Какво представлява котката на Шрьодингер?

„Котката на Шрьодингер“ е една от онези фрази, които от време на време се изместват в разговор. И все пак за тези, които никога не са били студенти по физика или поне са чували обяснението на Шелдън относно теорията за Големия взрив, може да не е ясно какво означава това. Краткият отговор е, че котката на Шрьодингер е името на известен мисловен експеримент, поставен за първи път от физика Ервин Шрьодингер. Дългият отговор и източник на един от най-важните дебати във физиката ни канят да влезем в странната област на квантовата механика, за да преосмислим вероятно нашите предположения за реалността.

Кой беше Ервин Шрьодингер?

Ервин Шрьодингер е роден на 12 август 1887 г. във Виена, столицата на Австро-Унгария. Бащата на Ервин, Рудолф Шрьодингер, беше ботаник и собственик на фабрика за мушама. Майка му Джорджин е дъщеря на професора по химия на Рудолф. Единствено дете, Ервин е отгледан като лутеранин и получава частно образование у дома до 11-годишна възраст. Ървин се отличава от ранна възраст по език, математика и физика.

Образованието на Шрьодингер

Шрьодингер се записва във Виенския университет и учи физика. Той е силно повлиян от колегите физици Франц Екснер, пионер в областта, и Фриц Хасенорл, по-късно ръководител на теоретичната физика. Шрьодингер е удостоен с докторска степен. през 1910 г. Той е призован и изпратен в Италия като артилерийски офицер през 1914 г. Шрьодингер има по-голям късмет от своя колега и наставник Хасенорл, който е убит от граната през 1915 г. Оцелявайки във войната, той заема преподавателски постове в няколко университета, преди да се ожени Анемари Бертел през 1920 г.

Уравнение на Шрьодингер

През 1921 г. Шрьодингер става професор в университета в Цюрих и става ясно, че той има нови идеи в областта на атомната физика. В отговор на теориите, че движението на електроните в атома може да се опише като вълна, Шрьодингер предоставя необходимото математическо доказателство със своето уравнение на вълновата теория от 1926 г. Твърди се, че искрата на творчеството е дошла по време на бурна афера със стар виенчанин. приятелка.

Раждането на квантовата механика

Уравнението на Шрьодингер предоставя подробно описание на поведението и движението на атомите. Приписвайки тяхното движение на вероятностна вълна, позицията и състоянието на атома могат да бъдат третирани статистически. Докато не се направи директно измерване, се казва, че атомът е в състояние на суперпозиция. Според тълкуването от Копенхаген това означава, че може да се счита, че е на всички места наведнъж. Ключовият въпрос за физиците дали теорията на вълните беше просто удобен математически инструмент или описваше нещо физически реално? Къде всъщност беше атомът?

Четка с Айнщайн и нацисти

През 1927 г. Шрьодингер се мести със съпругата си в Берлинския университет „Фридрих Вилхелм“. Тук той потърка лакти с Алберт Айнщайн. Докато продължава да прави важни и иновативни изследвания там, той става все по-разтревожен от нарастващата антисемитска атмосфера в Германия. Следвайки примера на Айнщайн, през 1937 г. той напуска Германия и се мести в Англия, заемайки позиция в Оксфорд. Скоро след като е удостоен с Нобелова награда за физика през 1933 г.

Котката на Шрьодингер

Въпреки основната си роля в създаването на теория на вълните, Шрьодингер никога не се чувстваше добре с нейните последици. Подобно на много физици, той не може да съгласува квантовата несигурност на атомно ниво с ежедневния ни опит на реалността. В света, който виждаме, хората и предметите имат определено място и състояние, независимо дали ги наблюдаваме или не. За да подчертае това противоречие, той формулира мисловен експеримент, който включва котка в запечатана кутия, радиоактивно вещество и брояч на Гайгер за измерване на разпадането на веществото.

По време на един час би имало 50% шанс радиоактивният материал да се разпадне и да излъчи единичен атом. Ако това се случи, броячът на Гайгер ще го открие и ще активира реле, което ще накара чука да разбие колба с киселина. Киселината ще бъде пусната в кутията, убивайки котката. Въпросът беше котката жива ли е или мъртва?

Парадоксът на котката на Шрьодингер

От гледна точка на квантовата механика се казва, че котката е в насложено състояние, с еднаква вероятност да бъде или мъртва, или жива. Състоянието на котката се определя само когато се измерва или наблюдава. Това изглеждаше абсурдно, пише Шрьодингер, тъй като със сигурност котката трябва да е едната или другата, независимо дали наблюдателят реши да погледне или не. И все пак атомите изглеждат точно така се държат. Като свързва съдбата на котката с флуктуациите на атомните ядра, Шрьодингер демонстрира централния проблем на Копенхагенската интерпретация на квантовата механика.

пикси за овално лице

Опасения и съжаление

Излишно е да казвам, че когато го попитали какво мисли за Копенхагенската интерпретация на своята вълнова теория, Шрьодингер каза: „Не ми харесва и съжалявам, че някога съм имал нещо общо с нея.“ Шрьодингер ще продължи да спори в продължение на години със своите съвременници за значението на собствения си експеримент.

Притежавал ли е някога Шрьодингер котка?

Популярният слух е, че в някакъв момент през 30-те години на миналия век Шрьодингер може да е притежавал котка на име Милтън в дома си в Оксфорд. За щастие, въпреки че е вдъхновил собственика си, няма доказателства, че Schrостровкотката на Дингър някога е била поставяна в кутия с колба с киселина.

Наследство

Шрьодингер умира на 4 януари 1961 г. в същия град, в който е роден, Виена. До момента на смъртта си той и неговата теоретична котка са оставили незаличима следа в науката за квантовата механика. Докато много велики умове са допринесли за развитието на вълновата теория и концепцията за неопределеност, само един завинаги ще бъде известен като бащата на квантовата механика и това е Ервин Шрьодингер.