Paradoks kucing Schrödinger. Penjelasan makna

"Siapa pun yang tidak kaget dengan teori kuantum, tidak memahaminya,” kata Niels Bohr, pendiri teori kuantum.
Dasar fisika klasik adalah pemrograman dunia yang tidak ambigu, jika tidak, determinisme Laplace, dengan munculnya mekanika kuantum, digantikan oleh invasi dunia yang penuh ketidakpastian dan peristiwa probabilistik. Dan di sini eksperimen pemikiran berguna bagi fisikawan teoretis. Ini adalah batu ujian di mana ide-ide terbaru diuji.

"Kucing Schrodinger" adalah eksperimen pemikiran, diusulkan oleh Erwin Schrödinger, yang dengannya dia ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanika kuantum dalam transisi dari sistem subatom ke sistem makroskopis.

Seekor kucing ditempatkan di dalam kotak tertutup. Kotak tersebut berisi mekanisme yang berisi inti radioaktif dan wadah gas beracun. Peluang peluruhan inti dalam waktu 1 jam adalah 1/2. Jika nukleusnya hancur, mekanismenya akan diaktifkan, wadah berisi gas akan terbuka, dan kucing tersebut mati. Menurut mekanika kuantum, jika tidak ada pengamatan yang dilakukan terhadap inti, maka keadaannya digambarkan oleh superposisi (pencampuran) dua keadaan - inti yang membusuk dan inti yang tidak membusuk, oleh karena itu, kucing yang duduk di dalam kotak adalah hidup dan mati. pada saat yang sama. Jika kotak dibuka, maka pelaku eksperimen hanya dapat melihat satu keadaan tertentu - “intinya telah membusuk, kucingnya mati” atau “intinya belum membusuk, kucingnya hidup”.

Kapan sistem tersebut tidak ada lagi? Bagaimana cara menggabungkan dua negara bagian dan memilih satu negara bagian tertentu?

Tujuan percobaan- menunjukkan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap tanpa beberapa aturan yang menunjukkan dalam kondisi apa fungsi gelombang runtuh (perubahan seketika dalam keadaan kuantum suatu benda yang terjadi saat diukur), dan kucing menjadi mati atau tetap hidup, tetapi tidak lagi menjadi a campuran keduanya.

Karena jelas bahwa kucing pasti hidup atau mati (tidak ada keadaan peralihan antara hidup dan mati), ini berarti hal ini juga berlaku untuk inti atom. Pasti akan membusuk atau tidak membusuk.

Makalah Schrödinger “The Current Situation in Quantum Mechanics,” yang menyajikan eksperimen pemikiran dengan seekor kucing, muncul di jurnal Natural Sciences Jerman pada tahun 1935 untuk membahas paradoks EPR.

Makalah Einstein-Podolsky-Rosen dan Schrödinger menguraikan sifat aneh dari “keterikatan kuantum” (istilah yang diciptakan oleh Schrödinger), karakteristik keadaan kuantum yang merupakan superposisi keadaan dua sistem (misalnya, dua partikel subatom).

Interpretasi mekanika kuantum

Selama keberadaan mekanika kuantum, para ilmuwan telah mengemukakan interpretasi yang berbeda-beda, namun yang paling didukung saat ini adalah interpretasi “Kopenhagen” dan “banyak dunia”.

"Interpretasi Kopenhagen"- interpretasi mekanika kuantum ini dirumuskan oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg selama kerja sama mereka di Kopenhagen (1927). Para ilmuwan telah mencoba menjawab pertanyaan yang timbul dari dualitas gelombang-partikel yang melekat dalam mekanika kuantum, khususnya pertanyaan tentang pengukuran.

Dalam interpretasi Kopenhagen, sistem tidak lagi menjadi campuran negara-negara dan memilih salah satu dari mereka pada saat observasi terjadi. Percobaan dengan kucing menunjukkan bahwa dalam penafsiran ini sifat pengamatan - pengukuran - tidak cukup didefinisikan. Beberapa orang percaya bahwa pengalaman menunjukkan bahwa selama kotak tersebut tertutup, sistem berada dalam kedua keadaan secara bersamaan, dalam superposisi keadaan “inti yang membusuk, kucing mati” dan “inti yang tidak membusuk, kucing hidup,” dan ketika kotak tersebut dibuka. , baru kemudian fungsi gelombang diciutkan ke salah satu opsi. Yang lain menduga bahwa "pengamatan" terjadi ketika sebuah partikel dari inti atom mengenai detektor; namun (dan ini adalah poin kunci dari eksperimen pemikiran) dalam interpretasi Kopenhagen tidak ada aturan jelas yang menyatakan kapan hal ini terjadi, dan oleh karena itu interpretasi tersebut tidak lengkap sampai aturan tersebut dimasukkan ke dalamnya, atau diberitahu bagaimana hal itu dapat terjadi. diperkenalkan. Aturan pastinya adalah keacakan muncul pada titik di mana pendekatan klasik pertama kali digunakan.

Dengan demikian, kita dapat mengandalkan pendekatan berikut: dalam sistem makroskopis kita tidak mengamati fenomena kuantum (kecuali fenomena superfluiditas dan superkonduktivitas); oleh karena itu, jika kita menerapkan fungsi gelombang makroskopis pada keadaan kuantum, kita harus menyimpulkan dari pengalaman bahwa superposisi tersebut akan rusak. Meskipun tidak sepenuhnya jelas apa yang dimaksud dengan sesuatu yang “makroskopis” secara umum, yang pasti tentang kucing adalah bahwa ia adalah objek makroskopis. Dengan demikian, penafsiran Kopenhagen tidak menganggap kucing berada dalam keadaan bingung antara hidup dan mati sebelum kotak dibuka.

Dalam "interpretasi banyak dunia" mekanika kuantum, yang tidak menganggap proses pengukuran sebagai sesuatu yang istimewa, kedua keadaan kucing itu ada, tetapi dekohere, yaitu. suatu proses terjadi di mana sistem mekanika kuantum berinteraksi dengan lingkungannya dan memperoleh informasi yang tersedia di lingkungan tersebut, atau menjadi “terjerat” dengan lingkungan. Dan ketika pengamat membuka kotak itu, ia menjadi terjerat dengan kucing dan dari sini terbentuklah dua keadaan pengamat, yang berhubungan dengan kucing hidup dan kucing mati, dan keadaan-keadaan ini tidak berinteraksi satu sama lain. Mekanisme dekoherensi kuantum yang sama juga penting untuk sejarah “bersama”. Dalam penafsiran ini, hanya “kucing mati” atau “kucing hidup” yang dapat berada dalam “cerita bersama”.

Dengan kata lain, ketika kotak tersebut dibuka, alam semesta terbagi menjadi dua alam semesta yang berbeda, yang satu di mana pengamat sedang melihat sebuah kotak yang berisi seekor kucing mati, dan yang lainnya, pengamat sedang melihat seekor kucing yang hidup.

Paradoks "teman Wigner"

Paradoks Teman Wigner adalah eksperimen rumit dari paradoks kucing Schrödinger. Pemenang Hadiah Nobel, fisikawan Amerika Eugene Wigner memperkenalkan kategori “teman”. Setelah menyelesaikan percobaan, pelaku eksperimen membuka kotak dan melihat seekor kucing hidup. Keadaan kucing pada saat kotak dibuka masuk ke keadaan “intinya belum membusuk, kucing masih hidup”. Dengan demikian, di laboratorium kucing itu dikenali hidup. Ada "teman" di luar laboratorium. Temannya belum mengetahui apakah kucing tersebut masih hidup atau sudah mati. Temannya mengenali kucing itu sebagai makhluk hidup hanya ketika pelaku eksperimen memberi tahu dia hasil eksperimennya. Namun semua “teman” lainnya belum mengenali kucing itu sebagai makhluk hidup, dan mereka hanya akan mengenalinya jika diberi tahu hasil percobaannya. Dengan demikian, kucing dapat dikenali hidup sepenuhnya hanya jika semua orang di Alam Semesta mengetahui hasil eksperimennya. Hingga saat ini, dalam skala Alam Semesta Besar, kucing tetap setengah hidup dan setengah mati pada saat yang bersamaan.

Hal di atas digunakan dalam praktik: dalam komputasi kuantum dan kriptografi kuantum. Sinyal cahaya dalam superposisi dua keadaan dikirim melalui kabel serat optik. Jika penyerang menyambung ke kabel di suatu tempat di tengah dan membuat ketukan sinyal di sana untuk menguping informasi yang dikirimkan, maka ini akan meruntuhkan fungsi gelombang (dari sudut pandang interpretasi Kopenhagen, pengamatan akan dilakukan) dan cahayanya akan masuk ke salah satu negara bagian. Dengan melakukan uji statistik cahaya pada ujung penerima kabel, akan dimungkinkan untuk mendeteksi apakah cahaya berada dalam keadaan superposisi atau telah diamati dan ditransmisikan ke titik lain. Hal ini memungkinkan terciptanya sarana komunikasi yang mengecualikan intersepsi dan penyadapan sinyal yang tidak terdeteksi.

Eksperimen (yang pada prinsipnya dapat dilakukan, meskipun sistem kriptografi kuantum yang mampu mentransmisikan informasi dalam jumlah besar belum dibuat) juga menunjukkan bahwa “pengamatan” dalam interpretasi Kopenhagen tidak ada hubungannya dengan kesadaran pengamat. , karena dalam hal ini perubahan statistik pada ujung kabel menyebabkan cabang kabel yang benar-benar mati.

Dan dalam komputasi kuantum, keadaan kucing Schrödinger adalah keadaan qubit terjerat khusus yang semuanya berada dalam superposisi yang sama dari semua nol atau satu.

("Qubit" adalah elemen terkecil untuk menyimpan informasi dalam komputer kuantum. Ia mengakui dua keadaan eigen, tetapi dapat juga berada dalam superposisinya. Setiap kali keadaan qubit diukur, ia secara acak bertransisi ke salah satu keadaannya sendiri.)

Kenyataannya! Adik dari "kucing Schrodinger"

Sudah 75 tahun sejak kucing Schrödinger muncul, namun masih ada beberapa konsekuensi fisika kuantum yang tampaknya bertentangan dengan gagasan kita sehari-hari tentang materi dan sifat-sifatnya. Menurut hukum mekanika kuantum, dimungkinkan untuk menciptakan keadaan “kucing” yang hidup dan mati, yaitu. akan berada dalam keadaan superposisi kuantum dua keadaan. Namun, dalam praktiknya, penciptaan superposisi kuantum dari sejumlah besar atom belum dimungkinkan. Kesulitannya adalah semakin banyak atom dalam superposisi, semakin tidak stabil keadaannya, karena pengaruh luar cenderung menghancurkannya.

Kepada fisikawan dari Universitas Wina (publikasi di jurnal Komunikasi Alam", 2011) untuk pertama kalinya di dunia dimungkinkan untuk menunjukkan perilaku kuantum molekul organik yang terdiri dari 430 atom dan dalam keadaan superposisi kuantum. Molekul yang diperoleh para peneliti lebih mirip gurita. Ukuran molekulnya sekitar 60 angstrom, dan panjang gelombang de Broglie untuk molekul tersebut hanya 1 pikometer. “Gurita molekuler” ini mampu menunjukkan sifat-sifat yang melekat pada kucing Schrödinger.

Bunuh diri kuantum

Bunuh diri kuantum adalah eksperimen pemikiran dalam mekanika kuantum yang diusulkan secara independen oleh G. Moravec dan B. Marshall, dan diperluas pada tahun 1998 oleh ahli kosmologi Max Tegmark. Eksperimen pemikiran ini, yang merupakan modifikasi dari eksperimen pemikiran kucing Schrödinger, dengan jelas menunjukkan perbedaan antara dua interpretasi mekanika kuantum: interpretasi Kopenhagen dan interpretasi banyak dunia Everett.

Eksperimen tersebut sebenarnya merupakan eksperimen dengan kucing Schrödinger dari sudut pandang kucing.

Dalam percobaan yang diusulkan, sebuah senjata diarahkan ke peserta, yang menembak atau tidak menembak tergantung pada peluruhan beberapa atom radioaktif. Ada kemungkinan 50% pistol akan meledak dan peserta akan mati. Jika penafsiran Kopenhagen benar, maka pistol pada akhirnya akan meledak dan pesertanya akan mati.
Jika penafsiran banyak dunia Everett benar, maka sebagai hasil dari setiap eksperimen yang dilakukan, alam semesta terbagi menjadi dua alam semesta, yang satu pesertanya tetap hidup, dan yang lainnya mati. Di dunia di mana salah satu pesertanya meninggal, dia tidak ada lagi. Sebaliknya, dari sudut pandang partisipan yang belum meninggal, eksperimen akan terus berlanjut tanpa menyebabkan partisipan tersebut menghilang. Hal ini terjadi karena di cabang mana pun peserta hanya dapat mengamati hasil percobaan di dunia tempat ia tinggal. Dan jika penafsiran banyak dunia benar, maka peserta mungkin menyadari bahwa dia tidak akan pernah mati selama percobaan.

Peserta tidak akan pernah bisa membicarakan hasil ini, karena dari sudut pandang pengamat luar, kemungkinan hasil eksperimen akan sama baik dalam interpretasi multi-dunia maupun Kopenhagen.

Keabadian kuantum

Keabadian kuantum adalah eksperimen pemikiran yang berasal dari eksperimen pemikiran bunuh diri kuantum dan menyatakan bahwa, menurut interpretasi mekanika kuantum di banyak dunia, makhluk yang memiliki kapasitas kesadaran diri adalah abadi.

Bayangkan seorang peserta percobaan meledakkan bom nuklir di dekatnya. Di hampir semua alam semesta paralel, ledakan nuklir akan menghancurkan pesertanya. Namun meskipun demikian, pasti ada sejumlah kecil Alam Semesta alternatif di mana partisipannya dapat bertahan hidup (yaitu, Alam Semesta yang memungkinkan skenario penyelamatan potensial). Gagasan keabadian kuantum adalah bahwa pesertanya tetap hidup, dan dengan demikian mampu memahami realitas di sekitarnya, setidaknya di salah satu Alam Semesta di himpunan, meskipun jumlah alam semesta tersebut sangat kecil dibandingkan dengan jumlah alam semesta. semua alam semesta yang mungkin. Dengan demikian, seiring berjalannya waktu, peserta akan menemukan bahwa ia bisa hidup selamanya. Beberapa persamaan dengan kesimpulan ini dapat ditemukan dalam konsep prinsip antropik.

Contoh lain bermula dari gagasan bunuh diri kuantum. Dalam eksperimen pemikiran ini, peserta menodongkan pistol ke dirinya sendiri, yang mungkin ditembakkan atau tidak, bergantung pada hasil peluruhan beberapa atom radioaktif. Ada kemungkinan 50% pistol akan meledak dan peserta akan mati. Jika penafsiran Kopenhagen benar, maka pistol pada akhirnya akan meledak dan pesertanya akan mati.

Jika penafsiran banyak dunia Everett benar, maka sebagai hasil dari setiap eksperimen yang dilakukan, alam semesta terbagi menjadi dua alam semesta, yang satu pesertanya tetap hidup, dan yang lainnya mati. Di dunia di mana salah satu pesertanya meninggal, dia tidak ada lagi. Sebaliknya, dari sudut pandang partisipan yang tidak mati, eksperimen akan terus berlanjut tanpa menyebabkan partisipan tersebut menghilang, karena setelah setiap pemisahan alam semesta ia akan dapat mengenali dirinya sendiri hanya di alam semesta tempat ia bertahan. Jadi, jika penafsiran banyak dunia Everett benar, maka peserta mungkin menyadari bahwa dia tidak akan pernah mati dalam eksperimen tersebut, dengan demikian "membuktikan" keabadiannya, setidaknya dari sudut pandangnya.

Para pendukung keabadian kuantum menyatakan bahwa teori ini tidak bertentangan dengan hukum fisika mana pun yang diketahui (posisi ini masih jauh dari diterima secara bulat dalam dunia ilmiah). Dalam penalarannya, mereka mengandalkan dua asumsi kontroversial berikut:
- Penafsiran Everett tentang banyak dunia yang benar, bukan penafsiran Kopenhagen, karena penafsiran Kopenhagen menyangkal keberadaan alam semesta paralel;
- semua kemungkinan skenario di mana peserta mungkin meninggal selama percobaan berisi setidaknya sebagian kecil skenario di mana peserta tetap hidup.

Argumen yang mungkin menentang teori keabadian kuantum adalah bahwa asumsi kedua tidak selalu mengikuti interpretasi banyak dunia Everett, dan mungkin bertentangan dengan hukum fisika, yang diyakini berlaku untuk semua kemungkinan realitas. Penafsiran fisika kuantum yang mencakup banyak hal tidak selalu berarti bahwa “segala sesuatu mungkin terjadi”. Ini hanya menunjukkan bahwa pada titik waktu tertentu alam semesta dapat dibagi menjadi beberapa alam semesta lainnya, yang masing-masing akan berhubungan dengan salah satu dari banyak kemungkinan hasil. Misalnya, hukum kedua termodinamika diyakini berlaku untuk semua kemungkinan alam semesta. Artinya, secara teoritis, keberadaan hukum ini mencegah terbentuknya alam semesta paralel yang dapat dilanggar. Konsekuensi dari hal ini mungkin adalah pencapaian, dari sudut pandang pelaku eksperimen, suatu keadaan realitas di mana kelangsungan hidupnya lebih lanjut menjadi tidak mungkin, karena hal ini memerlukan pelanggaran hukum fisika, yang menurut asumsi yang disebutkan sebelumnya. , berlaku untuk semua kemungkinan realitas.

Misalnya, dalam ledakan bom nuklir yang dijelaskan di atas, cukup sulit untuk menggambarkan skenario yang masuk akal yang tidak melanggar prinsip-prinsip dasar biologis di mana pelakunya akan bertahan hidup. Sel hidup tidak bisa hidup pada suhu yang mencapai pusat ledakan nuklir. Agar teori keabadian kuantum tetap valid, perlu terjadi misfire (dan dengan demikian menghindari ledakan nuklir), atau terjadi suatu peristiwa yang didasarkan pada hukum fisika yang belum ditemukan atau belum terbukti. Argumen lain yang menentang teori yang sedang dibahas adalah adanya kematian biologis alami pada semua makhluk, yang tidak dapat dihindari di alam semesta paralel mana pun (setidaknya pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan ini)

Sebaliknya, hukum kedua termodinamika merupakan hukum statistik, dan tidak ada yang bertentangan dengan terjadinya fluktuasi (misalnya munculnya suatu wilayah dengan kondisi yang sesuai bagi kehidupan seorang pengamat di alam semesta yang umumnya telah mencapai batas tertentu). keadaan kematian termal; atau, pada prinsipnya, kemungkinan pergerakan semua partikel akibat ledakan nuklir, sedemikian rupa sehingga masing-masing partikel akan terbang melewati pengamat), meskipun fluktuasi seperti itu hanya akan terjadi pada sebagian kecil dari keseluruhan partikel. hasil yang mungkin. Argumen mengenai keniscayaan kematian biologis juga dapat dibantah berdasarkan pertimbangan probabilistik. Untuk setiap organisme hidup pada saat tertentu, terdapat kemungkinan bukan nol bahwa ia akan tetap hidup pada detik berikutnya. Jadi, kemungkinan dia akan tetap hidup selama satu miliar tahun ke depan juga bukan nol (karena ini merupakan hasil kali sejumlah besar faktor bukan nol), meskipun sangat kecil.

Apa yang bermasalah dengan gagasan keabadian kuantum adalah bahwa menurutnya, makhluk yang sadar diri akan “dipaksa” untuk mengalami peristiwa yang sangat tidak terduga yang akan muncul dalam situasi di mana partisipannya tampak mati. Meskipun di banyak alam semesta paralel pesertanya meninggal, beberapa alam semesta yang dapat dirasakan secara subyektif oleh peserta akan berkembang dalam skenario yang sangat tidak mungkin. Hal ini, pada gilirannya, mungkin menyebabkan pelanggaran terhadap prinsip kausalitas, yang sifatnya dalam fisika kuantum masih belum cukup jelas.

Meskipun gagasan keabadian kuantum sebagian besar berasal dari eksperimen “bunuh diri kuantum”, Tegmark berpendapat bahwa dalam kondisi normal apa pun, setiap makhluk yang berpikir sebelum kematian melewati tahap (dari beberapa detik hingga beberapa tahun) penurunan tingkat kesadaran diri. kesadaran, yang tidak ada hubungannya dengan mekanika kuantum dan peserta tidak memiliki kemungkinan untuk melanjutkan keberadaannya dengan berpindah dari satu dunia ke dunia lain yang memberinya kesempatan untuk bertahan hidup.

Di sini, seorang pengamat cerdas yang sadar diri terus berada dalam, bisa dikatakan, “tubuh yang sehat” hanya dalam sejumlah kecil kemungkinan keadaan di mana ia mempertahankan kesadaran diri. Kemungkinan bahwa si pengamat, meskipun tetap sadar, akan tetap lumpuh jauh lebih besar dibandingkan jika ia tetap tidak terluka. Sistem apa pun (termasuk organisme hidup) memiliki lebih banyak peluang untuk berfungsi secara tidak benar daripada tetap berada dalam kondisi ideal. Hipotesis ergodik Boltzmann mensyaratkan bahwa pengamat abadi cepat atau lambat akan melalui semua keadaan yang sesuai dengan pelestarian kesadaran, termasuk keadaan di mana ia akan merasakan penderitaan yang tak tertahankan - dan akan ada lebih banyak keadaan seperti itu daripada keadaan fungsi optimal organisme. Jadi, seperti yang dikemukakan oleh filsuf David Lewis, kita harus berharap bahwa penafsiran banyak dunia itu salah.

Kucing Schrödinger adalah yang paling misterius dari semua kucing, kucing, kucing, kucing yang sangat dipuja umat manusia. Video kucing viral tersebar di World Wide Web dengan jutaan penayangan setiap hari, dan gambar anak kucing lucu di papan reklame iklan dapat membuat kita membeli produk apa pun. Bidang pemasyarakatan ilmu pengetahuan juga memiliki pahlawan berkumis dan belang tersendiri. Lebih tepatnya, salah satunya adalah kucing Schrödinger. Pasti Anda pernah mendengarnya, meskipun Anda tidak terlibat dalam mekanika kuantum. Jadi mengapa kucing terkenal menghantui fisikawan dan penulis lirik selama hampir seratus tahun, dan juga menjadi salah satu objek budaya massa modern yang paling aneh?

Kucing Schrödinger sebagai metafora

Meski terdengar paradoks, fisikawan teoretis Austria dan pemenang Hadiah Nobel Erwin Schrödinger adalah “ayah” dari kucing paling misterius, dan bukan pemiliknya. Bagaimanapun Kucing Schrödinger adalah eksperimen pemikiran, paradoks teoretis, dan metafora yang sungguh menakjubkan untuk menggambarkan superposisi kuantum.

Apakah ada kucing?

Pertanyaan “Apakah Schrödinger punya kucing?” masih tetap terbuka. Padahal menurut sejumlah sumber, di salah satu edisi awal FisikaHari ini ada foto ilmuwan dengan kucing peliharaannya Milton. Sebaliknya, dalam teks asli artikel tahun 1935, di mana Erwin Schrödinger menggambarkan eksperimen hipotetisnya, yang dimaksud bukanlah kucing sama sekali, melainkan kucing (die Katze). Mengapa fisikawan memilih perwakilan kucing sebagai karakter utama konsepnya? Bagaimana kucing itu berubah menjadi kucing? Pertanyaan-pertanyaan ini sepertinya akan tetap bersifat retoris.

Kucing Schrödinger mati dengan kemungkinan 50%.

Desainua / shutterstock.com

Namun jika yang menjadi inspirasi peneliti adalah hewan peliharaan pribadinya, maka rupanya penyebabnya adalah vas yang pecah karena kucing atau kertas dinding yang rusak. Karena hal utama yang dilakukan kucing Schrödinger selama percobaan adalah dikurung di dalam kotak baja dan... mati. Benar, dengan kemungkinan 50%. Lebih tepatnya, selain hewan malang itu, mekanisme khusus yang berisi inti radioaktif dan wadah berisi gas beracun ditempatkan di dalam kotak. Jika nukleusnya hancur, mekanismenya terpicu, dan kucing mati karena gas yang dilepaskan. Jika tidak berhasil, ia hidup. Namun hanya pengamat yang membuka kotak tersebut yang dapat mengetahui nasibnya. Sampai saat itu tiba, kucing tersebut masih hidup dan mati.

Tanpa kucing, mekanika kuantum tidak akan sama

Seluruh situasi ini, yang sekilas bersifat paradoks, dengan jelas menggambarkan salah satu ketentuan mekanika kuantum. Menurutnya, inti atom secara bersamaan berada dalam semua keadaan yang memungkinkan: peluruhan dan non-peluruhan. Jika tidak ada pengamatan yang dilakukan terhadap atom, maka keadaannya digambarkan oleh campuran kedua karakteristik ini. Oleh karena itu, kucing, baca - inti atom, hidup dan mati. Dan ini sungguh mustahil. Ini berarti mekanika kuantum tidak memiliki beberapa aturan yang menentukan kondisi di mana nasib kucing menjadi jelas.

Kucing Schrödingr: varietas

Tak heran jika makna yang terjadi pada mitos kucing di dalam kotak baja ini memiliki beberapa tafsir.

Variasi Kopenhagen

Ada interpretasi mekanika kuantum Kopenhagen, yang penulisnya adalah Niels Bohr dan Werner Heisenberg. Menurutnya, kucing tersebut tetap berada di kedua negara bagian tersebut, terlepas dari pengamatnya. Lagi pula, momen yang menentukan terjadi bukan ketika laci terbuka, tetapi ketika mekanismenya terpicu. Artinya, hewan tersebut sudah lama mati karena gas tersebut, namun kotaknya masih terkunci. Dengan kata lain, dalam penafsiran Kopenhagen tidak ada keadaan “mati-hidup”, karena ditentukan oleh detektor yang bereaksi terhadap peluruhan inti.

Variasi Everett

Ada juga interpretasi banyak dunia, atau interpretasi Everett. Dia menafsirkan pengalaman dengan kucing Schrödinger sebagai dua dunia yang ada secara terpisah, yang terbelah terjadi pada saat kotak dibuka. Di satu alam semesta kucing masih hidup dan sehat, di alam semesta lain ia tidak selamat dari eksperimen tersebut.

"bunuh diri kuantum"

Dengan satu atau lain cara, kucing malang Schrödinger “disiksa” oleh banyak fisikawan. Beberapa, misalnya, mengusulkan untuk mempertimbangkan situasi kucing dari sudut pandang hewan itu sendiri - lagi pula, dia tahu lebih baik daripada semua fisikawan di dunia apakah dia hidup atau mati. Sungguh, Anda tidak bisa membantahnya. Pendekatan ini disebut “bunuh diri kuantum” dan secara hipotetis memungkinkan Anda memeriksa penafsiran mana yang benar.

Setiap orang dapat membiakkan varietasnya sendiri

Jika Anda melihat ilmu fisika modern, Anda dapat mengatakan dengan yakin bahwa di halaman penelitian, kucing Schrödinger yang telah lama menderita lebih hidup daripada siapa pun yang masih hidup. Dari waktu ke waktu, para ilmuwan menawarkan solusi terhadap paradoks terkenal ini, dan juga mengembangkan konsep tersebut dalam kerangka perkembangan yang sangat menarik.

"kotak kedua"

Misalnya, tahun lalu, para peneliti di Universitas Yale “memberi” kucing Schrödinger kotak kedua untuk petak umpetnya yang mematikan. Berdasarkan pendekatan ini, para ilmuwan mencoba mensimulasikan sistem yang diperlukan untuk pengoperasian komputer kuantum. Lagi pula, seperti yang Anda ketahui, salah satu kesulitan utama dalam membuat mesin jenis ini adalah kebutuhan untuk memperbaiki kesalahan. Dan ternyata, penggunaan kucing Schrödinger adalah cara yang menjanjikan untuk mengelola kelebihan informasi kuantum.

"kucing mikro"

Dan beberapa minggu yang lalu, tim ilmuwan internasional, yang dipimpin oleh para ahli Rusia di bidang optik kuantum, berhasil “membiakkan” kucing Schrödinger mikroskopis untuk maju dalam pencarian batas antara dunia kuantum dan dunia klasik. Beginilah cara kucing Schrödinger membantu fisikawan mengembangkan teknologi komunikasi kuantum dan kriptografi.

Kucing Schrödinger adalah bintang budaya pop

Studio Afrika / shutterstock.com

Jika kucing tidak bisa lepas dari kotak naasnya, maka ia berhasil keluar dari batasan konsep ilmiah dan halaman penelitian. Dan bagaimana caranya!

Karakter kucing misterius dengan nasib sulit muncul dengan konsistensi yang patut ditiru dalam karya budaya populer. Jadi, kucing Schrödinger muncul dalam buku Terry Pratchett, Fredrik Pohl, Douglas Adams dan penulis terkenal dunia lainnya. Tentu saja, kucing disebutkan dalam proyek televisi populer seperti “The Big Bang Theory” dan “Doctor Who.” Belum lagi gambar kucing Schrödinger selalu ditemukan di video game dan lirik lagu. Dan portal Internet ThinkGeek telah menghasilkan banyak uang dengan menjual T-shirt dengan tulisan di satu sisi: “Kucing Schrodinger Hidup”, dan di sisi lain - “Kucing Schrodinger Mati.”

Kucing melakukannya dengan lebih baik

Setuju, Anda dapat mengamati hal yang menakjubkan: kucing ilmiah paling terkenal hanyalah model yang divisualisasikan untuk menguji hipotesis. Namun, partisipasi hewan peliharaan berekor di dalamnya memberikan eksperimen tersebut sejumlah besar puisi dan pesona. Atau mungkin hanya karena kucing melakukan segalanya dengan lebih baik? Sangat mungkin.

Dan ingat: sebagai hasil percobaan Schrödinger, tidak ada satu kucing pun yang dirugikan.

Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.

Seperti yang dijelaskan Heisenberg kepada kita, karena prinsip ketidakpastian, deskripsi objek di dunia mikro kuantum memiliki sifat yang berbeda dari deskripsi objek di dunia makro Newton pada umumnya. Alih-alih koordinat spasial dan kecepatan, yang biasa kita gambarkan gerak mekanis, misalnya bola di meja biliar, dalam mekanika kuantum objek dijelaskan dengan apa yang disebut fungsi gelombang. Puncak “gelombang” sesuai dengan probabilitas maksimum untuk menemukan partikel di ruang angkasa pada saat pengukuran. Pergerakan gelombang tersebut dijelaskan oleh persamaan Schrödinger, yang memberi tahu kita bagaimana keadaan sistem kuantum berubah seiring waktu.

Sekarang tentang kucing. Semua orang tahu bahwa kucing suka bersembunyi di dalam kotak (). Erwin Schrödinger juga mengetahuinya. Selain itu, dengan fanatisme Nordik murni, ia menggunakan fitur ini dalam eksperimen pemikiran yang terkenal. Intinya adalah seekor kucing dikurung di dalam kotak dengan mesin neraka. Mesin tersebut dihubungkan melalui relai ke sistem kuantum, misalnya zat yang membusuk secara radioaktif. Kemungkinan peluruhan diketahui dan berjumlah 50%. Mesin neraka dipicu ketika keadaan kuantum sistem berubah (terjadi pembusukan) dan kucing mati total. Jika kita membiarkan sistem “kuanta-mesin-kuanta-kuanta” selama satu jam dan ingat bahwa keadaan sistem kuantum dijelaskan dalam bentuk probabilitas, maka menjadi jelas bahwa kemungkinan besar tidak akan mungkin untuk mengetahuinya. apakah kucing itu hidup atau tidak pada saat tertentu, sama seperti tidak mungkin memprediksi secara akurat jatuhnya koin di kepala atau ekornya terlebih dahulu. Paradoksnya sangat sederhana: fungsi gelombang yang menggambarkan sistem kuantum memadukan dua keadaan kucing - ia hidup dan mati pada saat yang sama, seperti halnya elektron yang terikat dapat ditempatkan dengan probabilitas yang sama di tempat mana pun di ruang angkasa yang berjarak sama dari inti atom. Jika kita tidak membuka kotaknya, kita tidak tahu persis bagaimana keadaan kucing itu. Tanpa melakukan pengamatan (baca pengukuran) terhadap inti atom, kita dapat menggambarkan keadaannya hanya dengan superposisi (pencampuran) dua keadaan: inti yang membusuk dan yang tidak membusuk. Seekor kucing yang kecanduan nuklir hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Pertanyaannya adalah: kapan suatu sistem tidak lagi ada sebagai campuran dua keadaan dan memilih satu keadaan tertentu?

Interpretasi eksperimen Kopenhagen memberi tahu kita bahwa sistem tidak lagi merupakan campuran keadaan dan memilih salah satunya pada saat pengamatan terjadi, yang juga merupakan pengukuran (kotak terbuka). Artinya, fakta pengukuran mengubah realitas fisik, yang menyebabkan runtuhnya fungsi gelombang (kucing menjadi mati atau tetap hidup, tetapi tidak lagi merupakan campuran keduanya)! Coba pikirkan, eksperimen dan pengukuran yang menyertainya mengubah kenyataan di sekitar kita. Secara pribadi, fakta ini lebih mengganggu otak saya daripada alkohol. Steve Hawking yang terkenal juga mengalami kesulitan menghadapi paradoks ini, mengulangi bahwa ketika dia mendengar tentang kucing Schrödinger, tangannya mengulurkan tangan ke Browning. Beratnya reaksi fisikawan teoretis terkemuka ini disebabkan oleh fakta bahwa, menurut pendapatnya, peran pengamat dalam keruntuhan fungsi gelombang (menghancurkannya menjadi salah satu dari dua keadaan probabilistik) sangat dilebih-lebihkan.

Tentu saja, ketika Profesor Erwin merancang penyiksaan kucingnya pada tahun 1935, itu adalah cara yang cerdik untuk menunjukkan ketidaksempurnaan mekanika kuantum. Faktanya, kucing tidak bisa hidup dan mati pada saat bersamaan. Sebagai hasil dari salah satu interpretasi percobaan, menjadi jelas bahwa terdapat kontradiksi antara hukum dunia makro (misalnya, hukum kedua termodinamika - kucing hidup atau mati) dan hukum mikro. dunia (kucing itu hidup dan mati pada saat bersamaan).

Interpretasi lain yang lebih baru dari eksperimen pemikiran Schrödinger adalah cerita yang diceritakan oleh karakter Teori Big Bang Sheldon Cooper kepada tetangganya yang kurang berpendidikan, Penny. Inti dari cerita Sheldon adalah konsep kucing Schrödinger dapat diterapkan pada hubungan antarmanusia. Untuk memahami apa yang terjadi antara pria dan wanita, hubungan seperti apa yang ada di antara mereka: baik atau buruk, Anda hanya perlu membuka kotaknya. Sampai saat itu tiba, hubungan tersebut baik dan buruk.

Mungkin sebagian dari Anda pernah mendengar ungkapan “kucing Schrödinger”. Namun, bagi kebanyakan orang, nama ini tidak berarti apa-apa.

Jika Anda menganggap diri Anda sebagai subjek yang berpikir, dan bahkan mengaku sebagai seorang intelektual, maka Anda harus mencari tahu apa itu kucing Schrödinger dan mengapa ia menjadi terkenal.

Kucing Schrödinger adalah eksperimen pemikiran yang diajukan oleh fisikawan teoretis Austria Erwin Schrödinger. Ilmuwan berbakat ini menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1933.

Melalui eksperimennya yang terkenal, ia ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanika kuantum dalam transisi dari sistem subatom ke sistem makroskopis.

Erwin Schrödinger mencoba menjelaskan teorinya dengan menggunakan contoh asli seekor kucing. Ia ingin membuatnya sesederhana mungkin agar idenya bisa dipahami oleh siapa saja.

Berhasil atau tidaknya Anda akan mengetahuinya dengan membaca artikel sampai selesai.

Inti dari eksperimen Kucing Schrödinger

Misalkan seekor kucing dikurung di dalam ruang baja dengan mesin neraka (yang harus dilindungi dari intervensi langsung oleh kucing): di dalam penghitung Geiger terdapat sejumlah kecil bahan radioaktif sehingga hanya satu atom yang dapat meluruh dalam waktu satu jam. , tetapi dengan kemungkinan yang sama mungkin tidak hancur; jika ini terjadi, tabung pembacaan akan habis dan relai diaktifkan, melepaskan palu, yang memecahkan labu dengan asam hidrosianat.

Jika kita membiarkan seluruh sistem ini selama satu jam, maka kita dapat mengatakan bahwa kucing akan hidup setelah waktu tersebut, selama atomnya tidak hancur.

Penghancuran atom yang pertama akan meracuni kucing. Fungsi psi dari sistem secara keseluruhan akan mengungkapkan hal ini dengan mencampurkan atau mengolesi kucing hidup dan kucing mati (maafkan ungkapannya) di bagian yang sama.

Hal yang khas dalam kasus-kasus seperti ini adalah bahwa ketidakpastian yang awalnya terbatas pada dunia atomik diubah menjadi ketidakpastian makroskopis, yang dapat dihilangkan dengan pengamatan langsung.

Hal ini mencegah kita untuk secara naif menerima “model kabur” sebagai cerminan kenyataan. Hal ini sendiri tidak berarti sesuatu yang tidak jelas atau bertentangan.

Ada perbedaan antara foto buram atau tidak fokus dan foto awan atau kabut.

Dengan kata lain, kita mempunyai sebuah kotak dan seekor kucing. Kotak itu berisi perangkat dengan inti atom radioaktif dan wadah berisi gas beracun.

Selama percobaan, kemungkinan peluruhan atau tidak peluruhan inti adalah 50%. Oleh karena itu, jika inti membusuk, hewan tersebut akan mati, dan jika inti tidak membusuk, kucing Schrödinger akan tetap hidup.

Kami mengunci kucing di dalam kotak dan menunggu selama satu jam, merenungkan kelemahan hidup.

Menurut hukum mekanika kuantum, inti (dan akibatnya, kucing itu sendiri) dapat berada dalam semua keadaan yang memungkinkan secara bersamaan (lihat superposisi kuantum).

Hingga saat kotak dibuka, sistem “inti kucing” mengasumsikan dua kemungkinan hasil dari kejadian: “peluruhan inti - kucing mati” dengan probabilitas 50%, dan “peluruhan inti tidak terjadi - kucing masih hidup ” dengan tingkat kemungkinan yang sama.

Ternyata kucing Schrödinger, yang duduk di dalam kotak, hidup dan mati pada saat yang bersamaan.

Penafsiran interpretasi Kopenhagen mengatakan bahwa bagaimanapun juga, kucing itu hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Pilihan peluruhan nuklir terjadi bukan ketika kita membuka kotaknya, tetapi juga ketika inti atom mengenai detektor.

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pengurangan fungsi gelombang dari sistem “inti-detektor-kucing” sama sekali tidak berhubungan dengan orang yang mengamati dari luar. Ia terhubung langsung ke detektor-pengamat inti atom.

Kucing Schrödinger dengan kata sederhana

Menurut hukum mekanika kuantum, jika tidak ada pengamatan terhadap inti atom, inti atom dapat bersifat ganda: yaitu peluruhan akan terjadi atau tidak.

Oleh karena itu, kucing yang ada di dalam kotak dan mewakili nukleus dapat hidup dan mati pada saat yang bersamaan.

Namun saat pengamat memutuskan untuk membuka kotak tersebut, dia hanya akan dapat melihat satu dari 2 kemungkinan keadaan.

Namun kini muncul pertanyaan logis: kapan tepatnya sistem tersebut tidak ada lagi dalam bentuk ganda?

Berkat pengalaman ini, Schrödinger berpendapat bahwa mekanika kuantum tidak lengkap tanpa aturan tertentu yang menjelaskan kapan fungsi gelombang runtuh.

Mengingat fakta bahwa kucing Schrödinger cepat atau lambat harus menjadi hidup atau mati, hal serupa juga terjadi pada inti atom: peluruhan atom akan terjadi atau tidak.

Hakikat pengalaman dalam bahasa manusia

Schrödinger, dengan menggunakan contoh seekor kucing, ingin menunjukkan bahwa menurut mekanika kuantum, seekor hewan akan hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Faktanya, hal ini mustahil, sehingga dapat disimpulkan bahwa mekanika kuantum saat ini memiliki kelemahan yang signifikan.

Video dari "Teori Big Bang"

Karakter serial Sheldon Cooper mencoba menjelaskan kepada temannya yang “berpikiran tertutup” inti dari eksperimen Kucing Schrödinger. Untuk melakukan hal ini, ia menggunakan contoh hubungan antara seorang pria dan seorang wanita.

Untuk mengetahui hubungan seperti apa yang mereka miliki, Anda hanya perlu membuka kotaknya. Sementara itu, hubungan mereka bisa bersifat positif dan negatif pada saat yang bersamaan.

Apakah kucing Schrödinger selamat dari pengalaman tersebut?

Jika ada pembaca kami yang khawatir dengan kucing itu, Anda harus tenang. Selama percobaan, tidak satupun dari mereka mati, dan Schrödinger sendiri yang menyebut eksperimennya mental, yaitu yang dilakukan secara eksklusif dalam pikiran.

Kami harap Anda memahami inti dari eksperimen Kucing Schrödinger. Jika Anda memiliki pertanyaan, Anda dapat menanyakannya di komentar. Dan tentu saja, bagikan artikel ini di jejaring sosial.

Jika Anda menyukainya, berlanggananlah ke situs ini SAYAmenarikFakty.org dengan cara apa pun yang nyaman. Itu selalu menarik bersama kami!

Apakah Anda menyukai postingan tersebut? Tekan tombol apa saja:

Pasti Anda sudah lebih dari satu kali mendengar bahwa ada fenomena “Kucing Schrödinger”. Tetapi jika Anda bukan seorang ahli fisika, kemungkinan besar Anda hanya memiliki gambaran samar tentang jenis kucing apa ini dan mengapa ia diperlukan.
“Kucing Schrödinger” adalah nama eksperimen pemikiran terkenal dari fisikawan teoretis Austria terkenal Erwin Schrödinger, yang juga merupakan pemenang Hadiah Nobel. Dengan bantuan eksperimen fiktif ini, ilmuwan ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanika kuantum dalam transisi dari sistem subatom ke sistem makroskopis.
Artikel ini merupakan upaya untuk menjelaskan dengan kata-kata sederhana esensi teori Schrödinger tentang kucing dan mekanika kuantum, sehingga dapat diakses oleh orang yang tidak memiliki pendidikan teknik yang lebih tinggi. Artikel ini juga akan menyajikan berbagai interpretasi eksperimen tersebut, termasuk interpretasi dari serial TV “The Big Bang Theory.”
Isi:
1. Deskripsi percobaan
2. Penjelasan dengan kata-kata sederhana
3. Video dari Teori Big Bang
4. Ulasan dan komentar
Deskripsi percobaan
Artikel asli oleh Erwin Schrödinger diterbitkan pada tahun 1935. Di dalamnya, eksperimen digambarkan dengan menggunakan teknik perbandingan atau bahkan personifikasi:

Anda juga dapat membuat kasus yang didalamnya terdapat banyak bahan olok-olok. Biarkan beberapa kucing dikurung di dalam ruang baja bersama dengan mesin jahat berikut (yang seharusnya terlepas dari campur tangan kucing tersebut): di dalam penghitung Geiger terdapat sejumlah kecil zat radioaktif, sangat kecil sehingga hanya satu atom yang dapat meluruh dalam satu jam , tetapi dengan kemungkinan yang sama mungkin tidak hancur; jika ini terjadi, tabung pembacaan akan habis dan relai diaktifkan, melepaskan palu, yang memecahkan labu dengan asam hidrosianat.
Jika kita membiarkan keseluruhan sistem ini selama satu jam, maka kita dapat mengatakan bahwa kucing akan hidup setelah waktu tersebut, selama atomnya tidak hancur. Penghancuran atom yang pertama akan meracuni kucing. Fungsi psi dari sistem secara keseluruhan akan mengungkapkan hal ini dengan mencampurkan atau mengolesi kucing hidup dan kucing mati (maafkan ungkapannya) di bagian yang sama. Hal yang khas dalam kasus-kasus seperti ini adalah bahwa ketidakpastian yang awalnya terbatas pada dunia atomik diubah menjadi ketidakpastian makroskopis, yang dapat dihilangkan dengan pengamatan langsung. Hal ini mencegah kita untuk secara naif menerima “model kabur” sebagai cerminan kenyataan. Hal ini sendiri tidak berarti sesuatu yang tidak jelas atau bertentangan. Ada perbedaan antara foto buram atau tidak fokus dan foto awan atau kabut.
________________________________________
Dengan kata lain:
1. Ada sebuah kotak dan seekor kucing. Kotak tersebut berisi mekanisme yang berisi inti atom radioaktif dan wadah gas beracun. Parameter percobaan dipilih sehingga kemungkinan peluruhan nuklir dalam 1 jam adalah 50%. Jika nukleusnya hancur, wadah berisi gas terbuka dan kucing tersebut mati. Jika nukleusnya tidak membusuk, kucing tersebut tetap hidup dan sehat.
2. Kami menutup kucing di dalam kotak, menunggu satu jam dan mengajukan pertanyaan: apakah kucing itu hidup atau mati?
3. Mekanika kuantum tampaknya memberi tahu kita bahwa inti atom (dan juga kucing) berada dalam semua keadaan yang memungkinkan secara bersamaan (lihat superposisi kuantum). Sebelum kita membuka kotaknya, sistem inti kucing berada dalam keadaan “intinya telah membusuk, kucingnya mati” dengan probabilitas 50% dan dalam keadaan “intinya belum membusuk, kucingnya hidup” dengan a kemungkinan 50%. Ternyata kucing yang duduk di dalam kotak itu hidup dan mati di saat yang bersamaan.
4. Menurut penafsiran Kopenhagen modern, kucing masih hidup/mati tanpa adanya keadaan perantara. Dan pemilihan keadaan peluruhan inti terjadi bukan pada saat kotak dibuka, tetapi bahkan ketika inti memasuki detektor. Karena reduksi fungsi gelombang sistem “detektor-inti-kucing” tidak dikaitkan dengan manusia pengamat kotak, tetapi dikaitkan dengan detektor-pengamat inti.

Penjelasan dengan kata-kata sederhana
Menurut mekanika kuantum, jika inti atom tidak diamati, maka keadaannya digambarkan oleh campuran dua keadaan - inti yang membusuk dan inti yang tidak membusuk, oleh karena itu, seekor kucing duduk di dalam kotak dan mempersonifikasikan inti atom. hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Jika kotak dibuka, maka pelaku eksperimen hanya dapat melihat satu keadaan tertentu - “intinya telah membusuk, kucingnya mati” atau “intinya belum membusuk, kucingnya hidup”.
Intisari dalam bahasa manusia: Eksperimen Schrödinger menunjukkan bahwa, dari sudut pandang mekanika kuantum, kucing itu hidup dan mati, yang mana tidak mungkin. Oleh karena itu, mekanika kuantum memiliki kelemahan yang signifikan.
Pertanyaannya adalah: kapan suatu sistem tidak lagi ada sebagai campuran dua keadaan dan memilih satu keadaan tertentu? Tujuan percobaan ini adalah untuk menunjukkan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap tanpa beberapa aturan yang menunjukkan kondisi di mana fungsi gelombang runtuh dan kucing menjadi mati atau tetap hidup tetapi tidak lagi merupakan campuran keduanya. Karena jelas bahwa kucing pasti hidup atau mati (tidak ada keadaan peralihan antara hidup dan mati), hal ini serupa dengan inti atom. Itu harus membusuk atau tidak membusuk (Wikipedia).
Video dari Teori Big Bang
Interpretasi lain yang lebih baru dari eksperimen pemikiran Schrödinger adalah cerita yang diceritakan oleh karakter Teori Big Bang Sheldon Cooper kepada tetangganya yang kurang berpendidikan, Penny. Inti dari cerita Sheldon adalah konsep kucing Schrödinger dapat diterapkan pada hubungan antarmanusia. Untuk memahami apa yang terjadi antara pria dan wanita, hubungan seperti apa yang ada di antara mereka: baik atau buruk, Anda hanya perlu membuka kotaknya. Sampai saat itu tiba, hubungan tersebut baik dan buruk.
Di bawah ini adalah klip video pertukaran Teori Big Bang antara Sheldon dan Penia.
Apakah kucing tersebut tetap hidup akibat percobaan tersebut?
Bagi mereka yang belum membaca artikel tersebut dengan cermat, namun masih khawatir dengan kucing tersebut, kabar baiknya: jangan khawatir, menurut data kami, ini adalah hasil eksperimen pemikiran seorang fisikawan gila Austria.
TIDAK ADA KUCING YANG TERLUKA