Эрвин Шредингер (Erwin Schrödinger) – австрийский физик и один из основателей квантовой механики. Он родился 12 августа 1887 года в Вене, учился в университетах Вены и Берлина, а потом работал в университете Цюриха и в Дублинском университете, где и был награжден Нобелевской премией по физике в 1933 году.
Фото: Midjourney
Ученый известен своим вкладом в разработку волновой функции и уравнения Шредингера, которые стали основой квантовой механики. Также он известен своим знаменитым «парадоксом Шредингера» – экспериментом с котом, который иллюстрирует принцип суперпозиции состояний в квантовой физике.
Заметка Как и все гении, он был немного эксцентричен. Одним из увлечений ученого были путешествия с рюкзаком за спиной. Из-за этого ему чуть не отказали в заселении в гостиницу, когда он прибыл на конференцию для нобелевских лауреатов в Брюсселе. Дело в том, что в таком виде, без привычных персоналу отеля чемоданов и в дорожном костюме, Шредингер выглядел как бродяга. Однако после долгих споров его все же заселили.
Кот Шредингера стал символом и мемом современности. Давайте разберемся, что случилось с этим котом и почему он так знаменит. Идея эксперимента заключается в следующем. В закрытом ящике находится кот, рядом с которым находится радиоактивный источник, счетчик Гейгера и флакон с ядерным веществом. Радиоактивный источник в течении часа с 50% вероятностью может выбросить частицу. Если частица выбросится, то счетчик это обнаружит и активирует устройство для разбивания флакона с ядовитым веществом, что приведет к гибели кота. Если частица не выбросится, то кот останется жив. Мы не знаем точно, что в каждый из моментов происходит с котом – активирован яд или нет. То есть объект может существовать в нескольких состояниях одновременно, пока никто за ним не наблюдает. Такое двойственное состояние называется суперпозицией.
На самом деле, конечно, никаких котов в ящик не сажали, эксперимент выполнялся только в воображении ученого. Особенность эксперимента Шредингера в уникальном способе демонстрации принципа квантовой суперпозиции. Это отличает его от привычных классических опытов и подчеркивает странность и необычность квантовой механики. Итоговый же вопрос звучит так: когда система перестаёт существовать как нечто двойственное и переходит к конкретному состоянию?
Копенгагенская интерпретация эксперимента кота Шредингера считается классическим подходом к пониманию квантовой механики. По мнению этой интерпретации, кот находится в суперпозиции состояний жив и мертв до момента измерения его состояния. И только при измерении состояния кота, его состояние фиксируется.
Тут интересно то, что эта интерпретация утверждает, что объект макромира не может находиться в суперпозиции, а вот ядро атома радиоактивного вещества – может. Но в этом случае непонятно, когда и при каких условиях частица выбирает одно из двух положений.
Юджин Вигнер ввел в эксперимент друзей, которые постепенно узнают, что кот умер. И до тех пор, пока все не узнают о результатах эксперимента, в чьем-то сознании кот жив. То есть до этого момента он опять же находится в суперпозиции. Интерпретация Вигнера предполагает, что объекты в квантовом мире могут быть одновременно частицами и волнами, и их состояние зависит от контекста наблюдения.
Интерпретация Хью Эверетта предполагает, что каждый возможный исход в квантовой системе реализуется в собственной вселенной, что делает возможным существование параллельных вселенных. Она предполагает, что наблюдатель сам попадает одновременно в два состояния, где он одновременно видит живого и мертвого кота. Таким образом, кот и наблюдатель как бы существуют одновременно в двух мирах, но с разным исходом эксперимента.
Эксперимент кота Шредингера используется в науке для иллюстрации принципов квантовой механики и обсуждения основных понятий, таких как суперпозиция состояний и волновая функция. Он также используется для объяснения труднопонимаемых концепций квантовой теории, таких как квантовое измерение и квантовое взаимодействие между частицами.
Сейчас эксперимент с котом Шредингера используют, например, в разработке квантовых компьютеров, в криптографии для создания безопасных коммуникаций, а также в медицине для создания новых методов диагностики и лечения.
Квантовые компьютеры могут обрабатывать информацию в нескольких состояниях одновременно, что позволяет им решать задачи быстрее классических компьютеров.
Квантовая криптография использует принцип суперпозиции для создания криптосистем, устойчивых к взлому и подделке.
В медицине исследуются возможности использования квантовых явлений для создания точной диагностики и инновационных методов лечения различных заболеваний.
