödinger. Eugene Wigner introduziu a categoria "amigos". Após completar o experimento, o experimentador abre a caixa e vê um gato vivo. O vetor de estado do gato no momento da abertura da caixa passa para o estado “o núcleo não se desintegrou, o gato está vivo”. Assim, em laboratório, o gato foi reconhecido como vivo. Fora do laboratório é amigo. Amigo ainda não sabe se o gato está vivo ou morto. Amigo reconhece o gato como vivo apenas quando o experimentador o informa do resultado do experimento. Mas todos os outros amigos o gato ainda não foi reconhecido como vivo, e eles só o reconhecerão quando forem informados do resultado do experimento. Assim, um gato pode ser considerado completamente vivo (ou completamente morto) somente quando todas as pessoas no universo souberem o resultado do experimento. Até este ponto, na escala do Grande Universo, o gato, segundo Wigner, permanece vivo e morto ao mesmo tempo.

  Uso pratico

  O acima é aplicado na prática: em computação quântica e em criptografia quântica. Um cabo de fibra óptica transmite um sinal de luz que está em uma superposição de dois estados. Se os invasores se conectarem ao cabo em algum lugar no meio e fizerem um sinal de toque lá para escutar as informações transmitidas, isso fará com que a função de onda entre em colapso (do ponto de vista da interpretação de Copenhague, uma observação será feita) e a luz entrará em um dos estados. Realizados testes estatísticos de luz na extremidade receptora do cabo, será possível descobrir se a luz está em uma superposição de estados ou se já foi observada e transmitida para outro ponto. Isso possibilita a criação de meios de comunicação que excluem a interceptação e escuta imperceptível de sinais.

  O experimento (que em princípio pode ser realizado, embora ainda não tenham sido criados sistemas funcionais de criptografia quântica capazes de transmitir grandes quantidades de informação) também mostra que "observação" na interpretação de Copenhague não tem nada a ver com a mente do observador, já que neste caso a mudança nas estatísticas para o final do cabo leva a um ramo completamente inanimado do fio.