Теорията на Шрьодингер с прости думи. Котката на Шрьодингер. Ервин Шрьодингер

Характерна особеност на работата на един изключителен учен Ервин Шрьодингер имаше някакъв "вторичен". Самият той рядко се занимаваше с някакъв научен проблем. Любимият му жанр на работа е отговора на нечии научни изследвания, развитието на тази работа или критиката му. Въпреки че самият Шрьодингер е бил индивидуалист по природа, той винаги се нуждаеше от мисъл на някой друг, подкрепа за по-нататъшна работа. Въпреки този уникален подход, Шрьодингер успя да направи много открития.

Биографична информация

Теорията на Шрьодингер сега е позната не само на студентите по физически и математически способности. Ще бъде интересно за всеки, който има интерес към науката. Тази теория е създадена от известния физик Е. Шрьодингер, който влезе в историята като един от създателите на квантовата механика. Ученият е роден на 12 август 1887 г. в семейството на собственика на фабриката за производство на мушама. Бъдещият учен, известен в цял свят със своята мистерия, е любил ботаниката и живописта в детството си. Първият му ментор е баща му. През 1906 г. Шрьодингер започва обучението си във Виенския университет, по време на който започва да се възхищава на физиката. Когато пристигнала Първата световна война, ученият отишъл на служба в артилерист. В свободното си време изучава теориите на Алберт Айнщайн.

В началото на 1927 г. в науката се е развила драматична ситуация. Е. Шрьодингер смята, че идеята за непрекъснатост на вълните трябва да бъде в основата на теорията на квантовите процеси. Хайзенберг, напротив, смята, че основата на тази област на знанието трябва да бъде концепцията за вълновата непрекъснатост, както и идеята за квантовите скокове. Нилс Бор не зае нито една от позициите.

Напредък в науката

За създаването на концепцията за вълновата механика през 1933 г. Шрьодингер получи Нобелова награда. Въпреки това, възпитани в традицията на класическата физици, учени Не можех да мисля в други категории и не считах квантовата механика за пълноправен клон на знанието. Той не можеше да задоволи двойственото поведение на частиците и се опита да го сведе изключително до вълната. В дискусията си с Н. Бор Шрьодингер каза така: „Ако планираме да запазим тези квантови скокове в науката, тогава обикновено съжалявам, че свързах живота си с атомната физика”.

По-нататъшна работа на изследователя

В същото време Шрьодингер е не само един от създателите на съвременната квантова механика. Той е учен, който въвежда термина "обективност на описанието" в научната употреба. Това е възможността научните теории да описват реалността без участието на наблюдател. По-нататъшното му изследване беше посветено на теорията на относителността, термодинамичните процеси, нелинейната електродинамика. Също така учените са направили няколко опита да създадат единна теория на полето. Освен това Е. Шрьодингер говори на шест езика.

Най-известната мистерия

Теорията на Шрьодингер, в която се появява същата котка, е излязла от критика на квантовата теория на учения. Един от основните му принципи е, че докато системата не се следи, тя е в състояние на суперпозиция. А именно, в две или повече състояния, които изключват съществуването един на друг. Състоянието на суперпозиция в науката има следната дефиниция: това е способността на квантовете, които също могат да бъдат електрон, фотон или, например, ядрото на атом, да бъдат едновременно в две състояния или дори в две точки в пространството в момент, когато никой не гледа.

Обекти в различни светове

Много е трудно за един обикновен човек да разбере подобно определение. Всъщност всеки обект на материалния свят може да бъде или в една точка в пространството, или в друга. За илюстриране на това явление може да бъде както следва. Наблюдателят взема две кутии и поставя топката за тенис в една от тях. Ще бъде ясно, че той е в една кутия, а не в друга. Но ако сложим един електрон в един от контейнерите, тогава следващото твърдение ще бъде вярно: тази частица е едновременно в две кутии, без значение колко парадоксална може да изглежда. По същия начин един електрон в един атом не е в строго определена точка във всеки даден момент. Тя се върти около ядрото, разположено във всички точки на орбитата по едно и също време. В науката, това явление се нарича „електронния облак“.

Какво искаше да докаже ученият?

По този начин поведението на малките и големите обекти се реализира според напълно различни правила. В квантовия свят има някои закони, а в макрокосмоса - напълно различни. Няма обаче такова понятие, което да обяснява прехода от света на материалните обекти, познати на хората, към микросвета. Теорията на Шрьодингер е създадена, за да покаже недостатъчност на изследванията в областта на физиката. Ученият искаше да покаже, че има наука, чиято цел е да опише малки обекти и има поле на знанието, което изучава обикновени предмети. В много отношения, благодарение на работата на учения, имало разделение на физиката на две области: квантова и класическа.

Теория на Шрьодингер: Описание

Ученият описал известния си мисловен експеримент през 1935 година. В поведението си Шрьодингер се позовава принципа на суперпозиция. Шрьодингер подчерта, че докато не наблюдаваме фотон, той може да бъде както частица, така и вълна; червени и зелени; кръгли и квадратни. Този принцип на несигурност, който следва директно от концепцията за квантовия дуализъм, е използван от Шрьодингер в неговата добре позната загадка за котката. Смисълът на експеримента накратко е следният:

• Котката се поставя в затворена кутия, както и в контейнер, който съдържа циановодородна киселина и радиоактивно вещество.
• Ядрото в рамките на един час може да се разпадне. Вероятността за това е 50%.
• Ако атомното ядро ​​се разпадне, то ще бъде фиксирано с брояч на Гайгер. Механизмът ще работи и кутията с отровата ще се счупи. Котката ще умре.
• Ако колапсът не се случи, котката на Шрьодингер ще бъде жива.

Според тази теория, докато котката не се наблюдава, тя е едновременно в две състояния (мъртви и живи), точно както ядрото на един атом (разложен или не разложен). Разбира се, това е възможно само по законите на квантовия свят. В макрокосмоса котката не може да бъде жива и мъртва едновременно.

Парадокс на наблюдателя

За да разберем същността на теорията на Шрьодингер, също е необходимо да имаме представа за парадокса на наблюдателя. Неговото значение е, че обектите на микросвета могат да бъдат едновременно в две състояния само когато не се наблюдават. Например в науката е известен така нареченият "Експеримент с 2 слота и наблюдател". Учените насочиха един лъч електрони към непрозрачна плоча, в която бяха направени два вертикални слота. На екрана зад чинията, електроните нарисуваха вълнообразна картина. С други думи, те оставят черни и бели ивици. Когато изследователите искали да наблюдават как електроните летят през слотовете, частиците показваха само две вертикални ивици на екрана. Те се държаха като частици, а не като вълни.

Копенхагенското обяснение

Модерното обяснение на теорията на Шрьодингер се нарича Копенхаген. Изхождайки от парадокса на наблюдателя, той звучи така: докато никой не наблюдава атомното ядро ​​в системата, той е едновременно в две състояния - дезинтегрирани и неинтегрирани. Въпреки това твърдението, че котката е жива и мъртва в същото време е изключително погрешна. Всъщност в макрокосмоса никога не се наблюдават същите явления като в микросвета.

Затова не става дума за котешка система, а за факта, че са свързани гейгеров брояч и атомно ядро. Ядрото може да избере едно или друго състояние в момента на извършване на измерванията. Този избор обаче не се извършва в момента, в който експериментаторът отваря кутията с котката на Шрьодингер. Всъщност отварянето на кутията се извършва в макрокосмоса. С други думи, в система, която е много далеч от атомния свят. Следователно, ядрото избира своето състояние в точния момент, когато удари детектора на брояча на Гайгер. Така в своя мисловен експеримент Ервин Шрьодингер описва системата недостатъчно.

Общи заключения

По този начин не е напълно правилно да свързвате макросистемата с микроскопичния свят. В макрокосмоса квантовите закони губят силата си. Ядрото на атома може да бъде едновременно в две състояния само в микросвета. Същото не може да се каже за котката, тъй като тя е обект на макрокосмоса. Ето защо, само на пръв поглед изглежда, че котката се премества от суперпозиция в едно от състоянията в момента на отваряне на кутията. Всъщност нейната съдба се определя в момента, в който атомното ядро ​​взаимодейства с детектора. Може да се направи следното заключение: състоянието на системата в енигмата на Ервин Шрьодингер по никакъв начин не е свързано с човека. Тя не зависи от експериментатора, а от детектора - обект, който “наблюдава” ядрото.

Продължаване на концепцията

Теорията на Шрьодингер е описана с прости думи, както следва: стига наблюдателят да не разглежда системата, тя може да бъде едновременно в две състояния. Но друг учен, Юджийн Вигнер, отиде по-далеч и реши да донесе идеята на Шрьодингер за пълна абсурдност. - Позволете ми! - каза Вигнер. - Ами ако колегата му стои до експериментатора и гледа котката? Партньорът не знае какво е видял самият експериментатор, когато отвори кутията с котката. Котката на Шрьодингер излиза от състоянието на суперпозиция. Въпреки това, не за колега-наблюдател. Само в момента, в който съдбата на котката стане известна на последния, животното най-накрая може да бъде наречено живо или мъртво. В допълнение, милиарди хора живеят на планетата Земя. И последната присъда може да бъде направена само когато резултатът от експеримента стане собственост на всички живи същества. Разбира се, всички хора могат да кажат накратко съдбата на котката и теорията на Шрьодингер, но това е много дълъг и труден процес.

Принципите на квантовия дуализъм във физиката никога не са били опровергани от умствения експеримент на Шрьодингер. В известен смисъл всяко същество може да бъде наречено нито живо, нито мъртво (в суперпозиция), докато има поне един човек, който не го наблюдава.