علاج

تأثير شرودنغر بكلمات بسيطة. لغز "قطة شرودنغر" الشهير بكلمات بسيطة

من المؤسف أنني أريد أن أعترف أنني سمعت هذا التعبير، لكن لم أكن أعرف ماذا يعني أو حتى في أي موضوع تم استخدامه. دعني أخبرك بما قرأته على الإنترنت عن هذه القطة... -

« قطة شرودنغر"- هذا هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنجر، وهو أيضًا حائز على جائزة نوبل. وبمساعدة هذه التجربة الوهمية، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.

نُشرت المقالة الأصلية لإروين شرودنغر عام 1935. تم وصف التجربة فيه باستخدام أو حتى تجسيد:

يمكنك أيضًا إنشاء حالات يوجد فيها هزلية تمامًا. دع قطة ما تكون محبوسة في غرفة فولاذية باستخدام الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر هناك كمية صغيرة من المادة المشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة واحدة، ولكن مع نفس الشيء، على الأرجح أنه قد لا يتفكك إذا حدث ذلك، يتم تفريغ أنبوب القراءة ويتم تنشيط المرحل، مما يؤدي إلى إطلاق المطرقة التي تكسر القارورة بحمض الهيدروسيانيك.

فإذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة، فيمكننا القول أن القطة ستكون على قيد الحياة بعد هذه المدة، طالما لم تتفكك الذرة. إن التفكك الأول للذرة من شأنه أن يسمم القطة. سوف تعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق خلط أو تلطيخ قطة حية وميتة (عفوا عن التعبير) في أجزاء متساوية. والأمر المعتاد في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين الذي كان يقتصر في الأصل على العالم الذري يتحول إلى عدم يقين عياني، يمكن إزالته بالملاحظة المباشرة. وهذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. وهذا في حد ذاته لا يعني شيئا غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة الباهتة أو الخارجة عن نطاق التركيز وصورة السحب أو الضباب.

بعبارة أخرى:

هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة وحاوية من الغاز السام. تم اختيار المعاملات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي خلال ساعة واحدة 50%. وإذا تفككت النواة ينفتح وعاء من الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.
نغلق القطة في صندوق وننتظر ساعة ونطرح السؤال: هل القطة حية أم ميتة؟
يبدو أن ميكانيكا الكم تخبرنا أن النواة الذرية (وبالتالي القطة) موجودة في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق، يكون نظام قلب القطة في حالة "تحللت النواة، والقطة ميتة" باحتمال 50%، وفي حالة "لم تضمحل النواة، والقطة حية" مع احتمال 50% احتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث، فإن القطة حية/ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة اضمحلال النواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق، بل حتى عندما تدخل النواة إلى الكاشف. لأن تقليل الوظيفة الموجية لنظام "كاشف القطة-النواة" لا يرتبط بالمراقب البشري للصندوق، ولكنه يرتبط بالمراقب الكاشف للنواة.

وفقا لميكانيكا الكم، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة، فسيتم وصف حالتها بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة، لذلك قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة هو حي وميت في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق، فيمكن للمجرب رؤية حالة محددة واحدة فقط - "لقد تحللت النواة، ماتت القطة" أو "النواة لم تتحلل، القطة على قيد الحياة".

جوهر اللغة الإنسانية: أظهرت تجربة شرودنجر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت، وهو أمر لا يمكن أن يكون كذلك. ولذلك فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.

والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تشير تحت أي ظروف تنهار الدالة الموجية، وإما أن تموت القطة أو تبقى على قيد الحياة ولكنها لم تعد مزيجًا من الاثنين. وبما أنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون إما حية أو ميتة (لا توجد حالة وسطية بين الحياة والموت)، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة للنواة الذرية. يجب أن يكون إما فاسدًا أو غير متحلل ().

تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو القصة التي أخبرها شيلدون كوبر، بطل نظرية الانفجار الكبير، لجارته الأقل تعليما بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات الإنسانية. من أجل فهم ما يحدث بين رجل وامرأة، ما هي العلاقة بينهما: جيدة أو سيئة، تحتاج فقط إلى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين، العلاقة جيدة وسيئة.

يوجد أدناه مقطع فيديو لتبادل نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبينيا.

إن توضيح شرودنجر هو أفضل مثال لوصف المفارقة الرئيسية في فيزياء الكم: وفقًا لقوانينها، توجد جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات وحتى الذرات في حالتين في نفس الوقت ("حية" و"ميتة"، إذا كنت تتذكر قطة طويلة المعاناة). تسمى هذه الدول.

اقترح الفيزيائي الأمريكي آرت هوبسون () من جامعة أركنساس (جامعة ولاية أركنساس) حله لهذه المفارقة.

"تعتمد القياسات في فيزياء الكم على تشغيل بعض الأجهزة العيانية، مثل عداد جيجر، الذي يتم من خلاله تحديد الحالة الكمومية للأنظمة المجهرية - الذرات والفوتونات والإلكترونات. تشير نظرية الكم إلى أنه إذا قمت بتوصيل نظام مجهري (جسيم) بجهاز ما ميكروسكوبي يميز بين حالتين مختلفتين للنظام، فإن الجهاز (عداد جيجر، على سبيل المثال) سيدخل في حالة من التشابك الكمي ويجد نفسه أيضًا في حالتين التراكبات في نفس الوقت. لكن من المستحيل ملاحظة هذه الظاهرة بشكل مباشر، مما يجعلها غير مقبولة”.

يقول هوبسون إنه في مفارقة شرودنجر، تلعب القطة دور جهاز مجهري، وهو عداد جيجر، متصل بنواة مشعة لتحديد حالة الاضمحلال أو "عدم الاضمحلال" لتلك النواة. وفي هذه الحالة ستكون القطة الحية مؤشرا على "عدم الاضمحلال"، والقطة الميتة ستكون مؤشرا على الاضمحلال. ولكن وفقا لنظرية الكم، فإن القطة، مثل النواة، يجب أن توجد في تراكبين للحياة والموت.

بدلًا من ذلك، وفقًا للفيزيائي، يجب أن تكون الحالة الكمومية للقطط متشابكة مع حالة الذرة، مما يعني أنهم في "علاقة غير محلية" مع بعضهم البعض. أي أنه إذا تغيرت حالة أحد الأجسام المتشابكة فجأة إلى العكس، فإن حالة زوجها ستتغير أيضًا، بغض النظر عن بعدهما عن بعضهما البعض. وبذلك يشير هوبسون إلى نظرية الكم هذه.

"الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في نظرية التشابك الكمي هو أن التغيير في حالة كلا الجسيمين يحدث على الفور: لن يكون لدى أي إشارة ضوئية أو كهرومغناطيسية الوقت الكافي لنقل المعلومات من نظام إلى آخر. لذا يمكنك القول إنه جسم واحد مقسم إلى قسمين في الفضاء، بغض النظر عن مدى المسافة بينهما،" يوضح هوبسون.

قطة شرودنغر لم تعد حية وميتة في نفس الوقت. فهو ميت إذا حدث الانحلال، وحي إذا لم يحدث الانحلال.

دعونا نضيف أن حلولاً مماثلة لهذه المفارقة اقترحتها ثلاث مجموعات أخرى من العلماء على مدار الثلاثين عامًا الماضية، لكنها لم تؤخذ على محمل الجد وبقيت دون أن يلاحظها أحد في دوائر علمية واسعة. هوبسون أن حل مفارقات ميكانيكا الكم، على الأقل من الناحية النظرية، ضروري للغاية لفهمها العميق.

شرودنغر

لكن مؤخرًا، أوضح المنظرون كيف تقتل الجاذبية قطة شرودنجر، لكن هذا أكثر تعقيدًا...

كقاعدة عامة، يشرح الفيزيائيون الظاهرة بأن التراكب ممكن في عالم الجسيمات، لكنه مستحيل في القطط أو غيرها من الأجسام الكبيرة، بسبب التداخل مع البيئة. عندما يمر جسم كمي عبر مجال ما أو يتفاعل مع جسيمات عشوائية، فإنه يفترض على الفور حالة واحدة فقط - كما لو تم قياسه. هذه هي بالضبط الطريقة التي يتم بها تدمير التراكب، كما يعتقد العلماء.

ولكن حتى لو أصبح من الممكن بطريقة أو بأخرى عزل جسم كبير في حالة تراكب عن التفاعلات مع الجسيمات والحقول الأخرى، فإنه سيظل عاجلاً أم آجلاً يتخذ حالة واحدة. على الأقل هذا صحيح بالنسبة للعمليات التي تحدث على سطح الأرض.

"في مكان ما في الفضاء بين النجوم، ربما يكون هناك فرصة لقطة، ولكن على الأرض أو بالقرب من أي كوكب هذا غير مرجح للغاية. "والسبب في ذلك هو الجاذبية"، يوضح المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، إيغور بيكوفسكي (Igor Pikovsky) من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يرى بيكوفسكي وزملاؤه من جامعة فيينا أن الجاذبية لها تأثير مدمر على التراكبات الكمومية للأجسام الكبيرة، وبالتالي فإننا لا نلاحظ ظواهر مماثلة في الكون الكبير. بالمناسبة، المفهوم الأساسي للفرضية الجديدة موجود في الفيلم الروائي «Interstellar».

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن جسمًا ضخمًا للغاية سوف يؤدي إلى انحناء الزمكان حوله. وبالنظر إلى الوضع على مستوى أصغر، يمكننا القول أنه بالنسبة للجزيء الموجود بالقرب من سطح الأرض، فإن الوقت سوف يمر أبطأ إلى حد ما من الجزيء الموجود في مدار كوكبنا.

وبسبب تأثير الجاذبية على الزمكان، فإن الجزيء المتأثر بهذا التأثير سوف يتعرض لانحراف في موضعه. وهذا بدوره يجب أن يؤثر على طاقته الداخلية - اهتزازات الجزيئات في الجزيء التي تتغير بمرور الوقت. إذا تم إدخال جزيء إلى حالة من التراكب الكمي لموقعين، فإن العلاقة بين الموضع والطاقة الداخلية ستجبر الجزيء قريبًا على "اختيار" موقع واحد فقط من الموقعين في الفضاء.

يوضح بيكوفسكي: "في معظم الحالات، ترتبط ظاهرة فك الترابط بتأثير خارجي، لكن في هذه الحالة، يتفاعل الاهتزاز الداخلي للجزيئات مع حركة الجزيء نفسه".

لم يتم ملاحظة هذا التأثير حتى الآن لأن المصادر الأخرى لفك الترابط، مثل المجالات المغناطيسية والإشعاع الحراري والاهتزازات، عادة ما تكون أقوى بكثير، مما يتسبب في تدمير الأنظمة الكمومية قبل فترة طويلة من حدوث الجاذبية. لكن المجربين يسعون جاهدين لاختبار الفرضية.

ويمكن أيضًا استخدام إعداد مماثل لاختبار قدرة الجاذبية على تدمير الأنظمة الكمومية. للقيام بذلك، سيكون من الضروري مقارنة مقاييس التداخل الرأسية والأفقية: في الأول، سيختفي التراكب قريبًا بسبب تمدد الزمن عند "ارتفاعات" مختلفة للمسار، بينما في الثانية، قد يبقى التراكب الكمومي.

مصادر

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

إليك القليل من العلوم الزائفة: على سبيل المثال، وهنا. إذا كنت لا تعرف بعد، اقرأ عنها وما هي. وسنكتشف ماذا

وكما أوضح لنا هايزنبرغ، وبسبب مبدأ عدم اليقين، فإن وصف الأجسام في العالم الصغير الكمي له طبيعة مختلفة عن الوصف المعتاد للأشياء في العالم الكبير النيوتوني. بدلا من الإحداثيات المكانية والسرعة التي اعتدنا عليها لوصف الحركة الميكانيكية، على سبيل المثال، الكرة على طاولة البلياردو، في ميكانيكا الكم يتم وصف الكائنات من خلال ما يسمى وظيفة الموجة. تتوافق قمة "الموجة" مع أقصى احتمال للعثور على جسيم في الفضاء في لحظة القياس. يتم وصف حركة مثل هذه الموجة بواسطة معادلة شرودنجر، التي تخبرنا كيف تتغير حالة النظام الكمي بمرور الوقت.

الآن عن القطة. يعلم الجميع أن القطط تحب الاختباء في الصناديق (). كان إروين شرودنغر على علم أيضًا. علاوة على ذلك، وبتعصبه الاسكندنافي المحض، استخدم هذه الميزة في تجربة فكرية شهيرة. كان جوهر الأمر هو وجود قطة محبوسة في صندوق به آلة جهنمية. يتم توصيل الآلة عبر مرحل بنظام كمي، على سبيل المثال، مادة متحللة إشعاعيًا. احتمال الاضمحلال معروف وهو 50٪. يتم تشغيل الآلة الجهنمية عندما تتغير الحالة الكمومية للنظام (يحدث الاضمحلال) وتموت القطة تمامًا. إذا تركت نظام "Cat-box-Hellish Machine-Quanta" لنفسه لمدة ساعة واحدة وتذكرت أن حالة النظام الكمي موصوفة من حيث الاحتمالية، فسيصبح من الواضح أنه ربما لن يكون من الممكن اكتشاف ذلك ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم لا في لحظة معينة من الزمن، كما أنه لن يكون من الممكن التنبؤ بدقة بسقوط عملة معدنية على الرؤوس أو الذيل مسبقًا. المفارقة بسيطة للغاية: فالدالة الموجية التي تصف النظام الكمي تمزج بين حالتي القطة - فهي حية وميتة في نفس الوقت، تمامًا كما يمكن أن يوجد الإلكترون المقيد باحتمالية متساوية في أي مكان في الفضاء على مسافة متساوية من النواة الذرية. إذا لم نفتح الصندوق، فلن نعرف بالضبط كيف حال القطة. بدون إجراء ملاحظات (اقرأ القياسات) للنواة الذرية، يمكننا وصف حالتها فقط من خلال تراكب (خلط) حالتين: نواة متحللة وغير متحللة. القطة في حالة الإدمان النووي تكون حية وميتة في نفس الوقت. والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟

يخبرنا تفسير كوبنهاجن للتجربة أن النظام يتوقف عن أن يكون خليطًا من الحالات ويختار واحدة منها في اللحظة التي تحدث فيها الملاحظة، والتي تكون أيضًا قياسًا (يفتح الصندوق). وهذا يعني أن حقيقة القياس ذاتها تغير الواقع المادي، مما يؤدي إلى انهيار الدالة الموجية (إما أن تموت القطة أو تظل على قيد الحياة، ولكنها تتوقف عن أن تكون مزيجًا من الاثنين)! فكر في الأمر، التجربة والقياسات المصاحبة لها تغير الواقع من حولنا. شخصيا، هذه الحقيقة تزعج عقلي أكثر بكثير من الكحول. كما أن ستيف هوكينج المعروف يواجه صعوبة في تجربة هذه المفارقة، مكررًا أنه عندما يسمع عن قطة شرودنغر، تمد يده إلى براوننج. ترجع شدة رد فعل عالم الفيزياء النظرية المتميز إلى حقيقة أن دور المراقب في انهيار الدالة الموجية (انهيارها إلى إحدى الحالتين الاحتماليتين) مبالغ فيه إلى حد كبير، في رأيه.

بالطبع، عندما تصور البروفيسور إيروين تعذيب القطط في عام 1935، كانت طريقة بارعة لإظهار النقص في ميكانيكا الكم. في الواقع، لا يمكن أن تكون القطة حية وميتة في نفس الوقت. ونتيجة لأحد تفسيرات التجربة، أصبح من الواضح أن هناك تناقضا بين قوانين العالم الكلي (على سبيل المثال، القانون الثاني للديناميكا الحرارية - القطة إما حية أو ميتة) وقوانين العالم الجزئي. العالم (القطة حية وميتة في نفس الوقت).

يتم استخدام ما سبق عمليًا: في الحوسبة الكمومية والتشفير الكمي. يتم إرسال إشارة ضوئية في حالة تراكب من حالتين عبر كابل ألياف ضوئية. إذا اتصل المهاجمون بالكابل في مكان ما في المنتصف وقاموا بنقر إشارة هناك من أجل التنصت على المعلومات المرسلة، فسيؤدي ذلك إلى انهيار الدالة الموجية (من وجهة نظر تفسير كوبنهاجن، سيتم إجراء ملاحظة) و سوف يذهب الضوء إلى إحدى الولايات. ومن خلال إجراء اختبارات إحصائية للضوء عند الطرف المستقبل للكابل، سيكون من الممكن اكتشاف ما إذا كان الضوء في حالات تراكب أو تم رصده بالفعل ونقله إلى نقطة أخرى. وهذا يجعل من الممكن إنشاء وسائل اتصال تستبعد اعتراض الإشارات والتنصت غير القابل للاكتشاف.

تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو قصة أخبرها شيلدون كوبر، شخصية نظرية الانفجار الكبير، لجارته الأقل تعليما بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات الإنسانية. من أجل فهم ما يحدث بين رجل وامرأة، ما هي العلاقة بينهما: جيدة أو سيئة، تحتاج فقط إلى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين، العلاقة جيدة وسيئة.

من المؤكد أنك سمعت أكثر من مرة أن هناك ظاهرة مثل "قطة شرودنغر". ولكن إذا لم تكن فيزيائيا، فمن المرجح أن يكون لديك فكرة غامضة فقط عن نوع هذه القطة وسبب الحاجة إليها.

هذه المقالة هي محاولة لشرح جوهر نظرية شرودنغر حول القط وميكانيكا الكم بكلمات بسيطة، بحيث تكون في متناول الشخص الذي ليس لديه تعليم تقني عالي. وسيقدم المقال أيضًا تفسيرات مختلفة للتجربة، بما في ذلك تلك الواردة من المسلسل التلفزيوني “نظرية الانفجار الكبير”.

وصف التجربة

نُشرت المقالة الأصلية لإروين شرودنغر عام 1935. تم وصف التجربة فيه باستخدام أو حتى تجسيد:

يمكنك أيضًا بناء الحالات التي يوجد فيها هزلية تمامًا. دع قطة ما تكون محبوسة في غرفة فولاذية مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر هناك كمية صغيرة من المادة المشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة واحدة ولكن بنفس الاحتمال قد لا تتفكك؛ إذا حدث هذا، يتم تفريغ أنبوب القراءة ويتم تنشيط المرحل، مما يؤدي إلى إطلاق المطرقة التي تكسر القارورة بحمض الهيدروسيانيك.

بعبارة أخرى:

هناك صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة وحاوية من الغاز السام. تم اختيار المعاملات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي خلال ساعة واحدة 50%. وإذا تفككت النواة ينفتح وعاء من الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.
نغلق القطة في صندوق وننتظر ساعة ونطرح السؤال: هل القطة حية أم ميتة؟
يبدو أن ميكانيكا الكم تخبرنا أن النواة الذرية (وبالتالي القطة) موجودة في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق، يكون نظام قلب القطة في حالة "تحللت النواة، والقطة ميتة" باحتمال 50%، وفي حالة "لم تضمحل النواة، والقطة حية" مع احتمال 50% احتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث، فإن القطة حية/ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة اضمحلال النواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق، بل حتى عندما تدخل النواة إلى الكاشف. لأن تقليل الوظيفة الموجية لنظام "كاشف القطة-النواة" لا يرتبط بالمراقب البشري للصندوق، ولكنه يرتبط بالمراقب الكاشف للنواة.

الشرح بكلمات بسيطة

والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تشير تحت أي ظروف تنهار الدالة الموجية، وإما أن تموت القطة أو تبقى على قيد الحياة ولكنها لم تعد مزيجًا من الاثنين. وبما أنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون إما حية أو ميتة (لا توجد حالة وسطية بين الحياة والموت)، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة للنواة الذرية. يجب أن تكون إما متحللة أو غير متحللة (ويكيبيديا).

فيديو من نظرية الانفجار الكبير

يوجد أدناه مقطع فيديو لتبادل نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبينيا.

هل بقيت القطة على قيد الحياة نتيجة التجربة؟

بالنسبة لأولئك الذين لم يقرؤوا المقال بعناية، ولكنهم ما زالوا قلقين بشأن القطة، بشرى سارة: لا تقلقوا، وفقًا لبياناتنا، نتيجة لتجربة فكرية قام بها عالم فيزياء نمساوي مجنون

لم يصب أي قطة

إذا تم فتح الصندوق، فيجب على المجرب أن يرى حالة واحدة محددة فقط: "لقد تحللت النواة، أو ماتت القطة"، أو "لم تتحلل النواة، أو كانت القطة على قيد الحياة".

"قطة شرودنغر" هو اسم تجربة فكرية مسلية قام بها، كما خمنت على الأرجح، شرودنجر، أو بشكل أكثر دقة، العالم النمساوي الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء إروين رودولف جوزيف ألكسندر شرودنجر.

تحدد ويكيبيديا التجربة على النحو التالي: "يتم وضع قطة في صندوق مغلق. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة مشعة وحاوية من الغاز السام، ويتم اختيار المعلمات التجريبية بحيث يتم تحديد احتمال اضمحلال النواة خلال ساعة واحدة هي 50%، إذا تفكك القلب، فإن ذلك يؤدي إلى تفعيل الآلية - تنفتح الحاوية التي تحتوي على الغاز، وتموت القطة.

وفقًا لميكانيكا الكم، إذا لم تتم ملاحظة النواة، فسيتم وصف حالتها من خلال تراكب (خلط) لحالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة، وبالتالي فإن القطة الجالسة في صندوق تكون حية وميتة في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق، فيجب على المجرب أن يرى حالة واحدة محددة فقط: "لقد تحللت النواة، أو ماتت القطة"، أو "لم تتحلل النواة، أو كانت القطة على قيد الحياة".

اقرأ أيضا :

أي أنه من المستحيل تخمين ما يحدث لأشياء الواقع من حولنا في غيابنا. وإذا لم يمكن إدراكه فهو غير موجود. بمجرد أن نغادر الغرفة، فإن جميع محتوياتها، بما في ذلك الغرفة نفسها، تتوقف عن الوجود، أو بشكل أكثر دقة، تستمر في الوجود فقط في الإمكانات.

وفي الوقت نفسه هناك حريق أو فيضان أو سرقة المعدات أو الضيوف غير المدعوين. علاوة على ذلك، نحن موجودون فيه أيضًا، في حالات محتملة مختلفة. أحدهم يتجول في الغرفة وهو يصفر لحنًا غبيًا، والآخر ينظر بحزن إلى النافذة، والثالث يتحدث مع زوجتي عبر الهاتف. حتى موتنا المفاجئ أو الأخبار الجيدة على شكل مكالمة هاتفية غير متوقعة تعيش فيه.

تخيل للحظة كل الاحتمالات المخفية خلف الباب. تخيل الآن أن عالمنا بأكمله هو مجرد مجموعة من هذه الإمكانات غير المحققة. إنه مضحك، أليس كذلك؟

عن لكن السؤال المنطقي الذي يطرح نفسه هنا: وماذا في ذلك؟ نعم، إنه أمر مضحك، نعم، إنه مثير للاهتمام، ولكن ما الذي يتغير في جوهره؟ العلم صامت بشكل متواضع حول هذا الموضوع. بالنسبة لفيزياء الكم، تفتح هذه المعرفة مسارات جديدة لفهم الكون وآلياته، ولكن بالنسبة لنا، نحن الأشخاص البعيدين عن الاكتشافات العلمية العظيمة، يبدو أن هذه المعلومات عديمة الفائدة.

كيف يمكن أن يكون هذا بلا فائدة!؟ بعد كل شيء، إذا كنت بشرًا، فأنا موجود في هذا العالم، فأنا خالد، موجود في عالم آخر! إذا كانت حياتي تتكون من سلسلة من الإخفاقات وخيبات الأمل، فأنا موجود في مكان ما - ناجح وسعيد؟ في الواقع، لا يوجد شيء خارج أحاسيسنا، كما أنه لا يوجد مجال حتى ندخله. إن أجهزة الإدراك لدينا تخدعنا فقط، حيث ترسم في دماغنا صورة للعالم "المحيط" بنا. ما يكمن في الواقع خارجنا لا يزال سرًا وراء الأختام السبعة.

من المؤكد أنك سمعت أكثر من مرة أن هناك ظاهرة مثل "قطة شرودنغر". ولكن إذا لم تكن فيزيائيا، فمن المرجح أن يكون لديك فكرة غامضة فقط عن نوع هذه القطة وسبب الحاجة إليها.
"قطة شرودنغر" هو اسم التجربة الفكرية الشهيرة لعالم الفيزياء النظرية النمساوي الشهير إروين شرودنغر، والحائز أيضًا على جائزة نوبل. وبمساعدة هذه التجربة الوهمية، أراد العالم إظهار عدم اكتمال ميكانيكا الكم في الانتقال من الأنظمة دون الذرية إلى الأنظمة العيانية.
هذه المقالة هي محاولة لشرح جوهر نظرية شرودنغر حول القط وميكانيكا الكم بكلمات بسيطة، بحيث تكون في متناول الشخص الذي ليس لديه تعليم تقني عالي. وسيقدم المقال أيضًا تفسيرات مختلفة للتجربة، بما في ذلك تلك الواردة من المسلسل التلفزيوني “نظرية الانفجار الكبير”.
محتوى:
1. وصف التجربة
2. الشرح بكلمات بسيطة
3. فيديو من نظرية الانفجار الكبير
4. المراجعات والتعليقات
وصف التجربة
نُشرت المقالة الأصلية لإروين شرودنغر عام 1935. وفيه تم وصف التجربة باستخدام تقنية المقارنة أو حتى التجسيد:

يمكنك أيضًا بناء الحالات التي يوجد فيها هزلية تمامًا. دع قطة ما تكون محبوسة في غرفة فولاذية مع الآلة الشيطانية التالية (والتي يجب أن تكون بغض النظر عن تدخل القطة): داخل عداد جيجر هناك كمية صغيرة من المادة المشعة، صغيرة جدًا لدرجة أن ذرة واحدة فقط يمكن أن تتحلل في ساعة واحدة ولكن بنفس الاحتمال قد لا تتفكك؛ إذا حدث هذا، يتم تفريغ أنبوب القراءة ويتم تنشيط المرحل، مما يؤدي إلى إطلاق المطرقة التي تكسر القارورة بحمض الهيدروسيانيك.
فإذا تركنا هذا النظام بأكمله لنفسه لمدة ساعة، فيمكننا القول أن القطة ستكون على قيد الحياة بعد هذه المدة، طالما لم تتفكك الذرة. إن التفكك الأول للذرة من شأنه أن يسمم القطة. سوف تعبر وظيفة psi للنظام ككل عن ذلك عن طريق خلط أو تلطيخ قطة حية وميتة (عفوا عن التعبير) في أجزاء متساوية. والأمر المعتاد في مثل هذه الحالات هو أن عدم اليقين الذي كان يقتصر في الأصل على العالم الذري يتحول إلى عدم يقين عياني، يمكن إزالته بالملاحظة المباشرة. وهذا يمنعنا من قبول "النموذج الضبابي" بسذاجة باعتباره يعكس الواقع. وهذا في حد ذاته لا يعني شيئا غير واضح أو متناقض. هناك فرق بين الصورة الباهتة أو الخارجة عن نطاق التركيز وصورة السحب أو الضباب.
________________________________________
بعبارة أخرى:
1. يوجد صندوق وقطة. يحتوي الصندوق على آلية تحتوي على نواة ذرية مشعة وحاوية من الغاز السام. تم اختيار المعاملات التجريبية بحيث يكون احتمال الاضمحلال النووي خلال ساعة واحدة 50%. وإذا تفككت النواة ينفتح وعاء من الغاز وتموت القطة. إذا لم تتحلل النواة، تبقى القطة على قيد الحياة وبصحة جيدة.
2. نغلق القطة في صندوق وننتظر ساعة ونسأل أنفسنا: هل القطة حية أم ميتة؟
3. يبدو أن ميكانيكا الكم تخبرنا أن النواة الذرية (وبالتالي القطة) موجودة في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد (انظر التراكب الكمي). قبل أن نفتح الصندوق، يكون نظام قلب القطة في حالة "تحللت النواة، والقطة ميتة" باحتمال 50%، وفي حالة "لم تضمحل النواة، والقطة حية" مع احتمال 50% احتمال 50٪. اتضح أن القطة الجالسة في الصندوق حية وميتة في نفس الوقت.
4. وفقًا لتفسير كوبنهاجن الحديث، فإن القطة حية/ميتة بدون أي حالات وسيطة. واختيار حالة اضمحلال النواة لا يحدث في لحظة فتح الصندوق، بل حتى عندما تدخل النواة إلى الكاشف. لأن تقليل الوظيفة الموجية لنظام "كاشف القطة-النواة" لا يرتبط بالمراقب البشري للصندوق، ولكنه يرتبط بالمراقب الكاشف للنواة.

الشرح بكلمات بسيطة
وفقا لميكانيكا الكم، إذا لم يتم ملاحظة نواة الذرة، فسيتم وصف حالتها بمزيج من حالتين - نواة متحللة ونواة غير متحللة، لذلك قطة تجلس في صندوق وتجسد نواة الذرة هو حي وميت في نفس الوقت. إذا تم فتح الصندوق، فيمكن للمجرب رؤية حالة محددة واحدة فقط - "لقد تحللت النواة، ماتت القطة" أو "النواة لم تتحلل، القطة على قيد الحياة".
الجوهر في اللغة البشرية: أظهرت تجربة شرودنغر أنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم، فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت، وهو أمر لا يمكن أن يكون كذلك. ولذلك فإن ميكانيكا الكم بها عيوب كبيرة.
والسؤال هو: متى يتوقف النظام عن الوجود كخليط من دولتين ويختار دولة واحدة محددة؟ الغرض من التجربة هو إظهار أن ميكانيكا الكم غير مكتملة بدون بعض القواعد التي تشير تحت أي ظروف تنهار الدالة الموجية، وإما أن تموت القطة أو تبقى على قيد الحياة ولكنها لم تعد مزيجًا من الاثنين. وبما أنه من الواضح أن القطة يجب أن تكون إما حية أو ميتة (لا توجد حالة وسطية بين الحياة والموت)، فسيكون الأمر كذلك بالنسبة للنواة الذرية. يجب أن تكون إما متحللة أو غير متحللة (ويكيبيديا).
فيديو من نظرية الانفجار الكبير
تفسير آخر أكثر حداثة لتجربة شرودنغر الفكرية هو قصة أخبرها شيلدون كوبر، شخصية نظرية الانفجار الكبير، لجارته الأقل تعليما بيني. المغزى من قصة شيلدون هو أن مفهوم قطة شرودنغر يمكن تطبيقه على العلاقات الإنسانية. من أجل فهم ما يحدث بين رجل وامرأة، ما هي العلاقة بينهما: جيدة أو سيئة، تحتاج فقط إلى فتح الصندوق. حتى ذلك الحين، العلاقة جيدة وسيئة.
يوجد أدناه مقطع فيديو لتبادل نظرية الانفجار الكبير بين شيلدون وبينيا.
هل بقيت القطة على قيد الحياة نتيجة التجربة؟
بالنسبة لأولئك الذين لم يقرؤوا المقال بعناية، ولكنهم ما زالوا قلقين بشأن القطة، بشرى سارة: لا تقلقوا، وفقًا لبياناتنا، نتيجة لتجربة فكرية قام بها عالم فيزياء نمساوي مجنون
لم يصب أي قطة