Кот Шредингера: объяснение и суть. Кот Шредингера простыми словами

Выражение «кот Шредингера» уже давно стало своеобразным мемом. Мы периодически слышим его в сериалах, научно-популярных программах и в повседневной жизни. В чем суть этой фразы?

Кот Шредингера — это эксперимент квантового физика Эрвина Шредингера. Он был мысленным, то есть ни один кот не пострадал. Или пострадал? В этом и есть главный вопрос вымышленного опыта.

Немного о квантовой механике: принцип суперпозиции

Прежде чем рассказать об эксперименте, добавим пример из квантовой физики для облегчения понимания сути проблемы.

Возьмем две непрозрачные банки с крышками и один грецкий орех. В одну из банок кладем орех, закрываем обе банки. Теперь мы знаем, что в одной банке есть орех, а в другой его нет. Однако если мы заменим орех на электрон, он будет находиться одновременно в двух банках. Как это понимать?

Изучением таких явлений и занимается квантовая механика — раздел квантовой физики, созданный учеными, в числе которых был и Эрвин Шредингер.

Согласно их теории, объекты квантового мира находятся в суперпозиции: они не двигаются по какой-то одной траектории, а могут выбирать одновременно несколько путей и оказываться сразу в нескольких местах.

Возьмем в пример футбольный мяч: мы видим, что он летит прямо в ворота, и другой путь он не выберет. Ученые объясняют, что состояние суперпозиции настолько хрупкое и нестабильное, что факт наблюдения за объектом может разрушить это состояние, и мяч выбирает только один путь, пока мы на него смотрим.

Кот Шредингера. Простыми словами о сложном эксперименте

Теперь перейдем к эксперименту Эрвина Шредингера. Суть его состоит в следующем:

• В стальном ящике находится некий механизм. Он состоит из закрытой колбы с газом, счетчика Гейгера и радиоактивного ядра.

• Помещаем в вышеупомянутый ящик взволнованного кота.

• За один час эксперимента радиоактивное ядро или распадется, или не распадется. Если распад все же произойдет, счетчик Гейгера зафиксирует этот факт, емкость с газом откроется, а кот погибнет. Если ядро не распадается, колба с газом остается закрытой, а кот выживает.

В течение этого часа мы ждем результата и не имеем понятия, выжил ли подопытный кот. Квантовая физика же гласит, что в это время кот одновременно находится в состоянии жизни и смерти. Если этот закон действует на кота, может ли он так же работать в случае с распадом ядра?

Здесь пригодится парадокс наблюдателя, о котором шла речь выше. Согласно этому парадоксу, ядро атома, помещенное в ящик, находится в состоянии суперпозиции. Это состояние продлится до тех пор, пока ядро никто не видит: ни человек, ни измерительный прибор. В тот момент, когда появляется наблюдатель, частицы занимают какую-то одну позицию и двигаются по одной траектории.

Получается, что состояние ядра атома зависит от того, наблюдают ли за ним, а состояние кота от этого не зависит. На жизнь кота не влияет, смотрим ли мы на него. Никакой измерительный прибор не изменит состояние кота в ящике, а состояние атома он изменить может.

Почему же при наблюдении суперпозиция рушится? Согласно теории квантовой механики, когда измерительный прибор или человек начинает наблюдение, частицы испытывают квантовый коллапс. До этого они находились в неопределенном, свободном состоянии, а факт наблюдения за ними определяет их положение в пространстве и времени.

Шредингер намеренно поместил в ящик объекты из разных миров. Совместив «жидкое» и «холодное» (объекты из нашего и квантового миров),‎ ‎он хотел показать, что в момент наблюдения за ядром оно покидает квантовый мир и начинает подчиняться законам той физики, к которой мы все привыкли.

А в макромире факт существования наблюдателя никакой роли не играет, иначе судьбу кота решали бы мы, а не радиоактивный атом. Своим экспериментом ученый доказал, что квантовая физика нуждается в уточнении и дополнении.