Расширение мысленного эксперимента с котом Шрёдингера

Это известно как мысленный эксперимент друга Вигнера . Согласно интерпретации многих Миров, суперпозиции не являются проблемой. Вся Вселенная оказывается в суперпозиции, где реализуются все экспериментальные результаты, но такая суперпозиция запутана с окружающей средой, с макроскопической точки зрения она принимает форму суперпозиции над набором непротиворечивых историй.

В эксперименте с пузырьковой камерой пленка была средством обнаружения, но пленка снималась автоматически, тысячами кадров. Эти бобины пленки отправлялись в различные лаборатории, участвовавшие в эксперименте, и сканировались в поисках интересных событий, которые измерялись, а сечения взаимодействий записывались.

Это яркий пример экспериментального измерения квантово-механического взаимодействия уровней. Легко увидеть, где заканчивается квантово-механический уровень и начинается классический режим. Никогда не возникало сомнений в том, что события, записанные на пленках, были там или исчезли при следующем сканировании (т.е. имели квантово-механическую вероятность исчезновения). Запись фильма явно постоянна и, следовательно, является классической. Мысленный эксперимент с кошкой можно легко провести в лаборатории (к счастью, ни один садист этого не сделал). Далее я провожу аналогию фильм-кошка, указывая на то, где находится изучаемый квантово-механический режим, а где записывающий классический режим.

Вот первая увиденная омега-минус, вишенка на дне пирамиды декаплетов , предсказание кварковой модели.

Изображение первой омега-минус из пузырьковой камеры . Входящий К-мезон взаимодействует с протоном в жидком водороде пузырьковой камеры и производит омега-минус, К° и К+ мезон, которые все распадаются на другие частицы. Нейтральные частицы, не дающие треков в камере, показаны штриховыми линиями. Наличие и свойства нейтральных частиц устанавливаются путем анализа треков их заряженных продуктов распада и применения законов сохранения массы и энергии.

Омега минус была там от экспозиции пленки. Это детектор. Любой сканер найдет его снова и снова, потому что пленка не является квантово-механическим состоянием. Это макроскопический классический детектор. Квантово-механическое состояние было, когда К- взаимодействовал с протоном в пузырьковой камере, что имело вероятность проявиться в камере. Запись события является обнаружением.

Точно так же кошка в этом (на мой взгляд, ошибочном) мысленном эксперименте является детектором, пленкой, на которой записан эксперимент с радиоактивными вероятностями. Именно радиоактивные вероятности находятся в квантово-механическом состоянии. Кот — это фильм. Пока не посмотришь, подобно пустой пленке или записанному событию, предполагается, что она мертва или жива. Что бы это ни было, оно определяется квантово-механической вероятностью и будет стабильным решением проблемы.

Давайте посмотрим подробнее из статьи в Википедии :

Можно даже заводить совершенно нелепые случаи. Кота запирают в стальной камере вместе со следующим устройством (которое должно быть защищено от прямого вмешательства кота): в счетчике Гейгера есть крошечная частица радиоактивного вещества, такая маленькая, что, возможно, в ходе в час распадается один из атомов, но также, с равной вероятностью, может быть, и ни один; если это происходит, то счетчик разряжается и через реле срабатывает молоток, который разбивает маленькую колбу с синильной кислотой. Если предоставить всю эту систему самой себе на час, можно сказать, что кошка все еще живет, если за это время не распался ни один атом. Первый атомный распад отравил бы его.

Квантово-механическая вероятность в этой версии — это вероятность распада радиоактивного вещества в течение часа. Эта вероятность определяется квантово-механической волновой функцией ядра (аналог взаимодействия К-протона), умноженной на число ядер в радиоактивном образце. Дальнейшие шаги в экспериментальной установке макроскопичны: спусковой крючок выброса трубки, разрушение яда и кот - детекторная установка (аналог водородной пузырьковой камеры, фотоаппарата, пленки). Кошка — это фильм, потому что это постоянная запись того, что произошло в течение этого часа (аналог кадра фильма — постоянная запись того, происходит взаимодействие или нет).

Обратите внимание, что кошка — это лишняя жертва по расплывчатой ​​аналогии. Счетчика было бы достаточно, если бы он был записан на аудиокассету. Кот занимает место ленты. Квантово-механическая функция вероятности, управляющая событием, представляет собой исходную функцию вероятности распада.

Кошка и пленка находятся в классическом режиме, потому что h_bar — такое малое число , что неопределенность Гейзенберга всегда удовлетворяется макроскопическими ансамблями, большими, чем наноразмеры. Истинное квантово-механическое поведение, то есть управляемое плотностью вероятности, проявляется макроскопически только в очень особых ситуациях (например, в сверхпроводимости).

В целом макроскопические объекты находятся в классическом режиме, структура матрицы плотности помогает получить интуитивное представление о том, как происходит переход между квантово-механическими волновыми функциями и классическими измерениями.

Это зависит от того, какую интерпретацию квантовой механики вы используете. Под интерпретацией подразумевается, что математические предсказания формализма квантовой механики одинаковы, но философский смысл каждого из них отличается. В копенгагенской интерпретации, которую вы описываете, волновая функция коллапсирует, когда сознательный наблюдатель производит измерение. До измерения система может находиться в суперпозиции состояний. Предполагается, что кошка не сознательна, таким образом, в этой интерпретации волновая функция не коллапсирует и кошка находится в суперпозиции состояний. Если человек открывает коробку, функция рушится либо для жизни, либо для смерти. Наблюдатель-человек не будет находиться в суперпозиции состояний.

Но это старая интерпретация и есть много других . В частности, в интерпретации Бома нет коллапса волновой функции, и кот находится в определенном состоянии (либо жив, либо мертв) вне зависимости от того, наблюдают за ним или нет.

Это отличный вопрос, и он подчеркивает одну из странных особенностей квантовой механики.

Действительно, ученый, в свою очередь, оказался бы в суперпозиции. И мы могли бы даже измерить это, если бы смогли поддерживать согласованность таких больших систем.

В конечном счете, ваш вопрос касается решения проблемы измерения : почему мы не видим никаких суперпозиций? Нет кошек, которые бегают полумертвые и полуживые. Мы также не видим, чтобы ученые находились в суперпозиции измерения того или другого.

Однако проблема измерения осталась нерешенной. Все, что у нас есть, это некоторые интерпретации .

В эксперименте с кошкой Шредингера предполагается, что ученый является «классическим наблюдателем» за состоянием кошки, и, таким образом, все наблюдения, сделанные ученым, считаются классическими наблюдениями, связанными с физикой, какой мы знали ее до появления квантовой механики. Мысленный эксперимент фокусируется на том, какие утверждения о реальности может сделать ученый, которые согласуются с предсказаниями, исходящими из квантовой механики, несмотря на выполнение некоторой операции (т. е. коллапс формы волны), чтобы получить классическое измерение из квантово-механической системы.

Если вы решите не предполагать, что ученый — это не классический наблюдатель, а скорее существо, связанное только квантовой механикой, вместо этого разумно предположить, что ученый и кошка (и радиоактивный изотоп) запутались в результате своего взаимодействия. Это абсолютно верная интерпретация КМ, просто она не исследует философский вопрос, который должен был исследовать кот Шредингера.

Философская сторона вопроса также заключается в том, почему в отношении кота Шрёдингера возникает тема сознания. Если вы действительно начнете копаться в философии науки, все в конечном итоге сведется к вопросу о том, что значит наблюдать за миром как сознательное живое существо. Когда мы думаем о «наблюдениях» интуитивно, игнорируя на мгновение КМ, наблюдения, которые мы делаем, хорошо согласуются с «классической» моделью мира. Они довольно плохо вписываются в мир QM. Таким образом, именно этого классического интуитивного наблюдателя нам нужно привести в соответствие с данными, которые мы наблюдаем, иначе мы должны признать, что у нас есть противоречие в наших наблюдениях.

С практической стороны крайне сложно заставить макроскопические объекты демонстрировать нетривиальное квантовое поведение, потому что частицы в таких объектах обычно очень декогерентны. Таким образом, они хорошо моделируются с использованием центральной предельной теоремы, гарантируя, что дисперсия вокруг ожидания настолько мала, что мы можем щуриться и отмахиваться от нее во всех смыслах и целях.

Большие классические объекты, такие как кошки или люди, практически невозможно поместить в суперпозицию состояний. Они в основном декогерируют сразу.

Насколько мне известно, самый большой объект, помещенный в суперпозицию, — это микромеханический резонатор, и в настоящее время ведутся работы по помещению бактерии в суперпозицию КМ ( квантовая суперпозиция классического объекта , бактерия Шредингера ).

Насколько я понимаю, в суперпозиции находится не кошка, а только радиоактивный распад. Состояние кота просто неизвестно.

В любом случае, это сводится к интерпретации. Некоторые люди могут утверждать, что S-cat нелеп и бесполезен, но факт в том, что он занимает особое место в физике, а также в нашей культуре, и размышления о S-cat по мере того, как человек учится и растет, могут быть неоценимы для многих.

Насколько я понимаю, Шредингер драматизировал эпистемологические и онтологические парадоксы, заложенные в КМ, рассматривая кошку как противоположность частице, содержащейся в коробке; и чрезвычайно успешным, так как мы все еще обсуждаем это почти столетие спустя, и оно, вероятно, более широко известно, чем его одноименное уравнение.

Кошки, по сравнению с частицами, представляют собой чрезвычайно макроскопические объекты; поэтому, будучи классическими объектами, QM не применяется.

Если мы «не драматизируем» картину, заменяя кота Шредингера, Вигнера и друга Вигнера частицами и рассматриваем взаимодействия как измерения, то мы получаем интерпретацию КМ, защищаемую Ровелли, как реляционную КМ ; он цитирует Саймона Кочена в 79-м, говорящего:

Основное изменение в классической схеме, которую мы отстаиваем, заключается в отказе от предположения об абсолютности физических свойств взаимодействующих систем… Таким образом, квантово-механические свойства приобретают интерактивный или реляционный характер.

Он действительно предполагает, что она имеет семейное сходство с онтологией многих миров Эверетта, но отличается по своему характеру, поскольку это относительно .

У кота нет квантового состояния, это классический объект, который, как и все остальное в эксперименте, просто «накладной», чтобы сделать его доступным для широкой публики.

Там есть разлагающийся комок радиоактивных веществ и счетчик Гейгера (детектор). Это материал квантового уровня; остальное просто классическое украшение. Нет никакого смысла считать кота или всю систему частью квантового состояния, тем более экспериментатора, который открывает дверь, чтобы узнать, жив кот или мертв. Кошка, конечно, не «детектор» в этом эксперименте, это просто расширенный «дисплей» детектора Гейгера. Именно на это хотел указать Шредингер.

Сам Шредингер (согласно его оригинальной, если перевести, цитате из Википедии) довольно иронично сформулировал свой парадоксон; примите это таким, какое оно есть, не пытайтесь интерпретировать слишком много.

Для кошки (которая является предметом эксперимента) не имеет значения, наблюдаете вы ее или нет. Его состояние будет одинаковым в данный момент времени t. Кроме того, это состояние не зависит от того, происходит наблюдение или нет (хотя открытие двери, когда кошка жива, повлияет на поведение кошки, но это другой вопрос).

Повсеместно нерелевантным является наблюдатель, а не состояние кошки, которое является двойственным.

Незнание чего-то не означает, что это одновременно и то, и другое, но это означает, что это может быть и то, и другое.

"Это не Шредингер... это кот!" --> цитирую себя.