Кот шредингера суть и практическое применение

Прием

Грег Костикян сделал обзор Кота Шредингера в журнале Ares Magazine # 2 и прокомментировал, что «он имеет дело с неопределенностью, субъядерной физикой; восточной философией, насилием, сексом и ядерной войной. роман. Купите его; вы либо полюбите его, либо будете презирать «.

Грег Костикян сделал обзор «Кот Шредингера II: хитрость в цилиндре» в журнале Ares Magazine # 10 и прокомментировал, что «Уилсон не писатель для непрограмм; серия фильмов о коте Шредингера доставляет огромное удовольствие, но требует читателя, который будет думать. Поклонники космической оперы нуждаются в не применять.»

Грег Костикян сделал обзор «Кот Шредингера III: самонаводящиеся голуби» в журнале Ares Magazine № 11 и прокомментировал, что « Кот Шредингера III еще раз доказывает, что Уилсон — один из лучших и самых интересных писателей, которыми может похвастаться научная фантастика».

Копенгаген или многие миры

Копенгагенская интерпретация гласит, что изотоп находится в суперпозиции обоих состояний. Он распался и не распался одновременно. И все остальные объекты в эксперименте, включая кошку, также находится в суперпозиции. Только когда имеет место наблюдение, суперпозиция разрешается в одно или другое состояние.

Таким образом мы действительно имеем нелогичную ситуацию. Получается что пока коробка не открыта, кошка и мертва и жива. Только когда коробка открыта, судьба кошки становится фиксированной. (Хотя следует отметить, что Нильс Бор имел иное мнение об этом. Первоначальное обнаружение распада изотопа он рассматривал как наблюдение. Поэтому реальное физическое состояние кошки будет определено именно в этот момент. А не тот, когда коробка была открыта.)

По словам некоторых современных физиков более простым решением парадокса кота Шредингера является теория существования многих миров. Она говорит о том, что в любой момент, когда могут появиться два возможных варианта, они оба и реализуются.

Не требуется одновременного существования двух состояний. Один результат происходит в одной Вселенной. В это время другая Вселенная как бы отделяется от первой. И второй вариант реализуется именно там. Нет никаких одновременно живых и мертвых кошек. В одной Вселенной есть живой Барсик. Который, к сожалению, умер в другой. И когда Вы откроете ящик, Вы поймете, в какой из этих Вселенных вы находитесь.

Это тоже, конечно, нелогично. Мы рассматриваем историю как единый поток событий, ведущих к сегодняшнему дню. Но теория многих миров говорит нам, что каждый квантовый результат реализуется в своем собственном мире. И что эти новые миры разветвляются в точках, где могут возникать разные результаты.

Таким образом, возможно, реальность — это не линейный путь. Это вечно разветвляющийся набор параллельных реальностей. И наше собственное сознание только фиксирует дорогу, по которой мы идем.

Интерпретации (А что с котом?)[]

Кот находится в весьма неблагоприятном положении

Однако, различные интерпретации квантовой механики не согласны с нашим привычным мышлением жителей макромира и готовы оспорить таковое решение. Но прежде чем начать, мы должны понять, что ни одна таковая интерпретация не влияет на жизнь бедной зверушки — по философии позитивизма в целом и по критерию фальсифицируемости Поппера в частности, таковые и вовсе являются ненаучными, ибо интерпретации эти не сколь не влияют на саму квантовую физику, а оперируют, как раз, непроверяемыми концепциями, касающимися ненаблюдаемого, к примеру, Кота Шредингера. Фактически, главная цель всех интерпретаций (некоторые из коих согласуется далеко не хорошо) квантовой механики сделать процесс рассуждения при рассмотрении хода экспериментов квантовой физике проще, а саму квантовую физику — на уровне бытийного мышления чуть понятней. Итак, начнём.

Копенгагенская интерпретация

Копенгагенская интерпретация отрицает, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения живого и мёртвого, то есть защищает позиции Шредингера и обыденной житейской логики. Одни полагают, что до тех пор, пока ящик закрыт, система находится в суперпозиции состояний «распавшееся ядро, мёртвый кот» и «нераспавшееся ядро, живой кот», а когда ящик открывают, то только тогда происходит коллапс волновой функции (принятие одной из позиций) до одного из вариантов. Другие же — что «наблюдение» происходит, когда частица из ядра попадает в детектор; однако, увы, в копенгагенской интерпретации нет чёткого правила, которое говорит, когда это происходит, и потому эта интерпретация неполна до тех пор, пока такое правило в неё не введено или не сказано, как его можно ввести в принципе.

Многомировая интерпретация

Многомировая интерпретация гласит, что, просто говоря, наблюдение субатомных объектов или объектов от них зависящих приводить к «расщеплению» мира на два мира с различно случившимися наблюдениям. То есть, по Многомировой интерпретации, когда мы открываем ящик с котом, мы видим, к примеру, живого кота, но в тот же момент Вселенная «расщепляется», и мы же в другой вселенной видим кота мёртвого (или живого, если те мы, что видели живого кота, увидели мёртвого). Это, кстати, может наглядно показывать наличие совершенно противоположных Вселенных — к примеру, некто Х увидев кота живого в детстве вырастет обычным человеком, но тот же Х при прочих предпосылках, можно предположить, увидев кота мёртвого, всю жизнь, возможно, будет ненавидеть физиков — и повторение таковых процессов когда-нибудь приведёт к существованию полностью диаметральных Вселенных. Из этого следует весьма забавный вывод, что чем больше происходит экспериментов по квантовой механике, к примеру, чем больше происходит «Котов Шредингера» в реальности, тем более различные Вселенные появляются на свет.

Кот-Наблюдатель (уточнение)

Эрвин Шрёдингер

Также стоит помнить, что кот как таковой, даже ничего не понимая в квантовой физике, также является наблюдателем, что полностью исключает факт его нахождения в суперпозиции. Тогда, с точки зрения Копенгагенской интерпретации, кот, в случае своей смерти, окажется в одной позиции, а человек, позже открывший коробку, будет своего рода «другом Вигнера», коего мы разберём ниже (из-за чего пока оставим уточнение в Копенгагенской интерпретации). Но, с точки зрения Многомировой интерпретации, кот наблюдая сам себя одной своей версией всегда будет оставаться жив, а другой, не наблюдающей, мёртв, что означает то, что кот сам для себя будет живой, а для наблюдателя, вскрывшего коробку — либо живой, либо мёртвый. При сомнениях относительно способности кота наблюдать, кота заменяют человеком и получают МЭ «Квантовое самоубийство». Однако, в данном случае появляются вопросы относительно расщепления сознания — и тогда, вероятно, мы вернёмся на круги своя в лице

того, что одна версия кота-наблюдателя будет наблюдать смерть, а другая — всю тот же унылый контейнер. И не что не гарантирует Вам, что Вы будете тем котом-наблюдателем, что выживет — хотя, если Многомировая интерпретация верна, одна из ваших версий-наблюдателей выживет спустя огромное количество времени, выйдет из ящика и докажет факт существования Многомировой интерпретации.

Язык и придуманный сленг

В Шредингера Cat Трилогия является вымышленная история, с большим межличностного общения между персонажами. В этом диалоге часто используются сленговые слова, придуманные автором, вместо слов, о которых в 1970-е годы обычно было табу говорить в современной западной культуре. В случае возбуждения дела о цензуре против книги Уилсон использовал имена судей Верховного суда как «замену» для определенных слов. Примеры включают « Поттер Стюартинг », выражение, используемое в качестве замены общеупотребительного слова, которое относится к акту совокупления, и «Burgering», относящееся к акту опорожнения кишечника (со ссылкой на главного судью Соединенных Штатов с 1969 г. — 1986, Уоррен Э. Бургер ) и др.

Расширения

Друг Вигнера представляет собой вариант эксперимента с двумя людьми-наблюдателями: первый наблюдает, видна ли вспышка света, а затем передает свое наблюдение второму наблюдателю. Проблема здесь в том, «коллапсирует» ли волновая функция, когда первый наблюдатель смотрит на эксперимент, или только тогда, когда второй наблюдатель получает информацию о наблюдениях первого наблюдателя?

В другом расширении видные физики зашли так далеко, что предположили, что астрономы, наблюдающие темная энергия во Вселенной в 1998 году, возможно, «сократили ее продолжительность жизни» из-за псевдо-шредингеровского кошачьего сценария, хотя это спорная точка зрения.

В августе 2020 года физики представили исследования, связанные с интерпретацией квантовая механика которые связаны с котом Шредингера и Друг Вигнера парадоксов, приводящих к заключениям, которые бросают вызов, казалось бы, установленным реальность.

Мысленный эксперимент

Шредингер писал:

Знаменитый мысленный эксперимент Шредингера ставит вопрос: « Когда квантовая система перестанет существовать как суперпозиция состояний и станет тем или иным?» (Технически говоря, когда реальное квантовое состояние перестает быть нетривиальной линейной комбинацией состояний, каждое из которых напоминает разные классические состояния, и вместо этого начинает иметь уникальное классическое описание?) Если кошка выживает, она помнит только, что была живой. . Но объяснения экспериментов ЭПР, которые согласуются со стандартной микроскопической квантовой механикой, требуют, чтобы макроскопические объекты, такие как кошки и записные книжки, не всегда имели уникальные классические описания. Мысленный эксперимент иллюстрирует этот очевидный парадокс. Наша интуиция говорит, что ни один наблюдатель не может находиться более чем в одном состоянии одновременно, но кошка, как показывает мысленный эксперимент, может находиться в таком состоянии. Требуется ли кошка быть наблюдателем, или для ее существования в одном четко определенном классическом состоянии требуется еще один внешний наблюдатель? Каждая альтернатива казалась Эйнштейну абсурдной, на которого произвела впечатление способность мысленного эксперимента высветить эти проблемы. В письме Шредингеру от 1950 года он писал:

Обратите внимание, что заряд пороха не упоминается в схеме Шредингера, в которой счетчик Гейгера используется в качестве усилителя и синильный яд вместо пороха. Порох упоминался в первоначальном предложении Эйнштейна Шредингеру 15 лет назад, и Эйнштейн перенес его в настоящее обсуждение.

Жизнь в «Доме-2»

Меняется ли мир к лучшему? Скорее он вынуждает нас становиться лучше. Пару дней назад приходили ко мне стартаперы с очень простой идеей: на каждом рекламном табло повесить bluetooth-модуль — он вас с 70 метров опознает, и табло покажет рекламу, адресованную лично вам. Ну и власти заодно узнают, когда вы здесь были. Их это интересует прежде всего с точки зрения статистики: все городские решения должны приниматься на основе статистических данных. Но важен сам тренд — мир становится всё более прозрачным.

А когда появится, например, поиск людей по видео, то в сочетании с повсеместно установленными камерами это приведёт к концу приватности, которая, впрочем, и сейчас-то скорее воображаемая.

Один очень известный человек недавно сказал мне: «Я не хочу жить в „Доме-2“». Фраза мне очень понравилась, но ведь, по сути, мы уже живём в «Доме-2», за стеклянными стенами. Пока, правда, информацию о нас может получить сравнительно узкий круг лиц, но скоро это оружие массового поражения будет в руках у каждого! Начинается жизнь, в которой придётся намного меньше врать и гораздо больше следить за своей частной жизнью, хотя боюсь, что никакой частной жизни просто не будет. Я в этих условиях жить не сумею, но для нового поколения приватность мало что значит. Это и хорошо, и плохо… Во всяком случае обманывать станет невозможно: всё и все на виду. Совершить преступление и избежать наказания тоже будет почти невозможно. Поэтому я и говорю: мир вынуждает нас становиться лучше.

Сейчас все говорят о внедрении блокчейна. Не считаю себя записным лгуном, но я не смог бы быть директором или администратором в этом случае. Во времена моей молодости была пословица: «Когда подписываешь бумагу, считай, что у тебя за спиной прокурор стоит», но в дивном новом мире блокчейна я бы сразу подал в отставку, потому что к идее, что невозможно изменить даже запятую в приказе двухлетней давности, нужно привыкать с пелёнок. Как и к тому, что все твои движения, всё твое прошлое — всё видно. Мы по-другому воспитаны, у нас совершенно иная ментальность и привычки. А молодёжь — не то чтобы она была честнее нас, просто привыкла, что жизнь прозрачна и если хочешь что-то скрыть, то лучше вовсе этого не делать, всё равно узнают.

Вы обратили внимание, что визитки постепенно выходят из употребления? Например, я и множество моих знакомых перестали носить их с собой, потому что достаточно набрать фамилию человека, чтобы найти его контакты. А если тебя нет в интернете, так, может, с тобой вообще не стоит дело иметь? Логика сейчас такая

А ведь ещё 15 лет назад всё было наоборот: если у тебя нет этого кусочка картона, ты как бы и не существуешь. Тогда на визитке пытались мелким шрифтом написать всё, что только можно: лауреат, дважды герой, академик… Сейчас это стало дурным тоном. Интересно — посмотри в Сети, что я собой представляю. То есть люди начали получать информацию по-другому, и это сильно влияет на образ мыслей.

Спросите меня: «В каком году была битва при Азенкуре?» — я вам тут же скажу. По всемирной истории проэкзаменуйте — все даты помню. А почему? В наше время чрезвычайно ценились эрудированные люди, а эрудиция понималась прежде всего как умение быстро извлечь из памяти нужную информацию. Сейчас это совершенно бесполезное качество. Нет смысла запоминать, что битва при Азенкуре была в 1415 году, потому что, если мне эта информация понадобится, я тут же её получу — из воздуха, условно говоря.

Если социальная среда требует людей определённого типа, они появляются, а если, наоборот, бракует — исчезают. На Западе люди вроде как более законопослушные, чем в России. Но 300–400 лет назад всё было совершенно иначе. Во времена Тридцатилетней войны немцев считали лгунами и бездельниками. Новые практики сначала силой врываются в быт, ломают традиции, но постепенно становятся естественными, и следующие поколения уже не понимают, как можно по-другому. Не думаю, что мы деградируем из-за гаджетов, — наоборот, они заставят нас стать лучше. А те, кто не станет, просто не выживут как зашедшая в тупик эволюционная ветвь.

Детство и юность

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер родился 12 августа 1887 года в семье солидного венского фабриканта Рудольфа Шрёдингера и дочери профессора-химика Георгины Эмилии Бренды Бауэр. Родители исповедовали разные религиозные взгляды, но одинаково интересовались образованием и наукой.

Embed from Getty ImagesЭрвин Шрёдингер в детстве с родителями и тетей

Отец, владевший предприятием по производству полиэтиленовых материалов, был ученым-любителем, который окончил высшую школу техники и председательствовал в ботанико-зоологическом обществе австро-венгерской столицы. Мать, предки которой жили в Британии, владела английским языком и получила воспитание, позволявшее участвовать в беседах с выпускниками крупнейших европейских вузов.

Это способствовало разностороннему развитию единственного сына, который с ранних лет увлекался чтением и изучал общеобразовательные предметы под руководством лучших гувернеров. Когда мальчику исполнилось 11 лет, он без труда поступил в старейшую Академическую гимназию и стал лучшим учеником класса по гуманитарным дисциплинам, включавшим изучение иностранных языков.

Embed from Getty ImagesЭрвин Шрёдингер в молодости

Эстетические взгляды Эрвина сформировались под влиянием театра, где регулярно шли постановки драматурга Франца Грильпарцера и других австрийских и зарубежных авторов. Вскоре предпочтения будущего ученого изменились, и, окончив школу, он решил изучать точные науки на физико-математических курсах Венского университета. Именно этот период стал ключевым в ранней биографии Шрёдингера, попавшего под влияние одного из членов знаменитой семьи Экснеров и познакомившегося с работами теоретика Фридриха Хазенёрля.

Овладев основами классической физики и теорией математических моделей явлений, Эрвин занялся экспериментами, впоследствии представленными в выпускной диссертации. Проект, посвященный изучению воздействия влажности на свойства электроизоляционных материалов, позволил молодому человеку успешно окончить обучение и в 1910 году получить докторскую степень по философии.

Нечеловеческий интеллект

Всё самое интересное сейчас происходит в области искусственного интеллекта — и чем дальше, тем больше. Очень забавную с философской точки зрения вещь сделал Илон Маск, который тоже серьёзно занимается ИИ в рамках программы OpenAI. Представьте себе компьютерную симуляцию поединка борцов сумо. Начинают они с хаотичных движений руками и ногами. Каждым из борцов управляет своя нейронная сетка, которая поощряет за победу — выталкивание соперника из круга, и штрафует за проигрыш. И спустя некоторое время сумоисты начинают двигаться как будто совершенно осмысленно: бросаются друг на друга, один вдруг пропускает — другой вылетает из круга… Они становятся мастерами! Это словно самозарождение жизни из грязи — появление интеллекта из ничего, понимаете? Прямо на наших глазах. Какая интересная история с философской точки зрения!

К нам недавно приезжал президент ­KAIST, Корейского института передовых технологий — самого продвинутого вуза Южной Кореи. Он рассказывал, что европейцы не понимают, каким шоком была для корейцев победа программы AlfaGo над их чемпионом по го, потому что каждый кореец знает, что эта игра не на расчёт — на интуицию. Для них го — важный элемент образования, там с первого класса факультатив по го, почти обязательный. Они считают, что эта игра сильно влияет на развитие интеллекта. Победа машины в го настолько их потрясла, что искусственный интеллект практически сразу был объявлен приоритетом номер один в Южной Корее — и сейчас это действительно так.

Недавно Оксфорд и Стэнфорд провели опрос среди участников NIPS — ведущего мирового форума по исследованиям в области искусственного интеллекта. Респондентов спрашивали: когда ИИ сможет…? Дальше шёл перечень примерно из 40 занятий, от стирки белья до доказательства теорем. И ни один из участников опроса не сказал «никогда»! Сроки варьировались от 3 лет до 15–20, но, повторю, никто не сказал «никогда».

Развитие искусственного интеллекта не исчерпывается глубоким обучением — у этого метода есть свои ограничения. Машинное обучение опирается на большие данные: задача может быть решена, только если есть достаточно данных. Но ведь ребёнок учится по-другому. Если показать ему фотографию жирафа, ребёнок раз и навсегда поймёт, кто такой жираф. Это называется few-shot learning — обучение на незначительном количестве примеров. Думаю, что и развитие искусственного интеллекта рано или поздно пойдёт по этому пути. Пока существенных успехов нет, но работа ведётся.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №1-2 (39-40) за январь-февраль 2018 г.

В чем заключается суть эксперимента — кот Шредингера

Знаменитый мыслительный эксперимент, кот Шредингера, поставил прославленный австрийский физик, Нобелевский лауреат — Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер.

Суть его эксперимента заключалась в следующем. В закрытую со всех сторон камеру был помещен кот. Камера оснащена специальным механизмом, который содержит радиоактивное ядро и ядовитый газ. Параметры работы механизма подобраны так, что вероятность распада радиоактивного ядра за один час составляет ровно 50%. Если ядро распадается, механизм срабатывает и открывает емкость с ядовитым газом, в результате чего кот Шредингера умирает.

Согласно законам квантовой механики, если за ядром не проводится наблюдений, то его состояния описываются по принципу суперпозиции двух базовых состояний – ядра не распавшегося и ядра распавшегося. Тут и возникает тот самый парадокс: сидящий в камере кот Шредингера может быть и мертв, и жив одновременно. Однако если камеру открыть, то наблюдатель увидит только одно какое-то состояние:

  • ядро распалось и кот Шредингера мертв;
  • ядро не распалось и кот Шредингера жив.

С точки зрения логики в результате экспериментатор будет иметь что-то одно: либо живого кота, либо мертвого. Но потенциально животное в камере находится в обоих состояниях сразу. Подобным экспериментом Эрвин Шредингер пытался доказать свое мнение об ограниченности квантовой механики.

Таким образом, можно заключить по итогам данного эксперимента, что кот в одной из своих потенциальных фаз «мертв» или «жив» приобретает эти свойства только после того, как в процесс вмешивается сторонний наблюдатель. Причем под наблюдателем здесь подразумевается конкретная личность, обладающая ясным зрением и сознанием. И пока этого наблюдателя нет, кот будет находиться в камере в подвешенном состоянии: между жизнью и смертью.

Не удивительно, что подобный эксперимент вызвал живой интерес и у коллег ученого, и у далеких от научного мира людей. Смысл происходящего с мифическим котом в оборудованной камере получило сразу несколько научных интерпретаций. Причем никто не мешает вывести свою разновидность объяснения и интерпретации того, жив ли кот Шредингера, или мертв.

Если рассматривать современную науку, то можно с уверенностью заявить, что на страницах исследований самых разных ученых со всего мира кот Шредингера живее всех живых. До сих пор периодически предлагаются решения этого известного парадокса и развиваются на его основе концепции в рамках весьма интересных разработок.

Приложения и тесты

Квантовая суперпозиция состояний кота Шредингера и влияние окружающей среды через декогеренцию

Описанный эксперимент является чисто теоретическим, и о том, что предложенная машина, неизвестно, была ли она сконструирована. Однако были проведены успешные эксперименты с использованием аналогичных принципов, например, суперпозиции относительно больших (по стандартам квантовой физики) объектов. Эти эксперименты не показывают, что объект размером с кошку может быть наложен друг на друга, но известный верхний предел « состояний кошки » был ими увеличен. Во многих случаях состояние недолговечно даже при охлаждении почти до абсолютного нуля .

  • «Состояние кошки» было достигнуто с помощью фотонов.
  • Ион бериллия был захвачен в наложенном состоянии.
  • Эксперимент с использованием сверхпроводящего квантового интерференционного устройства («СКВИД») был связан с темой мысленного эксперимента: «Состояние суперпозиции не соответствует миллиарду электронов, движущемуся в одну сторону, а миллиарду других — в другую сторону. Сверхпроводящие электроны движутся en masse. Все сверхпроводящие электроны в СКВИДе обтекают петлю в обоих направлениях одновременно, когда они находятся в состоянии кота Шредингера ».
  • Создан пьезоэлектрический «камертон», который может быть помещен в суперпозицию колебательного и не колеблющегося состояний. Резонатор состоит примерно из 10 триллионов атомов.
  • Предложен эксперимент с вирусом гриппа.
  • Предложен эксперимент с бактерией и электромеханическим осциллятором.

В квантовых вычислениях фраза «состояние кошки» иногда относится к состоянию GHZ , в котором несколько кубитов находятся в равной суперпозиции: все равны 0 и все равны 1; например,

|ψ⟩знак равно12(|00…⟩+|11…1⟩).{\ displaystyle | \ psi \ rangle = {\ frac {1} {\ sqrt {2}}} {\ bigg (} | 00 \ ldots 0 \ rangle + | 11 \ ldots 1 \ rangle {\ bigg)}.}

По крайней мере, одно предположение может дать возможность определить состояние кошки до того, как наблюдать за ней.

Фильм

  • В «Серьезном человеке» (2009), написанном братьями Коэн , главный герой Ларри Гопник упоминает кота Шредингера в дискуссии о непредсказуемости будущих событий.
  • В Repo Men (2010) персонаж Джуда Лоу упоминает пример с кошкой Шредингера в начале фильма.
  • В испанском фильме « 6 фильмов, чтобы не заснуть: Детская комната» (2006), журналист Доминго описывает кота Шредингера главному герою Хуану, чтобы объяснить существование параллельных миров.
  • В фильме «Престиж» (2006) Никола Тесла использует кошку, чтобы продемонстрировать машину, которую он делает для «Великого Дантона».
  • В « Принце тьмы» (1987) Уолтер и Кэтрин обсуждают кота Шредингера, причем Кэтрин понимает, а Вальтер — нет.
  • В снятом для телевидения фильме « Дрянные девчонки 2» один из персонажей носит рубашку с надписью «Спасите кота Шредингера».
  • В короткометражном фильме « Живой и мертвый» (2013) Desert Eagle Pictures ситуация с главной героиней Синтией во многих отношениях идет параллельно с мысленным экспериментом Шредингера с кошкой. Это различие наиболее заметно в классе, где учитель физики в средней школе читает лекцию о вышеупомянутом кошачьем.
  • В малобюджетном научно-фантастическом фильме « Когерентность» (2013) кошка Шредингера — это принцип, управляющий альтернативными вселенными, которые происходят во время фильма.

Суть эксперимента с котом Шредингера

Мысленный эксперимент, в котором прославился безымянный кот, впервые был опубликован в научной прессе в 1935 г. В этот далекий от нас день Эрвин Шредингер еще не знал, что вскоре после публикации его «образное мышление» так взбудоражит широкие общественные массы, потому писал, наверное, несколько наукообразно и без оглядок на защитников вымышленных животных. Итак, вот адаптированная выдержка из научной работы известного физика:

Механизм мысленного эксперимента «Кот Шредингера»:

А. Имеем металлическую камеру, в которую собираемся посадить кота. В этой самой камере уже есть устройство с ядовитым газом, которое в действие может привести распад одного атома радиоактивного вещества. За один час эксперимента вероятность распада атома пятьдесят на пятьдесят. Если по истечению шестидесяти минут атом не распался – коту повезло – газ не будет распылен в металлической камере.

Б. Засовываем бедолагу кота в металлическую камеру и начинаем гадать живой он или нет!

В. Причем здесь квантовая механика? С ее позиции и кот, и атомное ядро одномоментно пребывают в двух состояниях. Для квантовой суперпозиции это в целом характерно. В нашем случае, до момента, как мы заглянем в металлическую камеру, что кот, что ядро атома с вероятностью в пятьдесят процентов пребывают в состоянии «животное погибло, ядро уже не существует», и одновременно со схожей вероятностью — «животное здравствует, ядро цело». У кота, таким образом, уникальный статус – в один и тот же промежуток времени он мертв и одновременно жив.

Г. Современные интерпретаторы мысленного эксперимента австрийского ученого утверждают, что животное в одно и то же время мертво и здравствует, причем без каких бы то ни было промежуточных стадий. При этом процесс выбора состояния распада или не распада ядра имеет место лишь в момент, когда сторонний наблюдатель заглядывает в металлическую камеру. Это происходит в момент, когда ядро распознается детектором в счетчике Гейгера. В действительности же, редукция волновой функции взаимодействия «животное-детектор-атомное ядро» с наблюдателем никак не связана. Зато эта связь имеется именно с детектором, так как именно он выступает в качестве наблюдателя для атомного ядра.

Квантовая вероятность

До 1920-х годов физики с уверенностью предсказывали результаты экспериментов. Но квантовая теория, по-видимому, изначально вероятностна: до тех пор, пока свойства системы не будут измерены, они могут охватывать мириады значений. Эта суперпозиция коллапсирует в одно состояние только при наблюдении за системой, и физики не могут точно предсказать, каким будет это состояние. Вигнер придерживался популярной тогда точки зрения, что сознание каким-то образом вызывает коллапс суперпозиции. Таким образом, его гипотетический друг определит результат, когда он или она произведут измерения – и Вигнер никогда не увидит его или ее в суперпозиции.

С тех пор эта точка зрения вышла из моды. «Люди, занимающиеся основами квантовой механики, быстро отвергают точку зрения Вигнера как призрачную и неопределенную, потому что она делает наблюдателей особенными»,-говорит Дэвид Чалмерс, философ и когнитивист из Нью-Йоркского университета. Сегодня большинство физиков сходятся во мнении, что неодушевленные объекты могут вывести квантовые системы из суперпозиции с помощью процесса, известного как декогеренция.

Конечно, исследователи, пытающиеся манипулировать сложными квантовыми суперпозициями в лаборатории могут обнаружить, что их тяжелая работа разрушается быстрыми частицами воздуха, сталкивающимися с их системами. Поэтому они проводят испытания при ультракоротких температурах и пытаются изолировать аппараты от вибраций.

Отмечу, что за последние десятилетия появилось несколько конкурирующих интерпретаций, наиболее экзотической из которых является точка зрения «многих миров», согласно которой всякий раз, когда вы делаете квантовое измерение, реальность разрушается, создавая параллельные вселенные. Таким образом, друг Вигнера разделился бы на две копии и действительно смог бы измерить нахождение в суперпозиции вне лаборатории.

Альтернативная «Бомовская» теория (названная в честь физика Дэвида Бома) гласит, что на фундаментальном уровне квантовые системы действительно обладают определенными свойствами; мы просто недостаточно знаем об этих системах, чтобы точно предсказать их поведение. Другая интригующая интерпретация называется ретрокаузальностью. Согласно ей события в будущем влияют на прошлое.

Квантовая физика похожа на магию

Другие модели, называемые теориями коллапса, действительно дают проверяемые предсказания. Эти модели опираются на механизм, который заставляет квантовую систему коллапсировать, когда она становится слишком большой, одновременно объясняя, почему кошки, люди и другие макроскопические объекты не могут находиться в суперпозиции. Ведутся эксперименты по поиску сигнатур таких коллапсов, но пока исследователи ничего не нашли. Квантовые физики также помещают все более крупные объекты в суперпозицию: в 2019 команда в Вене сообщила, что делает это с молекулой в 2000 атомов.

Большинство квантовых интерпретаций гласят, что нет никаких причин, по которым эти усилия по сверхразмерным суперпозициям не должны продолжаться вечно, предполагая, что исследователи могут разработать правильные эксперименты в первозданных лабораторных условиях, чтобы избежать декогеренции.