เกี่ยวกับแมวของSchrödingerด้วยคำง่ายๆ ความขัดแย้งของแมวของชโรดิงเงอร์ อธิบายความหมาย

มีคุณภาพ "รอง" ชนิดหนึ่ง ตัวเขาเองแทบจะไม่ได้จัดการกับปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจงเลย ประเภทงานที่เขาชื่นชอบคือการตอบสนองต่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของผู้อื่น การพัฒนางานนี้ หรือการวิจารณ์งานนี้ แม้ว่าชโรดิงเงอร์เองก็เป็นนักปัจเจกนิยมโดยธรรมชาติ แต่เขาต้องการความคิดจากคนอื่นอยู่เสมอ เพื่อรับการสนับสนุนในการทำงานต่อไป แม้จะมีแนวทางที่แปลกประหลาดนี้ Schrödinger ก็สามารถค้นพบสิ่งต่างๆ มากมายได้

ข้อมูลชีวประวัติ

ปัจจุบัน ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์เป็นที่รู้จักไม่เฉพาะกับนักศึกษาภาควิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์เท่านั้น จะเป็นที่สนใจของทุกคนที่สนใจวิทยาศาสตร์สมัยนิยม ทฤษฎีนี้ถูกสร้างขึ้น นักฟิสิกส์ชื่อดัง E. Schrödinger ผู้ซึ่งลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะหนึ่งในผู้สร้างกลศาสตร์ควอนตัม นักวิทยาศาสตร์เกิดเมื่อวันที่ 12 สิงหาคม พ.ศ. 2430 ในครอบครัวเจ้าของโรงงานผ้าน้ำมัน นักวิทยาศาสตร์ในอนาคตซึ่งโด่งดังไปทั่วโลกในเรื่องปริศนาของเขาชอบพฤกษศาสตร์และการวาดภาพตั้งแต่ยังเป็นเด็ก ที่ปรึกษาคนแรกของเขาคือพ่อของเขา ในปี 1906 Schrödinger เริ่มศึกษาที่มหาวิทยาลัยเวียนนา ซึ่งในระหว่างนั้นเขาเริ่มชื่นชมฟิสิกส์ เมื่อสงครามโลกครั้งที่หนึ่งมาถึง นักวิทยาศาสตร์ไปรับราชการเป็นทหารปืนใหญ่ ใน เวลาว่างศึกษาทฤษฎีของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

เมื่อถึงต้นปี 1927 สถานการณ์อันน่าตกใจได้พัฒนาไปในทางวิทยาศาสตร์ E. Schrödingerเชื่อว่าพื้นฐานของทฤษฎีกระบวนการควอนตัมควรเป็นแนวคิดเรื่องความต่อเนื่องของคลื่น ในทางกลับกันไฮเซนเบิร์กเชื่อว่ารากฐานสำหรับสาขาความรู้นี้ควรเป็นแนวคิดเรื่องความไม่ต่อเนื่องของคลื่นตลอดจนแนวคิดเรื่องการก้าวกระโดดของควอนตัม Niels Bohr ไม่ยอมรับตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์

ชโรดิงเงอร์ได้รับรางวัลโนเบลจากการสร้างสรรค์แนวคิดกลศาสตร์คลื่นในปี พ.ศ. 2476 อย่างไรก็ตาม เมื่อนำขึ้นมาตามประเพณีของฟิสิกส์คลาสสิก นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถคิดในหมวดหมู่อื่นได้ และไม่ได้ถือว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นสาขาความรู้ที่เต็มเปี่ยม เขาไม่พอใจกับพฤติกรรมสองประการของอนุภาค และเขาพยายามลดพฤติกรรมนี้ให้เหลือเพียงพฤติกรรมของคลื่นเท่านั้น ในการสนทนากับ N. Bohr ชโรดิงเงอร์กล่าวไว้ดังนี้: "หากเราวางแผนที่จะรักษาการก้าวกระโดดของควอนตัมเหล่านี้ในทางวิทยาศาสตร์ ฉันมักจะเสียใจที่เชื่อมโยงชีวิตของฉันกับฟิสิกส์ปรมาณู"

ผลงานต่อไปของนักวิจัย

ยิ่งไปกว่านั้น Schrödinger ไม่เพียงแต่เป็นหนึ่งในผู้สร้างกลศาสตร์ควอนตัมสมัยใหม่เท่านั้น เขาเองที่เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่แนะนำคำว่า "วัตถุประสงค์ของคำอธิบาย" มาใช้ทางวิทยาศาสตร์ นี่คือความสามารถของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ในการอธิบายความเป็นจริงโดยไม่ต้องมีผู้สังเกตการณ์มีส่วนร่วม การวิจัยเพิ่มเติมของเขามุ่งเน้นไปที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพ กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ และไฟฟ้าพลศาสตร์ที่เกิดแบบไม่เชิงเส้น นักวิทยาศาสตร์ยังได้พยายามหลายครั้งเพื่อสร้างทฤษฎีสนามแบบครบวงจร นอกจากนี้ อี. ชโรดิงเงอร์ยังพูดได้หกภาษา

ปริศนาที่มีชื่อเสียงที่สุด

ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ซึ่งมีแมวตัวเดียวกันปรากฏขึ้นนั้น เกิดขึ้นจากการวิพากษ์วิจารณ์ของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัม หลักสมมุติฐานข้อหนึ่งระบุว่าในขณะที่ระบบไม่ได้ถูกสังเกต ระบบจะอยู่ในสถานะซ้อนทับ กล่าวคือในสองรัฐขึ้นไปที่แยกการดำรงอยู่ของกันและกัน สถานะของการซ้อนในวิทยาศาสตร์มีคำจำกัดความดังต่อไปนี้: นี่คือความสามารถของควอนตัมซึ่งอาจเป็นอิเล็กตรอน โฟตอน หรือตัวอย่างเช่น นิวเคลียสของอะตอม ที่จะอยู่ในสองสถานะหรือแม้แต่สองจุดพร้อมกัน ในอวกาศในช่วงเวลาที่ไม่มีใครสังเกตเห็นมัน

วัตถุในโลกต่างๆ

เป็นเรื่องยากมากสำหรับคนธรรมดาที่จะเข้าใจคำจำกัดความดังกล่าว ท้ายที่สุดแล้ว วัตถุทุกชิ้นในโลกวัตถุสามารถอยู่ที่จุดหนึ่งในอวกาศหรืออีกจุดหนึ่งได้ ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ ผู้สังเกตการณ์หยิบกล่องสองกล่องแล้วใส่ลูกเทนนิสไว้ในกล่องหนึ่ง จะชัดเจนว่าอยู่ในกล่องเดียวไม่ใช่ในอีกกล่อง แต่ถ้าคุณใส่อิเล็กตรอนลงในภาชนะใดภาชนะหนึ่งข้อความต่อไปนี้จะเป็นจริง: อนุภาคนี้อยู่พร้อมกันในสองกล่องไม่ว่ามันจะดูขัดแย้งกันแค่ไหนก็ตาม ในทำนองเดียวกัน อิเล็กตรอนในอะตอมไม่ได้อยู่ที่จุดที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในคราวเดียวหรืออย่างอื่น มันหมุนรอบแกนกลางซึ่งอยู่ที่ทุกจุดของวงโคจรพร้อมกัน ในทางวิทยาศาสตร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “เมฆอิเล็กตรอน”

นักวิทยาศาสตร์ต้องการพิสูจน์อะไร?

ดังนั้นพฤติกรรมของวัตถุขนาดเล็กและขนาดใหญ่จึงถูกนำไปใช้ตามกฎที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ในโลกควอนตัมมีกฎอยู่บ้าง แต่ในโลกมาโครนั้นมีกฎที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม ไม่มีแนวคิดที่จะอธิบายการเปลี่ยนแปลงจากโลกของวัตถุวัตถุที่ผู้คนคุ้นเคยไปสู่โลกใบเล็ก ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นถึงความไม่เพียงพอของการวิจัยในสาขาฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์ต้องการแสดงให้เห็นว่ามีวิทยาศาสตร์ที่มีเป้าหมายในการอธิบายวัตถุขนาดเล็ก และมีสาขาความรู้ที่ศึกษาวัตถุธรรมดา ต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์เป็นส่วนใหญ่ ฟิสิกส์ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน: ควอนตัมและคลาสสิก

ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์: คำอธิบาย

นักวิทยาศาสตร์บรรยายถึงการทดลองทางความคิดอันโด่งดังของเขาในปี 1935 ในการดำเนินการ Schrödinger อาศัยหลักการของการซ้อนทับ ชโรดิงเงอร์เน้นย้ำว่าตราบใดที่เราไม่ได้สังเกตโฟตอน มันก็อาจเป็นได้ทั้งอนุภาคหรือคลื่น ทั้งสีแดงและสีเขียว ทั้งกลมและสี่เหลี่ยม หลักการของความไม่แน่นอนนี้ ซึ่งตามมาจากแนวคิดเรื่องทวินิยมควอนตัมโดยตรง ถูกใช้โดยชโรดิงเงอร์ในปริศนาอันโด่งดังเกี่ยวกับแมว ความหมายของการทดลองโดยย่อมีดังนี้:

• วางแมวไว้ในกล่องปิดรวมทั้งภาชนะที่บรรจุกรดไฮโดรไซยานิกและสารกัมมันตภาพรังสี
• นิวเคลียสสามารถสลายตัวได้ภายในหนึ่งชั่วโมง ความน่าจะเป็นของสิ่งนี้คือ 50%
• หากนิวเคลียสของอะตอมสลายตัว นิวเคลียสจะถูกบันทึกโดยเครื่องนับไกเกอร์ กลไกจะทำงานและกล่องยาพิษก็จะพัง แมวจะตาย..
• หากไม่มีความเน่าเปื่อย แมวของชโรดิงเงอร์ก็จะมีชีวิตอยู่

ตามทฤษฎีนี้ จนกระทั่งแมวถูกสังเกต มันก็อยู่ในสองสถานะพร้อมกัน (ตายและมีชีวิต) เช่นเดียวกับนิวเคลียสของอะตอม (สลายตัวหรือไม่สลายตัว) แน่นอนว่าสามารถทำได้ตามกฎหมายเท่านั้น โลกควอนตัม- ในจักรวาลมหภาค แมวไม่สามารถเป็นทั้งชีวิตและตายในเวลาเดียวกันได้

Paradox ของผู้สังเกตการณ์

เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ จำเป็นต้องเข้าใจความขัดแย้งของผู้สังเกตการณ์ด้วย ความหมายของมันคือวัตถุของโลกใบเล็กสามารถอยู่ในสองสถานะพร้อมกันได้เฉพาะเมื่อไม่ได้สังเกตเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สิ่งที่เรียกว่า “การทดลอง 2 กรีดและผู้สังเกตการณ์” เป็นที่รู้จักในทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์เล็งลำแสงอิเล็กตรอนไปบนแผ่นทึบแสงซึ่งมีรอยกรีดแนวตั้งสองช่อง บนหน้าจอด้านหลังจาน อิเล็กตรอนวาดลวดลายคลื่น กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาทิ้งแถบขาวดำไว้ เมื่อนักวิจัยต้องการสังเกตว่าอิเล็กตรอนบินผ่านรอยแยกได้อย่างไร อนุภาคจะแสดงแถบแนวตั้งเพียงสองแถบบนหน้าจอ พวกมันมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค ไม่เหมือนคลื่น

คำอธิบายโคเปนเฮเกน

คำอธิบายสมัยใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีของชโรดิงเงอร์เรียกว่าโคเปนเฮเกน จากความขัดแย้งของผู้สังเกต ดูเหมือนว่า: ตราบใดที่ไม่มีใครสังเกตเห็นนิวเคลียสของอะตอมในระบบ มันก็จะอยู่ในสองสถานะพร้อมกัน - สลายตัวและไม่สลายตัว อย่างไรก็ตาม ข้อความที่ว่าแมวเป็นและตายในเวลาเดียวกันนั้นถือเป็นความผิดพลาดอย่างยิ่ง ท้ายที่สุดแล้ว ในจักรวาลมหภาคนั้น ไม่เคยมีการสังเกตปรากฏการณ์เดียวกันนี้เหมือนกับในพิภพเล็ก ๆ

ดังนั้นเราจึงไม่ได้พูดถึงระบบ "cat-nucleus" แต่เกี่ยวกับความจริงที่ว่าตัวนับไกเกอร์และนิวเคลียสของอะตอมนั้นเชื่อมโยงถึงกัน เคอร์เนลสามารถเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งในขณะที่ทำการวัด อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกนี้จะไม่เกิดขึ้นในขณะที่ผู้ทดลองเปิดกล่องพร้อมกับแมวของชโรดิงเงอร์ อันที่จริงการเปิดกล่องเกิดขึ้นในจักรวาลมหภาค กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในระบบที่อยู่ห่างไกลจากโลกอะตอมมาก ดังนั้น นิวเคลียสจึงเลือกสถานะได้อย่างแม่นยำในขณะที่มันกระทบกับเครื่องนับถอยหลังไกเกอร์ ดังนั้น เออร์วิน ชโรดิงเงอร์จึงไม่ได้อธิบายระบบนี้ครบถ้วนเพียงพอในการทดลองทางความคิดของเขา

ข้อสรุปทั่วไป

ดังนั้นจึงไม่ถูกต้องทั้งหมดที่จะเชื่อมโยงระบบมหภาคกับโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์ ในจักรวาลมหภาค กฎควอนตัมสูญเสียพลังไป นิวเคลียสของอะตอมสามารถอยู่ในสองสถานะพร้อมกันได้เฉพาะในพิภพเล็ก ๆ เท่านั้น สิ่งเดียวกันนี้ไม่สามารถพูดเกี่ยวกับแมวได้เนื่องจากมันเป็นวัตถุของจักรวาลมหภาค ดังนั้นเพียงแวบแรกดูเหมือนว่าแมวจะผ่านจากการซ้อนทับไปยังสถานะใดสถานะหนึ่งในขณะที่เปิดกล่อง ในความเป็นจริงชะตากรรมของมันถูกกำหนดในขณะที่นิวเคลียสของอะตอมมีปฏิกิริยากับเครื่องตรวจจับ สรุปได้ดังนี้ สถานะของระบบในปริศนาของเออร์วิน ชโรดิงเงอร์ไม่เกี่ยวข้องกับบุคคลนั้นเลย มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับผู้ทดลอง แต่ขึ้นอยู่กับเครื่องตรวจจับ - วัตถุที่ "สังเกต" นิวเคลียส

ความต่อเนื่องของแนวคิด

ทฤษฎีชโรดิงเงอร์ ด้วยคำพูดง่ายๆอธิบายไว้ดังนี้ ขณะที่ผู้สังเกตไม่ได้มองดูระบบ ก็อาจอยู่ใน 2 สถานะพร้อมกันได้ อย่างไรก็ตาม ยูจีน วิกเนอร์ นักวิทยาศาสตร์อีกคน ก้าวไปไกลกว่านั้นและตัดสินใจนำแนวคิดของชโรดิงเงอร์ไปสู่จุดที่ไร้สาระโดยสิ้นเชิง “ขอโทษนะ!” วิกเนอร์พูด “จะเป็นอย่างไรถ้าเพื่อนร่วมงานของเขายืนอยู่ข้างผู้ทดลองที่กำลังดูแมวอยู่” พันธมิตรไม่ทราบว่าผู้ทดลองเห็นอะไรในขณะที่เขาเปิดกล่องพร้อมกับแมว แมวของชโรดิงเงอร์โผล่ออกมาจากการซ้อนทับ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่สำหรับเพื่อนผู้สังเกตการณ์ เฉพาะช่วงเวลาที่ชะตากรรมของแมวรู้กันในที่สุดสัตว์นั้นจะถูกเรียกว่าเป็นหรือตายในที่สุด นอกจากนี้ ผู้คนหลายพันล้านอาศัยอยู่บนโลกนี้ และการตัดสินขั้นสุดท้ายจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อผลลัพธ์ของการทดลองกลายเป็นทรัพย์สินของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แน่นอน คุณสามารถบอกทุกคนเกี่ยวกับชะตากรรมของแมวและทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ได้ในเวลาสั้นๆ แต่นี่เป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก

หลักการของทวินิยมควอนตัมในฟิสิกส์ไม่เคยถูกปฏิเสธโดยการทดลองทางความคิดของชโรดิงเงอร์ ในแง่หนึ่ง สามารถกล่าวได้ว่าสิ่งมีชีวิตทุกตัวไม่มีชีวิตหรือตาย (ในการซ้อนทับ) ตราบใดที่มีคนอย่างน้อยหนึ่งคนไม่เฝ้าดูมัน

บทความนี้อธิบายว่าทฤษฎีของชโรดิงเงอร์คืออะไร การมีส่วนร่วมของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนนี้เพื่อ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่และยังอธิบายถึงการทดลองทางความคิดที่เขาคิดค้นเกี่ยวกับแมวด้วย ขอบเขตของการประยุกต์ใช้ความรู้ประเภทนี้มีสรุปโดยย่อ

เออร์วิน ชโรดิงเงอร์

แมวฉาวโฉ่ที่ไม่มีชีวิตหรือตาย กำลังถูกนำไปใช้ทุกที่ มีการสร้างภาพยนตร์เกี่ยวกับเขา ชุมชนเกี่ยวกับฟิสิกส์และสัตว์ต่างๆ ได้รับการตั้งชื่อตามเขา มีแม้กระทั่งแบรนด์เสื้อผ้าด้วยซ้ำ แต่คนส่วนใหญ่มักหมายถึงความขัดแย้งกับแมวที่โชคร้าย แต่ผู้คนมักจะลืมเกี่ยวกับผู้สร้าง Erwin Schrödinger เขาเกิดที่เวียนนา ซึ่งขณะนั้นเป็นส่วนหนึ่งของออสเตรีย-ฮังการี เขาเป็นทายาทของครอบครัวที่มีการศึกษาสูงและร่ำรวย รูดอล์ฟพ่อของเขาผลิตเสื่อน้ำมันและลงทุนด้านวิทยาศาสตร์เหนือสิ่งอื่นใด แม่ของเขาเป็นลูกสาวของนักเคมี และเออร์วินมักจะไปฟังการบรรยายของคุณปู่ที่สถาบันการศึกษา

เนื่องจากคุณย่าของนักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งเป็นชาวอังกฤษ เขาจึงสนใจ ภาษาต่างประเทศและเชี่ยวชาญภาษาอังกฤษได้อย่างสมบูรณ์แบบ ไม่น่าแปลกใจเลยที่โรงเรียนชโรดิงเงอร์อยู่ในอันดับต้นๆ ของชั้นเรียนทุกปี และที่มหาวิทยาลัยเขาก็ถามคำถามยากๆ วิทยาศาสตร์ต้นศตวรรษที่ 20 ได้ระบุถึงความไม่สอดคล้องกันระหว่างฟิสิกส์คลาสสิกที่เข้าใจได้มากขึ้นกับพฤติกรรมของอนุภาคในโลกไมโครและนาโน ฉันทุ่มเทกำลังทั้งหมดเพื่อแก้ไขความขัดแย้งที่เกิดขึ้น

มีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์

เริ่มต้นด้วยการกล่าวว่านักฟิสิกส์คนนี้มีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์หลายสาขา อย่างไรก็ตาม เมื่อเราพูดว่า "ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์" เราไม่ได้หมายถึงคำอธิบายสีที่เขาสร้างขึ้นที่กลมกลืนทางคณิตศาสตร์ แต่หมายถึงการมีส่วนร่วมของเขาในกลศาสตร์ควอนตัม ในสมัยนั้นเทคโนโลยี การทดลอง และทฤษฎีเป็นของคู่กัน การถ่ายภาพพัฒนาขึ้น บันทึกสเปกตรัมแรก และค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี นักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับผลลัพธ์มีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับนักทฤษฎี พวกเขาเห็นด้วย เกื้อกูลซึ่งกันและกัน และโต้แย้งกัน มีการสร้างโรงเรียนใหม่และสาขาวิทยาศาสตร์ขึ้น โลกเริ่มเปล่งประกายด้วยสีสันที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง และมนุษยชาติได้รับความลึกลับใหม่ แม้ว่าเครื่องมือทางคณิตศาสตร์จะซับซ้อน แต่ถ้าจะอธิบายว่าทฤษฎีของชโรดิงเงอร์คืออะไร ในภาษาง่ายๆสามารถ.

โลกควอนตัมเป็นเรื่องง่าย!

ขณะนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าขนาดของวัตถุที่กำลังศึกษาส่งผลโดยตรงต่อผลลัพธ์ วัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาจะขึ้นอยู่กับแนวคิดของฟิสิกส์คลาสสิก ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ใช้ได้กับวัตถุที่มีขนาดตั้งแต่ 100 x 100 นาโนเมตรหรือเล็กกว่านั้น และบ่อยครั้งที่เรากำลังพูดถึงแต่ละอะตอมและอนุภาคขนาดเล็ก ดังนั้นแต่ละองค์ประกอบของระบบไมโครจึงมีคุณสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่นพร้อมกัน (ความเป็นคู่ของคลื่น-อนุภาค) จากโลกวัตถุ อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน ฯลฯ มีคุณลักษณะเฉพาะด้วยมวลและความเฉื่อย ความเร็ว และความเร่งที่เกี่ยวข้อง จากคลื่นทางทฤษฎี - พารามิเตอร์ เช่น ความถี่และเสียงสะท้อน เพื่อที่จะเข้าใจว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ได้อย่างไรในเวลาเดียวกัน และเหตุใดจึงแยกจากกันไม่ได้ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องพิจารณาความเข้าใจทั้งหมดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารอีกครั้ง

ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์บอกเป็นนัยว่าในทางคณิตศาสตร์ คุณสมบัติทั้งสองนี้มีความสัมพันธ์กันผ่านโครงสร้างที่เรียกว่าฟังก์ชันคลื่น การค้นหา คำอธิบายทางคณิตศาสตร์แนวคิดนี้ทำให้ชโรดิงเงอร์ได้รับรางวัลโนเบล อย่างไรก็ตาม ความหมายทางกายภาพที่ผู้เขียนอ้างถึงนั้นไม่ตรงกับแนวคิดของ Bohr, Sommerfeld, Heisenberg และ Einstein ผู้ก่อตั้งสิ่งที่เรียกว่าการตีความโคเปนเฮเกน นี่คือที่มาของ "ความขัดแย้งของแมว"

ฟังก์ชั่นคลื่น

เมื่อเราพูดถึงพิภพเล็ก ๆ ของอนุภาคมูลฐาน แนวคิดที่มีอยู่ในมาโครสเกลจะสูญเสียความหมายไป เช่น มวล ปริมาตร ความเร็ว ขนาด และความน่าจะเป็นที่สั่นคลอนก็เกิดขึ้นเอง วัตถุขนาดนี้เป็นไปไม่ได้สำหรับมนุษย์ที่จะจับภาพ - ผู้คนมีวิธีการศึกษาทางอ้อมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น แถบแสงบนหน้าจอหรือฟิล์มที่ละเอียดอ่อน จำนวนคลิก ความหนาของฟิล์มที่พ่น อย่างอื่นเป็นพื้นที่ของการคำนวณ

ทฤษฎีของชโรดิงเงอร์มีพื้นฐานอยู่บนสมการที่นักวิทยาศาสตร์คนนี้ได้มา และองค์ประกอบที่สำคัญคือฟังก์ชันคลื่น อธิบายประเภทและคุณสมบัติควอนตัมของอนุภาคที่กำลังศึกษาได้อย่างไม่คลุมเครือ เชื่อกันว่าฟังก์ชันคลื่นแสดงสถานะของอิเล็กตรอน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ตัวมันเองไม่มีความหมายทางกายภาพซึ่งตรงกันข้ามกับความคิดของผู้เขียน มันเป็นเพียงเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่สะดวก เนื่องจากบทความของเรานำเสนอทฤษฎีของชโรดิงเงอร์ในรูปแบบง่ายๆ สมมติว่ากำลังสองของฟังก์ชันคลื่นอธิบายความน่าจะเป็นในการค้นหาระบบในสถานะที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

แมวเป็นตัวอย่างของวัตถุแมโคร

ผู้เขียนเองไม่เห็นด้วยกับการตีความนี้ซึ่งเรียกว่าการตีความแบบโคเปนเฮเกนจนกระทั่งถึงวาระสุดท้ายของชีวิต เขารู้สึกรังเกียจกับความคลุมเครือของแนวคิดเรื่องความน่าจะเป็น และเขายืนกรานในเรื่องความชัดเจนของฟังก์ชัน ไม่ใช่กำลังสอง

เพื่อเป็นตัวอย่างของความไม่สอดคล้องกันของแนวคิดดังกล่าว เขาแย้งว่าในกรณีนี้ โลกใบเล็กๆ จะมีอิทธิพลต่อวัตถุขนาดมหึมา ทฤษฎีดำเนินไปดังนี้: หากคุณวางสิ่งมีชีวิต (เช่น แมว) และแคปซูลที่มีก๊าซพิษไว้ในกล่องปิดผนึก ซึ่งจะเปิดออกหากองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีบางชนิดสลายตัว และยังคงปิดอยู่หากไม่มีการสลายตัวเกิดขึ้น ก่อนเปิดกล่องเราจะพบกับความขัดแย้ง ตามแนวคิดควอนตัม อะตอมของธาตุกัมมันตภาพรังสีจะสลายตัวโดยมีความน่าจะเป็นไปได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ดังนั้น ก่อนการตรวจจับด้วยการทดลอง อะตอมจึงมีความสมบูรณ์และไม่เสียหาย และตามทฤษฎีของชโรดิงเงอร์กล่าวไว้ ความน่าจะเป็นที่แมวทั้งตายและยังมีชีวิตอยู่มีเปอร์เซ็นต์เท่ากัน ซึ่งคุณคงเห็นว่าไร้สาระเพราะเมื่อเราเปิดกล่องเราจะพบเพียงสถานะของสัตว์เพียงสถานะเดียว และในภาชนะปิด ถัดจากแคปซูลมรณะ แมวอาจตายหรือมีชีวิตอยู่ก็ได้ เนื่องจากตัวบ่งชี้เหล่านี้ไม่ต่อเนื่องกันและไม่ได้หมายความถึงตัวเลือกระดับกลาง

มีคำอธิบายเฉพาะเจาะจงแต่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์อย่างสมบูรณ์สำหรับปรากฏการณ์นี้: ในกรณีที่ไม่มีเงื่อนไขที่จำกัดเวลาในการกำหนดสถานะเฉพาะของแมวสมมุติ การทดลองนี้จึงขัดแย้งกันอย่างไม่ต้องสงสัย อย่างไรก็ตาม กฎทางกลควอนตัมไม่สามารถใช้กับวัตถุมาโครได้ ยังไม่สามารถวาดขอบเขตระหว่างโลกใบเล็กกับโลกธรรมดาได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม สัตว์ที่มีขนาดเท่าแมวถือเป็นวัตถุมาโครอย่างไม่ต้องสงสัย

การประยุกต์กลศาสตร์ควอนตัม

เช่นเดียวกับปรากฏการณ์อื่นๆ แม้แต่ในเชิงทฤษฎี คำถามก็เกิดขึ้นว่าแมวของชโรดิงเงอร์จะมีประโยชน์ได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีบิ๊กแบงมีพื้นฐานอยู่บนกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางความคิดนี้โดยเฉพาะ ทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับความเร็วสูงพิเศษ โครงสร้างสสารที่เล็กมาก การศึกษาจักรวาลเช่นนี้ ได้รับการอธิบายเหนือสิ่งอื่นใดโดย กลศาสตร์ควอนตัม.

ความรู้ไม่สามารถซื้อได้ ที่นี่แจกฟรี!

Cat Paradox ของชโรดิงเงอร์

“ใครก็ตามที่ไม่ตกใจกับทฤษฎีควอนตัมไม่เข้าใจมัน” นีลส์ บอร์ ผู้ก่อตั้งทฤษฎีควอนตัมกล่าว
พื้นฐานของฟิสิกส์คลาสสิกคือการเขียนโปรแกรมของโลกที่ไม่คลุมเครือ มิฉะนั้น การกำหนดของลาปลาซาน ด้วยการถือกำเนิดของกลศาสตร์ควอนตัม มันถูกแทนที่ด้วยการบุกรุกของโลกแห่งความไม่แน่นอนและเหตุการณ์ความน่าจะเป็น และที่นี่คิดว่าการทดลองมีประโยชน์สำหรับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี สิ่งเหล่านี้คือมาตรฐานในการทดสอบแนวคิดล่าสุด

"แมวของชโรดิงเจอร์" เป็นการทดลองทางความคิดเสนอโดย Erwin Schrödinger ซึ่งเขาต้องการแสดงให้เห็นถึงความไม่สมบูรณ์ของกลศาสตร์ควอนตัมในการเปลี่ยนจากระบบย่อยอะตอมเป็นระบบมหภาค

แมวถูกวางไว้ในกล่องปิด กล่องบรรจุกลไกที่ประกอบด้วยแกนกัมมันตภาพรังสีและภาชนะบรรจุก๊าซพิษ ความน่าจะเป็นที่นิวเคลียสจะสลายตัวใน 1 ชั่วโมงคือ 1/2 ถ้านิวเคลียสสลายตัว มันจะกระตุ้นกลไกของมัน เปิดถังแก๊ส และแมวก็ตาย ตามกลศาสตร์ควอนตัม หากไม่มีการสังเกตนิวเคลียส สถานะของนิวเคลียสจะถูกอธิบายโดยการซ้อน (การผสม) ของสองสถานะ - นิวเคลียสที่เน่าเปื่อยและนิวเคลียสที่ไม่เน่าเปื่อย ดังนั้น แมวที่นั่งอยู่ในกล่องจึงมีทั้งชีวิตและตาย ในเวลาเดียวกัน หากเปิดกล่อง ผู้ทดลองจะมองเห็นสถานะเฉพาะเพียงสถานะเดียวเท่านั้น ได้แก่ "นิวเคลียสเน่าเปื่อย แมวตายแล้ว" หรือ "นิวเคลียสยังไม่เน่าเปื่อย แมวยังมีชีวิตอยู่"

เมื่อไหร่ระบบจะยุติลง?เราจะผสมสองสถานะและเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งได้อย่างไร

วัตถุประสงค์ของการทดลอง- แสดงสิ่งนั้น กลศาสตร์ควอนตัมจะไม่สมบูรณ์หากไม่มีกฎเกณฑ์ที่ระบุภายใต้เงื่อนไขใดที่ฟังก์ชันคลื่นพังทลาย (การเปลี่ยนแปลงสถานะควอนตัมของวัตถุที่เกิดขึ้นทันทีเมื่อวัด) และแมวอาจตายหรือยังมีชีวิตอยู่ แต่สิ้นสุดการเป็นส่วนผสมของทั้งสองอย่าง

เนื่องจากเป็นที่ชัดเจนว่าแมวจะต้องมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว (ไม่มีสภาวะใดที่อยู่ระหว่างความเป็นและความตาย) นั่นหมายความว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นกับนิวเคลียสของอะตอมด้วย มันจะต้องเน่าเปื่อยหรือไม่เน่าเปื่อย

บทความของชโรดิงเงอร์เรื่อง “สถานการณ์ปัจจุบันในกลศาสตร์ควอนตัม” นำเสนอการทดลองทางความคิดกับแมว ปรากฏในวารสาร Natural Sciences ของเยอรมนีในปี 1935 เพื่อหารือเกี่ยวกับความขัดแย้งของ EPR

บทความของ Einstein-Podolsky-Rosen และSchrödinger สรุปลักษณะที่แปลกประหลาดของ "การพัวพันของควอนตัม" (คำที่ประกาศเกียรติคุณโดยSchrödinger) ซึ่งเป็นลักษณะของสถานะควอนตัมที่ซ้อนทับกันของสถานะของทั้งสองระบบ (เช่น อนุภาคมูลฐานสองอนุภาค)

การตีความกลศาสตร์ควอนตัม

ในระหว่างที่กลศาสตร์ควอนตัมมีอยู่ นักวิทยาศาสตร์ได้ตีความความหมายต่างๆ นาๆ ออกไป แต่สิ่งที่ได้รับการสนับสนุนมากที่สุดในปัจจุบันคือกลศาสตร์ "โคเปนเฮเกน" และ "หลายโลก"

"การตีความโคเปนเฮเกน"- การตีความกลศาสตร์ควอนตัมนี้จัดทำขึ้นโดย Niels Bohr และ Werner Heisenberg ในระหว่างนั้น การทำงานร่วมกันในโคเปนเฮเกน (พ.ศ. 2470) นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามตอบคำถามที่เกิดจากความเป็นคู่ของอนุภาคและคลื่นที่มีอยู่ในกลศาสตร์ควอนตัม โดยเฉพาะคำถามเกี่ยวกับการวัด

ในการตีความแบบโคเปนเฮเกน ระบบเลิกเป็นส่วนผสมของสถานะและเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งในขณะที่การสังเกตเกิดขึ้น การทดลองกับแมวแสดงให้เห็นว่าในการตีความนี้ ธรรมชาติของการสังเกต - การวัด - ยังไม่ได้รับการกำหนดไว้อย่างเพียงพอ บางคนเชื่อว่าประสบการณ์ชี้ให้เห็นว่าตราบใดที่กล่องปิดอยู่ ระบบก็อยู่ในทั้งสองสถานะพร้อมกัน โดยซ้อนกับสถานะ “นิวเคลียสสลาย แมวตาย” และ “นิวเคลียสไม่สลาย แมวมีชีวิต” และเมื่อกล่องถูกเปิดออก จากนั้นฟังก์ชัน wave จะยุบไปที่ตัวเลือกใดตัวเลือกหนึ่งเท่านั้น คนอื่นๆ เดาว่า "การสังเกต" เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคจากนิวเคลียสชนกับเครื่องตรวจจับ อย่างไรก็ตาม (และนี่คือประเด็นสำคัญของการทดลองทางความคิด) ในการตีความแบบโคเปนเฮเกน ไม่มีกฎเกณฑ์ที่ชัดเจนที่บอกว่าเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ดังนั้นการตีความจึงไม่สมบูรณ์จนกว่าจะมีการนำกฎดังกล่าวเข้ามา หรือได้รับการบอกเล่าว่าเป็นไปได้อย่างไร แนะนำ กฎที่แน่นอนคือความสุ่มจะปรากฏ ณ จุดที่ใช้การประมาณแบบคลาสสิกเป็นครั้งแรก

ดังนั้นเราจึงสามารถพึ่งพาแนวทางต่อไปนี้: ในระบบมหภาค เราไม่ได้สังเกตปรากฏการณ์ควอนตัม (ยกเว้นปรากฏการณ์ของของเหลวยิ่งยวดและความเป็นตัวนำยิ่งยวด) ดังนั้น หากเรากำหนดฟังก์ชันคลื่นขนาดมหภาคในสถานะควอนตัม เราต้องสรุปจากประสบการณ์ว่าการซ้อนทับนั้นพังทลายลง และถึงแม้จะยังไม่ชัดเจนว่าสิ่งที่เป็น "ขนาดมหึมา" โดยทั่วไปหมายความว่าอย่างไร แต่สิ่งที่แน่นอนเกี่ยวกับแมวก็คือว่ามันเป็นวัตถุที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ดังนั้นการตีความแบบโคเปนเฮเกนไม่ได้ถือว่าแมวอยู่ในภาวะสับสนระหว่างความเป็นและความตายก่อนเปิดกล่อง

ใน “การตีความหลายโลก”กลศาสตร์ควอนตัมซึ่งไม่ได้ถือว่ากระบวนการวัดเป็นสิ่งที่พิเศษ ทั้งสองสถานะของแมวมีอยู่ แต่แยกออกจากกันนั่นคือ กระบวนการเกิดขึ้นเมื่อระบบกลไกควอนตัมโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมและรับข้อมูลที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อม หรือกลายเป็น "พันธนาการ" กับสิ่งแวดล้อม และเมื่อผู้สังเกตเปิดกล่อง เขาก็เข้าไปพัวพันกับแมว และจากสองสถานะของผู้สังเกตการณ์นี้จึงก่อตัวขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับแมวมีชีวิตและแมวที่ตายแล้ว และรัฐเหล่านี้ไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน กลไกเดียวกันของการแยกส่วนควอนตัมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประวัติศาสตร์ "ร่วม" ในการตีความนี้ เฉพาะ "แมวที่ตายแล้ว" หรือ "แมวที่มีชีวิต" เท่านั้นที่สามารถอยู่ใน "เรื่องราวที่แบ่งปัน"

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อเปิดกล่อง จักรวาลจะแบ่งออกเป็นสองจักรวาล จักรวาลหนึ่งที่ผู้สังเกตการณ์กำลังดูกล่องที่มีแมวที่ตายแล้ว และอีกจักรวาลหนึ่ง ผู้สังเกตการณ์กำลังดูแมวที่มีชีวิต

ความขัดแย้งของ "เพื่อนวีเนอร์"

Wigner's Friend's Paradox เป็นการทดลองที่ซับซ้อนของ Cat Paradox ของSchrödinger ผู้ได้รับรางวัลโนเบล, นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Eugene Wigner แนะนำหมวดหมู่ของ "เพื่อน" หลังจากเสร็จสิ้นการทดลอง ผู้ทดลองเปิดกล่องและเห็นแมวที่มีชีวิต สถานะของแมวในขณะที่เปิดกล่องจะเข้าสู่สภาวะ “นิวเคลียสไม่เน่าเปื่อย แมวยังมีชีวิตอยู่” ดังนั้นในห้องทดลองแมวจึงได้รับการยอมรับว่ายังมีชีวิตอยู่ มี "เพื่อน" อยู่นอกห้องทดลอง เพื่อนยังไม่รู้ว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว เพื่อนจะจำได้ว่าแมวยังมีชีวิตอยู่ก็ต่อเมื่อผู้ทดลองบอกผลการทดลองให้เขาทราบเท่านั้น แต่ “เพื่อน” คนอื่นๆ ทั้งหมดยังไม่จำแมวตัวนี้ได้ และพวกเขาจะจำมันได้ก็ต่อเมื่อได้รับแจ้งผลการทดลองเท่านั้น ดังนั้นแมวจึงสามารถรับรู้ได้ว่ายังมีชีวิตอยู่อย่างสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อทุกคนในจักรวาลรู้ผลการทดลองเท่านั้น ถึงขั้นนี้เลยทีเดียว จักรวาลอันยิ่งใหญ่แมวยังมีชีวิตอยู่ครึ่งหนึ่งและตายครึ่งหนึ่งในเวลาเดียวกัน

ข้อมูลข้างต้นถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติ: ใน การคำนวณควอนตัมและในวิทยาการเข้ารหัสลับควอนตัม สัญญาณไฟที่ซ้อนทับกันของสองสถานะจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติก หากผู้โจมตีเชื่อมต่อกับสายเคเบิลที่ไหนสักแห่งตรงกลางและทำการแตะสัญญาณที่นั่นเพื่อดักฟังข้อมูลที่ส่ง สิ่งนี้จะทำให้ฟังก์ชันคลื่นล่ม (จากมุมมองของการตีความโคเปนเฮเกน จะมีการสังเกต) และ แสงจะเข้าสู่รัฐใดรัฐหนึ่ง ด้วยการดำเนินการทดสอบทางสถิติของแสงที่ปลายรับของสายเคเบิล จะสามารถตรวจจับได้ว่าแสงอยู่ในสถานะซ้อนหรือถูกสังเกตแล้วและส่งไปยังจุดอื่นหรือไม่ มันทำ การสร้างที่เป็นไปได้วิธีการสื่อสารที่ไม่รวมถึงการสกัดกั้นและการดักฟังสัญญาณที่ไม่สามารถตรวจจับได้

การทดลอง (ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถทำได้ แม้ว่ายังไม่ได้สร้างระบบการเข้ารหัสควอนตัมที่ทำงานซึ่งสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากได้ก็ตาม) ยังแสดงให้เห็นว่า "การสังเกต" ในการตีความแบบโคเปนเฮเกนไม่เกี่ยวข้องกับจิตสำนึกของผู้สังเกตการณ์ เนื่องจากในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงทางสถิติที่ปลายสายเคเบิลทำให้เกิดกิ่งก้านของเส้นลวดที่ไม่มีชีวิตอย่างสมบูรณ์

และในการคำนวณควอนตัม สถานะแมวของชโรดิงเงอร์เป็นสถานะคิวบิตที่พันกันเป็นพิเศษ โดยที่คิวบิตทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับกันของศูนย์ทั้งหมดหรือหนึ่งตัวทั้งหมด

("ควิบิต"เป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดในการจัดเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์ควอนตัม มันยอมรับไอเกนสเตตสองตัว แต่ก็สามารถอยู่ในการซ้อนทับได้เช่นกัน เมื่อใดก็ตามที่วัดสถานะของ qubit มันจะสุ่มเปลี่ยนไปยังสถานะใดสถานะหนึ่งของตัวเอง)

ในความเป็นจริง! น้องชายคนเล็กของ "แมวของชโรดิงเจอร์"

เป็นเวลา 75 ปีแล้วที่แมวของชโรดิงเงอร์ปรากฏตัว แต่ผลที่ตามมาบางประการของฟิสิกส์ควอนตัมดูเหมือนจะขัดแย้งกับแนวคิดในชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวกับสสารและคุณสมบัติของมัน ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม มันควรจะเป็นไปได้ที่จะสร้างสภาวะ "แมว" ซึ่งมีทั้งเป็นและตายได้ เช่น จะอยู่ในสถานะซ้อนทับควอนตัมของสองสถานะ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การสร้างการทับซ้อนควอนตัมของอะตอมจำนวนมากดังกล่าวยังไม่สามารถทำได้ ปัญหาคือยิ่งอะตอมมีอะตอมซ้อนทับกันมากเท่าไร สถานะนี้ก็จะยิ่งมีเสถียรภาพน้อยลงเท่านั้น เนื่องจากอิทธิพลภายนอกมีแนวโน้มที่จะทำลายมัน

ถึงนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเวียนนา (ตีพิมพ์ในวารสาร การสื่อสารธรรมชาติ", 2011) เป็นครั้งแรกในโลกที่สามารถสาธิตพฤติกรรมควอนตัมของโมเลกุลอินทรีย์ที่ประกอบด้วยอะตอม 430 อะตอมและอยู่ในสถานะซ้อนทับกันของควอนตัม โมเลกุลที่ผู้ทดลองได้รับนั้นดูเหมือนปลาหมึกยักษ์มากกว่า ขนาดของโมเลกุลอยู่ที่ประมาณ 60 อังสตรอม และความยาวคลื่นของเดอ บรอกลีสำหรับโมเลกุลนั้นมีค่าเพียง 1 พิโคมิเตอร์ “ปลาหมึกยักษ์โมเลกุล” ตัวนี้สามารถแสดงให้เห็นคุณสมบัติที่มีอยู่ในแมวของชโรดิงเงอร์ได้

การฆ่าตัวตายควอนตัม

การฆ่าตัวตายด้วยควอนตัมเป็นการทดลองทางความคิดในกลศาสตร์ควอนตัมที่เสนอโดย G. Moravec และ B. Marshall อย่างอิสระ และขยายเพิ่มเติมในปี 1998 โดย Max Tegmark นักจักรวาลวิทยา การทดลองทางความคิดนี้เป็นการดัดแปลงการทดลองทางความคิดของแมวของชโรดิงเงอร์ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความแตกต่างระหว่างการตีความกลศาสตร์ควอนตัมสองแบบ: การตีความแบบโคเปนเฮเกน และการตีความหลายโลกของเอเวอเรตต์

จริงๆ แล้วการทดลองนี้เป็นการทดลองกับแมวของชโรดิงเงอร์จากมุมมองของแมว

ในการทดลองที่เสนอ ปืนจะชี้ไปที่ผู้เข้าร่วม ซึ่งจะยิงหรือไม่ยิง ขึ้นอยู่กับการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีบางส่วน มีโอกาส 50% ที่ปืนจะหลุดและผู้เข้าร่วมจะเสียชีวิต หากการตีความแบบโคเปนเฮเกนถูกต้อง ปืนก็จะหลุดออกมาในที่สุดและผู้เข้าร่วมจะต้องตาย
หากการตีความหลายโลกของ Everett นั้นถูกต้อง ผลจากการทดลองแต่ละครั้ง จักรวาลจึงแบ่งออกเป็นสองจักรวาล โดยจักรวาลหนึ่งที่ผู้เข้าร่วมยังมีชีวิตอยู่ และอีกจักรวาลหนึ่งก็ตาย ในโลกที่ผู้เข้าร่วมเสียชีวิต เขาจะสิ้นสุดลง ในทางตรงกันข้าม จากมุมมองของผู้เข้าร่วมที่ไม่ตาย การทดลองจะดำเนินต่อไปโดยไม่ทำให้ผู้เข้าร่วมหายไป สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะในสาขาใด ๆ ผู้เข้าร่วมสามารถสังเกตผลการทดลองได้เฉพาะในโลกที่เขายังมีชีวิตอยู่เท่านั้น และหากการตีความหลายโลกถูกต้อง ผู้เข้าร่วมอาจสังเกตเห็นว่าเขาไม่มีวันตายในระหว่างการทดลอง

ผู้เข้าร่วมจะไม่สามารถพูดคุยเกี่ยวกับผลลัพธ์เหล่านี้ได้ เนื่องจากจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ภายนอก ความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ของการทดลองจะเหมือนกันทั้งในโลกหลายใบและการตีความในโคเปนเฮเกน

ความเป็นอมตะควอนตัม

ความเป็นอมตะเชิงควอนตัมเป็นการทดลองทางความคิดที่เกิดจากการทดลองคิดฆ่าตัวตายด้วยควอนตัม และระบุว่า ตามการตีความกลศาสตร์ควอนตัมในหลายโลก สิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการตระหนักรู้ในตนเองนั้นเป็นอมตะ

ลองจินตนาการว่าผู้เข้าร่วมการทดลองจุดชนวนระเบิดนิวเคลียร์ใกล้ตัวเขา ในจักรวาลคู่ขนานเกือบทั้งหมด การระเบิดของนิวเคลียร์จะทำลายผู้เข้าร่วม แต่ถึงอย่างไรก็ตาม จะต้องมีจักรวาลทางเลือกจำนวนเล็กน้อยที่ผู้เข้าร่วมรอดชีวิตมาได้ (นั่นคือ จักรวาลที่อาจเป็นไปได้ในการช่วยเหลือสถานการณ์) แนวคิดเรื่องความเป็นอมตะเชิงควอนตัมคือผู้เข้าร่วมยังมีชีวิตอยู่และด้วยเหตุนี้จึงสามารถรับรู้ความเป็นจริงโดยรอบในจักรวาลอย่างน้อยหนึ่งจักรวาลในชุดแม้ว่าจำนวนจักรวาลดังกล่าวจะน้อยมากเมื่อเทียบกับจำนวน จักรวาลที่เป็นไปได้ทั้งหมด ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไป ผู้เข้าร่วมจะค้นพบว่าเขาสามารถมีชีวิตอยู่ได้ตลอดไป ความคล้ายคลึงบางประการกับข้อสรุปนี้สามารถพบได้ในแนวคิดเรื่องหลักการมานุษยวิทยา

อีกตัวอย่างหนึ่งเกิดจากความคิดฆ่าตัวตายควอนตัม ในการทดลองทางความคิดนี้ ผู้เข้าร่วมจะเล็งปืนไปที่ตัวเอง ซึ่งอาจยิงหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีบางส่วน มีโอกาส 50% ที่ปืนจะหลุดและผู้เข้าร่วมจะเสียชีวิต หากการตีความแบบโคเปนเฮเกนถูกต้อง ปืนก็จะหลุดออกมาในที่สุดและผู้เข้าร่วมจะต้องตาย

หากการตีความหลายโลกของ Everett นั้นถูกต้อง ผลจากการทดลองแต่ละครั้ง จักรวาลจึงแบ่งออกเป็นสองจักรวาล โดยจักรวาลหนึ่งผู้เข้าร่วมยังมีชีวิตอยู่ และอีกจักรวาลหนึ่งก็เสียชีวิต ในโลกที่ผู้เข้าร่วมเสียชีวิต เขาจะสิ้นสุดลง ในทางตรงกันข้าม จากมุมมองของผู้เข้าร่วมที่ไม่ตาย การทดลองจะดำเนินต่อไปโดยไม่ทำให้ผู้เข้าร่วมหายไป เนื่องจากหลังจากที่แต่ละจักรวาลแยกออก เขาจะสามารถรับรู้ถึงตัวเองในจักรวาลเหล่านั้นที่เขารอดชีวิตเท่านั้น ดังนั้น หากการตีความหลายโลกของเอเวอเรตต์ถูกต้อง ผู้เข้าร่วมอาจสังเกตเห็นว่าเขาไม่มีวันตายในการทดลอง จึง "พิสูจน์" ความเป็นอมตะของเขา อย่างน้อยก็จากมุมมองของเขา

ผู้เสนอความเป็นอมตะควอนตัมชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีนี้ไม่ได้ขัดแย้งกับกฎฟิสิกส์ใด ๆ ที่รู้จัก (ตำแหน่งนี้ยังห่างไกลจากการยอมรับอย่างเป็นเอกฉันท์ใน โลกวิทยาศาสตร์- ในการให้เหตุผล พวกเขาอาศัยสมมติฐานสองข้อต่อไปนี้:
- การตีความหลายโลกของเอเวอเรตต์นั้นถูกต้อง ไม่ใช่การตีความแบบโคเปนเฮเกน เนื่องจากอย่างหลังปฏิเสธการมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนาน
- สถานการณ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ผู้เข้าร่วมอาจเสียชีวิตในระหว่างการทดลอง มีอย่างน้อยสถานการณ์ย่อยเล็กๆ น้อยๆ ที่ผู้เข้าร่วมยังมีชีวิตอยู่

ข้อโต้แย้งที่เป็นไปได้ต่อทฤษฎีอมตะควอนตัมก็คือ ข้อสันนิษฐานที่สองไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามการตีความหลายโลกของเอเวอเรตต์ และอาจขัดแย้งกับกฎฟิสิกส์ ซึ่งเชื่อกันว่าใช้ได้กับทุกสิ่ง ความเป็นจริงที่เป็นไปได้- การตีความฟิสิกส์ควอนตัมในหลายโลกไม่ได้หมายความว่า "ทุกสิ่งเป็นไปได้" เสมอไป มันบ่งบอกได้เพียงว่า ช่วงเวลาหนึ่งเวลา จักรวาลสามารถแบ่งออกเป็นส่วนอื่นๆ ได้อีกจำนวนหนึ่ง ซึ่งแต่ละส่วนจะสอดคล้องกับผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ประการหนึ่ง ตัวอย่างเช่น เชื่อกันว่ากฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ใช้ได้กับจักรวาลที่เป็นไปได้ทั้งหมด ซึ่งหมายความว่า ตามทฤษฎีแล้ว การมีอยู่ของกฎนี้จะป้องกันการก่อตัวของจักรวาลคู่ขนานที่มันจะถูกละเมิด ผลที่ตามมาอาจเป็นความสำเร็จจากมุมมองของผู้ทดลองถึงสภาวะความเป็นจริงที่การอยู่รอดต่อไปของเขาเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากจะต้องฝ่าฝืนกฎแห่งฟิสิกส์ ซึ่งตามสมมติฐานที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ ใช้ได้กับความเป็นจริงที่เป็นไปได้ทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น ในการระเบิดด้วยระเบิดนิวเคลียร์ที่อธิบายไว้ข้างต้น เป็นการยากที่จะอธิบายสถานการณ์ที่เป็นไปได้ซึ่งไม่ได้ละเมิดหลักการทางชีววิทยาขั้นพื้นฐานที่ผู้เข้าร่วมจะรอดชีวิต เซลล์ที่มีชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้ที่อุณหภูมิถึงจุดศูนย์กลางการระเบิดนิวเคลียร์ เพื่อให้ทฤษฎีความเป็นอมตะของควอนตัมยังคงใช้ได้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเกิดการผิดพลาด (และด้วยเหตุนี้จึงหลีกเลี่ยงการระเบิดของนิวเคลียร์) หรือเหตุการณ์บางอย่างเกิดขึ้นซึ่งขึ้นอยู่กับกฎทางฟิสิกส์ที่ยังไม่ถูกค้นพบหรือที่ไม่ได้รับการพิสูจน์ ข้อโต้แย้งอีกประการหนึ่งที่ขัดแย้งกับทฤษฎีที่กำลังอภิปรายอยู่ก็คือการมีอยู่ของความตายทางชีวภาพตามธรรมชาติในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ซึ่งไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ในจักรวาลคู่ขนานใดๆ (อย่างน้อยก็ในขั้นตอนของการพัฒนาวิทยาศาสตร์นี้)

ในทางกลับกัน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เป็นกฎทางสถิติ และไม่มีอะไรขัดแย้งกับการเกิดความผันผวนได้ (เช่น การปรากฏของบริเวณที่มีสภาวะเหมาะสมกับชีวิตของผู้สังเกตการณ์ในจักรวาลที่โดยทั่วไปถึง สถานะของการเสียชีวิตจากความร้อน หรือตามหลักการแล้ว การเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้ของอนุภาคทั้งหมดอันเป็นผลจากการระเบิดของนิวเคลียร์ ในลักษณะที่แต่ละอนุภาคจะลอยผ่านผู้สังเกต) แม้ว่าความผันผวนดังกล่าวจะเกิดขึ้นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของทั้งหมดเท่านั้น ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ ข้อโต้แย้งเกี่ยวกับความหลีกเลี่ยงไม่ได้ของการเสียชีวิตทางชีวภาพยังสามารถข้องแวะได้บนพื้นฐานของการพิจารณาความน่าจะเป็น สำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดใน ในขณะนี้เวลา มีความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่เขาจะยังมีชีวิตอยู่ในวินาทีถัดไป ดังนั้น ความน่าจะเป็นที่เขาจะมีชีวิตอยู่ต่อไปอีกพันล้านปีข้างหน้าจึงไม่เป็นศูนย์เช่นกัน (เนื่องจากเป็นผลคูณของปัจจัยที่ไม่เป็นศูนย์จำนวนมาก) แม้ว่าจะน้อยมากก็ตาม

สิ่งที่เป็นปัญหาเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องความเป็นอมตะของควอนตัมก็คือ สิ่งมีชีวิตที่ตระหนักรู้ในตนเองจะถูก "บังคับ" ให้สัมผัสกับเหตุการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่จะเกิดขึ้นในสถานการณ์ที่ผู้เข้าร่วมดูเหมือนจะเสียชีวิต แม้ว่าในจักรวาลคู่ขนานหลายแห่งที่ผู้เข้าร่วมเสียชีวิต แต่จักรวาลไม่กี่แห่งที่ผู้เข้าร่วมสามารถรับรู้ได้จะพัฒนาขึ้นในสถานการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการละเมิดหลักการของความเป็นเหตุเป็นผลในทางใดทางหนึ่งได้ ฟิสิกส์ควอนตัมยังไม่ชัดเจนเพียงพอ

แม้ว่าความคิดเรื่องความเป็นอมตะของควอนตัมส่วนใหญ่มาจากการทดลอง "การฆ่าตัวตายด้วยควอนตัม" แต่ Tegmark ให้เหตุผลว่าภายใต้สภาวะปกติใดๆ ความคิดทุกอย่างก่อนตายจะต้องผ่านขั้นตอน (จากไม่กี่วินาทีไปจนถึงหลายปี) ของระดับตนเองที่ลดลง การรับรู้ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ควอนตัมและผู้เข้าร่วมไม่มีความเป็นไปได้ที่จะดำรงอยู่ต่อไปโดยการย้ายจากโลกหนึ่งไปอีกโลกหนึ่งซึ่งทำให้เขามีโอกาสที่จะอยู่รอด

ในที่นี้ ผู้สังเกตการณ์อย่างมีเหตุผลและตระหนักรู้ในตนเองยังคงรักษา "ร่างกายที่แข็งแรง" ไว้ได้เฉพาะในรัฐที่เป็นไปได้จำนวนค่อนข้างน้อยเท่านั้นที่เขายังคงประหม่าอยู่ ความเป็นไปได้ที่ผู้สังเกตการณ์จะยังคงพิการในขณะที่ยังมีสติอยู่นั้นมีความเป็นไปได้มากกว่าการที่เขาไม่ได้รับบาดเจ็บ ระบบใดๆ (รวมถึงสิ่งมีชีวิต) มีโอกาสที่จะทำงานไม่ถูกต้องมากกว่าที่จะคงสภาพในอุดมคติไว้ได้ สมมติฐานตามหลัก Ergodic ของ Boltzmann กำหนดให้ผู้สังเกตการณ์ที่เป็นอมตะจะต้องผ่านทุกสภาวะที่เข้ากันได้กับการรักษาจิตสำนึกไม่ช้าก็เร็วรวมถึงสภาวะที่เขาจะรู้สึกถึงความทุกข์ทนเหลือทน - และจะมีสภาวะดังกล่าวมากกว่าสภาวะการทำงานที่ดีที่สุดของสิ่งมีชีวิตอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ดังที่นักปรัชญา เดวิด ลูอิส แนะนำ เราควรหวังว่าการตีความโลกหลายใบจะผิด

· บราและเก็ต · แฮมิลตันเนียน · ทฤษฎีควอนตัมเก่า

สาระสำคัญของการทดลอง

บทความต้นฉบับของชโรดิงเงอร์บรรยายการทดลองดังนี้:

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะสร้างกรณีที่ล้อเลียนก็เพียงพอแล้ว แมวบางตัวถูกขังอยู่ในห้องเหล็กพร้อมกับเครื่องจักรจากนรกต่อไปนี้ (ซึ่งต้องได้รับการปกป้องไม่ให้แมวเข้ามาแทรกแซงโดยตรง): ภายในเครื่องนับไกเกอร์จะมีสารกัมมันตภาพรังสีจำนวนเล็กน้อย ซึ่งมีขนาดเล็กมากจนมีเพียงอะตอมเดียวเท่านั้นที่สามารถสลายตัวใน ชั่วโมงแต่มีความน่าจะเป็นเท่าเดิมและไม่กระจุย หากสิ่งนี้เกิดขึ้น ท่ออ่านจะถูกปล่อยออกมาและรีเลย์จะทำงาน โดยปล่อยค้อนซึ่งจะทำให้ขวดแตกด้วยกรดไฮโดรไซยานิก ถ้าเราปล่อยให้ระบบทั้งหมดนี้อยู่กับตัวเองเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง เราก็สามารถพูดได้ว่าแมวจะมีชีวิตอยู่หลังจากเวลานี้ ตราบใดที่อะตอมไม่สลายตัว การสลายตัวของอะตอมครั้งแรกจะทำให้แมวเป็นพิษ ฟังก์ชัน psi ของระบบโดยรวมจะแสดงสิ่งนี้โดยการผสมหรือทาสิ่งมีชีวิตและแมวที่ตายแล้ว (ขออภัยในการแสดงออก) ในส่วนเท่า ๆ กัน

สิ่งที่เป็นเรื่องปกติในกรณีเช่นนี้คือความไม่แน่นอนที่แต่เดิมจำกัดอยู่แค่ในโลกอะตอมนั้นถูกแปลงเป็นความไม่แน่นอนในระดับมหภาค ซึ่งสามารถกำจัดได้ด้วยการสังเกตโดยตรง สิ่งนี้ป้องกันไม่ให้เรายอมรับ "แบบจำลองเบลอ" อย่างไร้เดียงสาว่าสะท้อนความเป็นจริง สิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงสิ่งใดที่ไม่ชัดเจนหรือขัดแย้งกัน มีความแตกต่างระหว่างภาพถ่ายที่เบลอหรือไม่อยู่ในโฟกัสกับภาพถ่ายเมฆหรือหมอก

ตามกลศาสตร์ควอนตัม หากไม่มีการสังเกตนิวเคลียส สถานะของนิวเคลียสจะถูกอธิบายโดยการซ้อน (การผสม) ของสองสถานะ - นิวเคลียสที่เน่าเปื่อยและนิวเคลียสที่ไม่เน่าเปื่อย ดังนั้น แมวที่นั่งอยู่ในกล่องจึงมีทั้งชีวิตและตาย ในเวลาเดียวกัน หากเปิดกล่อง ผู้ทดลองจะมองเห็นสถานะเฉพาะเพียงสถานะเดียวเท่านั้น ได้แก่ "นิวเคลียสเน่าเปื่อย แมวตายแล้ว" หรือ "นิวเคลียสยังไม่เน่าเปื่อย แมวยังมีชีวิตอยู่"

คำถามจะเป็นดังนี้: เมื่อใดที่ระบบจะหยุดดำรงอยู่เป็นส่วนผสมของสองสถานะและเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งโดยเฉพาะวัตถุประสงค์ของการทดลองคือเพื่อแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ควอนตัมไม่สมบูรณ์หากไม่มีกฎเกณฑ์บางประการที่ระบุภายใต้เงื่อนไขใดที่ฟังก์ชันคลื่นพังทลาย และแมวอาจตายหรือยังมีชีวิตอยู่ แต่สิ้นสุดการเป็นส่วนผสมของทั้งสองอย่าง

เนื่องจากเป็นที่ชัดเจนว่าแมวจะต้องมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว (ไม่มีสภาวะใดที่รวมความเป็นและความตายเข้าด้วยกัน) สิ่งนี้จะคล้ายกับนิวเคลียสของอะตอม มันจะต้องเน่าเปื่อยหรือไม่เน่าเปื่อย

ในระบบที่ซับซ้อนขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมหลายพันล้านอะตอม การแยกส่วนจะเกิดขึ้นเกือบจะในทันที และด้วยเหตุนี้ แมวจึงไม่สามารถทั้งตายและมีชีวิตอยู่ได้ในระยะเวลาที่วัดได้ กระบวนการแยกส่วนเป็นองค์ประกอบสำคัญของการทดลอง

บทความต้นฉบับตีพิมพ์ในปี 1935 บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหารือเกี่ยวกับ Einstein–Podolsky–Rosen Paradox (EPR) ซึ่งจัดพิมพ์โดย Einstein, Podolsky และ Rosen เมื่อต้นปีนั้น เอกสาร EPR และ Schrödinger สรุปลักษณะที่แปลกประหลาดของ "การพัวพันของควอนตัม" (เยอรมัน: การพัวพันของควอนตัม) เวอร์ชรันกุง, ภาษาอังกฤษ สิ่งกีดขวางควอนตัมซึ่งเป็นคำที่ชโรดิงเงอร์ประกาศเกียรติคุณ) ลักษณะเฉพาะของสถานะควอนตัมที่ซ้อนทับกันของสถานะของทั้งสองระบบ (เช่น อนุภาคมูลฐานสองอนุภาค)

การตีความโคเปนเฮเกน

ในความเป็นจริง ฮอว์คิงและนักฟิสิกส์คนอื่นๆ หลายคนมีความเห็นว่าการตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโรงเรียนโคเปนเฮเกนนั้นไม่ยุติธรรมในการเน้นบทบาทของผู้สังเกตการณ์ ความสามัคคีขั้นสุดท้ายระหว่างนักฟิสิกส์ในประเด็นนี้ยังไม่บรรลุผลสำเร็จ

ความขนานของโลกในแต่ละช่วงเวลาสอดคล้องกับหุ่นยนต์ที่ไม่สามารถกำหนดได้อย่างแท้จริง ตรงกันข้ามกับความน่าจะเป็น เมื่อในแต่ละขั้นตอนหนึ่งของ วิธีที่เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับโอกาสของพวกเขา

ความขัดแย้งของวิกเนอร์

นี่เป็นการทดลองของชโรดิงเงอร์เวอร์ชันที่ซับซ้อน Eugene Wigner แนะนำหมวดหมู่ของ "เพื่อน" หลังจากเสร็จสิ้นการทดลอง ผู้ทดลองเปิดกล่องและเห็นแมวที่มีชีวิต เวกเตอร์สถานะของแมวในขณะที่เปิดกล่องจะเข้าสู่สถานะ "นิวเคลียสไม่เน่าเปื่อย แมวยังมีชีวิตอยู่" ดังนั้นในห้องทดลองแมวจึงได้รับการยอมรับว่ายังมีชีวิตอยู่ ภายนอกห้องปฏิบัติการคือ เพื่อน. เพื่อนยังไม่รู้ว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว เพื่อนจะจดจำแมวว่ายังมีชีวิตอยู่ก็ต่อเมื่อผู้ทดลองบอกผลการทดลองแก่เขาเท่านั้น แต่คนอื่นๆ เพื่อนแมวยังไม่ได้รับการยอมรับว่ายังมีชีวิตอยู่ และจะได้รับการยอมรับก็ต่อเมื่อพวกเขาได้รับแจ้งถึงผลการทดลองเท่านั้น ดังนั้น แมวจึงสามารถรับรู้ได้ว่ายังมีชีวิตอยู่โดยสมบูรณ์ (หรือตายสนิท) เมื่อทุกคนในจักรวาลรู้ผลการทดลองนี้ จนถึงขณะนี้ ในระดับจักรวาลใหญ่ แมวตามที่ Wigner กล่าวไว้ ยังมีชีวิตอยู่และตายไปพร้อมๆ กันในวิทยาการเข้ารหัสลับควอนตัม สัญญาณไฟที่ซ้อนทับกันของสองสถานะจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติก หากผู้โจมตีเชื่อมต่อกับสายเคเบิลที่ไหนสักแห่งตรงกลางและทำการแตะสัญญาณที่นั่นเพื่อดักฟังข้อมูลที่ส่ง สิ่งนี้จะทำให้ฟังก์ชันคลื่นล่ม (จากมุมมองของการตีความโคเปนเฮเกน จะมีการสังเกต) และ แสงจะเข้าสู่รัฐใดรัฐหนึ่ง ด้วยการดำเนินการทดสอบทางสถิติของแสงที่ปลายรับของสายเคเบิล จะสามารถตรวจจับได้ว่าแสงอยู่ในสถานะซ้อนหรือถูกสังเกตแล้วและส่งไปยังจุดอื่นหรือไม่ ทำให้สามารถสร้างวิธีการสื่อสารที่ไม่รวมการสกัดกั้นและการดักฟังสัญญาณที่ไม่สามารถตรวจจับได้

การทดลอง (ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถทำได้ แม้ว่ายังไม่ได้สร้างระบบการเข้ารหัสควอนตัมที่ทำงานซึ่งสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากได้ก็ตาม) ยังแสดงให้เห็นว่า "การสังเกต" ในการตีความแบบโคเปนเฮเกนไม่เกี่ยวข้องกับจิตสำนึกของผู้สังเกตการณ์ เนื่องจากในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงทางสถิติที่ปลายสายเคเบิลทำให้เกิดกิ่งก้านของเส้นลวดที่ไม่มีชีวิตอย่างสมบูรณ์

ในการคำนวณควอนตัม สถานะแมวของชโรดิงเงอร์เป็นสถานะควิบิตที่พันกันเป็นพิเศษ โดยที่คิวบิตทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับกันของศูนย์หรือหนึ่งทั้งหมด นั่นคือ 1 2 (| 00 … 0 ⟩ + | 11 … 1 ⟩) (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2)))(|00\dots 0\rangle +|11\dots 1\rangle)).

เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ในพอร์ทัลวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง "PostScience" เป็นบทความของผู้เขียนโดย Emil Akhmedov เกี่ยวกับสาเหตุของการเกิดขึ้นของความขัดแย้งที่มีชื่อเสียงรวมถึงสิ่งที่ไม่ใช่

นักฟิสิกส์ เอมิล อัคเมดอฟ เกี่ยวกับการตีความความน่าจะเป็น ระบบควอนตัมแบบปิด และการกำหนดสูตรของความขัดแย้ง

ในความคิดของฉัน ส่วนที่ยากที่สุดของกลศาสตร์ควอนตัม ทั้งในด้านจิตวิทยา ปรัชญา และในแง่มุมอื่นๆ ก็คือการตีความความน่าจะเป็น หลายคนโต้แย้งกับการตีความความน่าจะเป็น ตัวอย่างเช่น ไอน์สไตน์ พร้อมด้วยโพโดลสกีและโรเซน เกิดความขัดแย้งที่หักล้างการตีความความน่าจะเป็น

นอกจากนี้ ชโรดิงเงอร์ยังโต้แย้งกับการตีความความน่าจะเป็นของกลศาสตร์ควอนตัมอีกด้วย เนื่องจากความขัดแย้งเชิงตรรกะกับการตีความความน่าจะเป็นของกลศาสตร์ควอนตัม Schrödinger จึงเกิดสิ่งที่เรียกว่า cat paradox ของ Schrödinger สามารถกำหนดสูตรได้หลายวิธี เช่น สมมติว่าคุณมีกล่องที่มีแมวนั่งอยู่ และมีถังก๊าซพิษเชื่อมต่อกับกล่องนี้ อุปกรณ์บางชนิดเชื่อมต่อกับสวิตช์ของกระบอกสูบนี้ซึ่งอนุญาตหรือไม่ปล่อยก๊าซอันตรายถึงชีวิตซึ่งทำงานดังนี้: มีกระจกโพลาไรซ์และหากโฟตอนที่ผ่านนั้นเป็นโพลาไรซ์ที่ต้องการ กระบอกสูบก็จะหมุน เมื่อแก๊สไหลไปที่แมว หากโฟตอนมีโพลาไรเซชันผิด กระบอกสูบจะไม่เปิด กุญแจจะไม่เปิด กระบอกสูบจะไม่ปล่อยให้ก๊าซเข้าไปในแมว

สมมติว่าโฟตอนมีโพลาไรซ์เป็นวงกลม และอุปกรณ์ตอบสนองต่อโพลาไรซ์เชิงเส้น สิ่งนี้อาจไม่ชัดเจน แต่ก็ไม่ได้สำคัญมาก ด้วยความน่าจะเป็นบางประการ โฟตอนจะถูกโพลาไรซ์ในทางหนึ่ง และมีความน่าจะเป็นบ้าง - ในอีกทางหนึ่ง Schrödinger กล่าวว่า สถานการณ์กลายเป็นว่า ณ จุดหนึ่ง จนกว่าเราจะเปิดฝาและดูว่าแมวตายหรือมีชีวิตอยู่ (และระบบปิด) แมวจะมีชีวิตอยู่ด้วยความน่าจะเป็นและจะตายด้วยบางส่วน ความน่าจะเป็น บางทีฉันอาจสร้างความขัดแย้งนี้ขึ้นมาอย่างไม่ระมัดระวัง แต่ผลลัพธ์สุดท้ายคือสถานการณ์ที่แปลกประหลาด แมวไม่มีชีวิตหรือตาย นี่คือวิธีการกำหนดความขัดแย้ง

ในความคิดของฉัน ความขัดแย้งนี้มีคำอธิบายที่ชัดเจนและแม่นยำอย่างสมบูรณ์ บางทีนี่อาจเป็นมุมมองส่วนตัวของฉัน แต่ฉันจะพยายามอธิบาย คุณสมบัติหลักของกลศาสตร์ควอนตัมมีดังต่อไปนี้ ถ้าเราอธิบายระบบปิด กลศาสตร์ควอนตัมก็ไม่มีอะไรมากไปกว่ากลศาสตร์คลื่น หรือกลศาสตร์คลื่น ซึ่งหมายความว่ามันถูกอธิบายโดยสมการเชิงอนุพันธ์ซึ่งมีคำตอบเป็นคลื่น บริเวณที่มีคลื่นและ สมการเชิงอนุพันธ์มีเมทริกซ์และอื่นๆ นี่เป็นคำอธิบายที่เทียบเท่ากันสองรายการ: คำอธิบายเมทริกซ์และคำอธิบายคลื่น คำอธิบายเมทริกซ์เป็นของ Heisenberg คำอธิบายคลื่นของ Schrödinger แต่อธิบายสถานการณ์เดียวกัน

สิ่งต่อไปนี้เป็นสิ่งสำคัญ: ในขณะที่ระบบปิดอยู่ ระบบจะอธิบายด้วยสมการคลื่น และสิ่งที่เกิดขึ้นกับคลื่นนี้จะถูกอธิบายด้วยสมการคลื่นบางประเภท การตีความความน่าจะเป็นทั้งหมดของกลศาสตร์ควอนตัมเกิดขึ้นหลังจากที่ระบบถูกเปิด - มันได้รับอิทธิพลจากภายนอกจากวัตถุคลาสสิกขนาดใหญ่บางชิ้น ซึ่งก็คือวัตถุที่ไม่ใช่ควอนตัม ในขณะที่เกิดการกระแทก สมการคลื่นนี้สิ้นสุดการอธิบาย สิ่งที่เรียกว่าการลดฟังก์ชันคลื่นและการตีความความน่าจะเป็นเกิดขึ้น จนถึงช่วงเปิดระบบจะวิวัฒนาการตามสมการคลื่น

ตอนนี้เราจำเป็นต้องแสดงความคิดเห็นเล็กน้อยว่าระบบคลาสสิกขนาดใหญ่แตกต่างจากระบบควอนตัมขนาดเล็กอย่างไร โดยทั่วไปแล้ว แม้แต่ระบบคลาสสิกขนาดใหญ่ก็สามารถอธิบายได้โดยใช้สมการคลื่น แม้ว่าคำอธิบายนี้มักจะอธิบายได้ยาก และในความเป็นจริงแล้วมันไม่จำเป็นเลย ระบบเหล่านี้แตกต่างกันทางคณิตศาสตร์ในการกระทำ วัตถุที่เรียกว่ามีอยู่ในกลศาสตร์ควอนตัมในทฤษฎีภาคสนาม สำหรับระบบขนาดใหญ่แบบคลาสสิก การดำเนินการจะมีขนาดใหญ่ แต่สำหรับระบบควอนตัมขนาดเล็ก การดำเนินการจะมีขนาดเล็ก นอกจากนี้ การไล่ระดับสีของการกระทำนี้ - อัตราการเปลี่ยนแปลงของการกระทำในเวลาและพื้นที่ - มีขนาดใหญ่มากสำหรับระบบคลาสสิกขนาดใหญ่ และเล็กสำหรับระบบควอนตัมขนาดเล็ก นี่คือข้อแตกต่างหลักระหว่างทั้งสองระบบ เนื่องจากการกระทำนั้นมีขนาดใหญ่มากสำหรับระบบคลาสสิก จึงสะดวกกว่าที่จะอธิบายไม่ใช่ด้วยสมการคลื่นบางสมการ แต่อธิบายโดยกฎคลาสสิก เช่น กฎของนิวตัน เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ด้วยเหตุนี้ ดวงจันทร์จึงหมุนรอบโลกไม่เหมือนอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอม แต่หมุนไปตามวงโคจรที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ตามวงโคจรแบบคลาสสิก ในขณะที่อิเล็กตรอนซึ่งเป็นระบบควอนตัมขนาดเล็ก เคลื่อนที่เหมือนคลื่นนิ่งภายในอะตอมรอบนิวเคลียส การเคลื่อนที่ของมันถูกอธิบายโดย คลื่นยืนและนี่คือความแตกต่างระหว่างสองสถานการณ์

การวัดในกลศาสตร์ควอนตัมคือเมื่อคุณมีอิทธิพลต่อระบบควอนตัมขนาดเล็กด้วยระบบคลาสสิกขนาดใหญ่ หลังจากนั้นฟังก์ชันคลื่นจะลดลง ในความคิดของฉัน การมีอยู่ของบอลลูนหรือแมวในความขัดแย้งของชโรดิงเงอร์นั้นเหมือนกับการมีอยู่ของระบบคลาสสิกขนาดใหญ่ที่ใช้วัดโพลาไรเซชันของโฟตอน ดังนั้น การวัดจึงไม่ได้เกิดขึ้นในขณะที่เราเปิดฝากล่องและดูว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตาย แต่ในขณะที่โฟตอนมีปฏิกิริยากับกระจกโพลาไรซ์ ดังนั้น ในขณะนี้ ฟังก์ชั่นคลื่นโฟตอนจึงลดลง บอลลูนจะพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะที่เฉพาะเจาะจงมาก ไม่ว่าจะเปิดหรือไม่เปิด และแมวก็ตายหรือไม่ตาย ทั้งหมด. ไม่มี "แมวที่น่าจะเป็นไปได้" ที่เขายังมีชีวิตอยู่ และมีความเป็นไปได้ที่จะตายด้วย เมื่อฉันบอกว่าความขัดแย้งทางแมวของSchrödingerมีสูตรที่แตกต่างกันมากมายฉันบอกเพียงว่ามีหลายสูตร วิธีการที่แตกต่างกันคิดอุปกรณ์ที่จะฆ่าหรือปล่อยให้แมวมีชีวิตอยู่ โดยพื้นฐานแล้ว สูตรของความขัดแย้งไม่เปลี่ยนแปลง

ฉันเคยได้ยินความพยายามอื่นๆ ที่จะอธิบายความขัดแย้งนี้โดยใช้โลกหลายใบและอื่นๆ ในความคิดของฉัน คำอธิบายทั้งหมดนี้ไม่สามารถต้านทานการวิพากษ์วิจารณ์ได้ สิ่งที่ฉันอธิบายเป็นคำพูดระหว่างวิดีโอนี้สามารถใส่ไว้ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ได้ และสามารถตรวจสอบความจริงของข้อความนี้ได้ ฉันขอย้ำอีกครั้งว่าในความคิดของฉัน การวัดและการลดฟังก์ชันคลื่นของระบบควอนตัมขนาดเล็กเกิดขึ้นในขณะที่มีปฏิสัมพันธ์กับระบบคลาสสิกขนาดใหญ่ ระบบคลาสสิกขนาดใหญ่เช่นนี้คือแมวพร้อมกับอุปกรณ์ที่จะฆ่ามัน ไม่ใช่คนที่เปิดกล่องพร้อมกับแมวแล้วดูว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือไม่ นั่นคือการวัดจะเกิดขึ้นในขณะที่ระบบนี้โต้ตอบกับอนุภาคควอนตัม ไม่ใช่ในขณะที่ตรวจสอบแมว ในความคิดของฉัน ความขัดแย้งดังกล่าวค้นหาคำอธิบายจากการประยุกต์ใช้ทฤษฎีและสามัญสำนึก

แก่นแท้ของการทดลองนั่นเอง

บทความต้นฉบับของชโรดิงเงอร์บรรยายการทดลองดังนี้:

คุณยังสามารถสร้างเคสที่มีการล้อเลียนได้ค่อนข้างมาก แมวบางตัวถูกขังอยู่ในห้องเหล็กพร้อมกับเครื่องจักรจากนรกต่อไปนี้ (ซึ่งต้องได้รับการปกป้องไม่ให้แมวเข้ามาแทรกแซงโดยตรง): ภายในเครื่องนับไกเกอร์จะมีสารกัมมันตภาพรังสีจำนวนเล็กน้อย ซึ่งมีขนาดเล็กมากจนมีเพียงอะตอมเดียวเท่านั้นที่สามารถสลายตัวใน ชั่วโมงแต่มีความน่าจะเป็นเท่าเดิมและไม่กระจุย หากสิ่งนี้เกิดขึ้น ท่ออ่านจะถูกปล่อยออกมาและรีเลย์จะทำงาน โดยปล่อยค้อนซึ่งจะทำให้ขวดแตกด้วยกรดไฮโดรไซยานิก ถ้าเราปล่อยให้ระบบทั้งหมดนี้อยู่กับตัวเองเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง เราก็สามารถพูดได้ว่าแมวจะมีชีวิตอยู่หลังจากเวลานี้ ตราบใดที่อะตอมไม่สลายตัว การสลายตัวของอะตอมครั้งแรกจะทำให้แมวเป็นพิษ ฟังก์ชัน psi ของระบบโดยรวมจะแสดงสิ่งนี้โดยการผสมหรือทาสิ่งมีชีวิตและแมวที่ตายแล้ว (ขออภัยในการแสดงออก) ในส่วนเท่า ๆ กัน สิ่งที่เป็นเรื่องปกติในกรณีเช่นนี้คือความไม่แน่นอนที่แต่เดิมจำกัดอยู่แค่ในโลกอะตอมนั้นถูกแปลงเป็นความไม่แน่นอนในระดับมหภาค ซึ่งสามารถกำจัดได้ด้วยการสังเกตโดยตรง สิ่งนี้ป้องกันไม่ให้เรายอมรับ "แบบจำลองเบลอ" อย่างไร้เดียงสาว่าสะท้อนความเป็นจริง สิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงสิ่งใดที่ไม่ชัดเจนหรือขัดแย้งกัน มีความแตกต่างระหว่างภาพถ่ายที่เบลอหรือไม่อยู่ในโฟกัสกับภาพถ่ายเมฆหรือหมอก ตามกลศาสตร์ควอนตัม หากไม่มีการสังเกตนิวเคลียส สถานะของนิวเคลียสจะถูกอธิบายโดยการซ้อน (การผสม) ของสองสถานะ - นิวเคลียสที่เน่าเปื่อยและนิวเคลียสที่ไม่เน่าเปื่อย ดังนั้น แมวที่นั่งอยู่ในกล่องจึงมีทั้งชีวิตและตาย ในเวลาเดียวกัน หากเปิดกล่อง ผู้ทดลองจะมองเห็นสถานะเฉพาะเพียงสถานะเดียวเท่านั้น ได้แก่ "นิวเคลียสเน่าเปื่อย แมวตายแล้ว" หรือ "นิวเคลียสยังไม่เน่าเปื่อย แมวยังมีชีวิตอยู่" คำถามคือ เมื่อใดที่ระบบจะยุติความเป็นส่วนผสมของสองสถานะและเลือกสถานะใดสถานะหนึ่งโดยเฉพาะ วัตถุประสงค์ของการทดลองคือการแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ควอนตัมไม่สมบูรณ์หากไม่มีกฎเกณฑ์บางประการที่ระบุภายใต้เงื่อนไขใดที่ฟังก์ชันคลื่นพังทลายลงและแมวอาจตายหรือยังมีชีวิตอยู่ แต่ไม่มีทั้งสองอย่างผสมกันอีกต่อไป

เนื่องจากเป็นที่ชัดเจนว่าแมวจะต้องมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว (ไม่มีสภาวะใดที่รวมความเป็นและความตายเข้าด้วยกัน) สิ่งนี้จะคล้ายกับนิวเคลียสของอะตอม มันจะต้องเน่าเปื่อยหรือไม่เน่าเปื่อย

บทความต้นฉบับตีพิมพ์ในปี 1935 บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหารือเกี่ยวกับ Einstein-Podolsky-Rosen Paradox (EPR) ซึ่งจัดพิมพ์โดย Einstein, Podolsky และ Rosen เมื่อต้นปีนั้น