УсмивкаКотката на Шрьодингер
Парадоксите на квантовата физика през призмата на художествената литература
Мисловният експеримент, предложен от австрийския физик Ервин Шрьодингер през 1935 г., стана известен - и не само сред учените - до голяма степен благодарение на фантасмагоричната фигура на полумъртва, полумъртва котка. Според условията на експеримента в затворена кутия има: котка, механизъм с радиоактивно атомно ядро и контейнер с отровен газ. Както е известно, разпадането на ядрото в квантовата механика се описва чрез суперпозиция (комбинация) на различни състояния на елементарна частица. В зависимост от това дали ядрото се разпада, се активира смъртоносно устройство. И тъй като ядрото е в суперпозиция, това означава, че котката е едновременно жива и мъртва. В нашата класическа реалност такава комбинация е невъзможна, следователно пред очите на наблюдателя, който е отворил кутията, котката изглежда жива или мъртва, а в затворената кутия той е „нито жив, нито мъртъв“.
Експериментът на Шрьодингер, предназначен да подчертае парадокса и дори абсурда на концепциите на квантовата механика, проектирани върху макрокосмоса, провокира следния въпрос, вече не физически, а по-скоро мито-поетичен: защо котка? Учените по правило не си задават този въпрос. На мястото на котката може да бъде всяко животно: мишка, куче, заек, гущер.
Вярвам, че има поетична логика зад този физически експеримент. Може би котката идва от приказката "Алиса в страната на чудесата", която Луис Карол пише през 1865 г., точно 70 години преди статията на Шрьодингер. Известната Чеширска котка има същите магически свойства като тази на Шрьодингер.Той е и не е. Когато котката изчезне във въздуха, остава само усмивката, която съществува независимо от нея.
Трудно е да се каже колко съзнателно физикът е използвал изобретението на разказвача, който между другото е бил математик по основната си професия (Чарлз Лутуидж Доджсън).
Или може би, напротив, разказвачът е проникнал в тайните на квантовия свят много преди откриването му във физиката?
Нечуто момичето върви
През приказната страна
И вижда много чудеса
Дълбоко под земята.
Ами ако тази приказна страна, в която се озовала Алис, е прототипът на квантовия свят, открит впоследствие от физиката? Нищо чудно, че момичето трябваше внезапно да намалее, за да последва заека в дупката му, а след това да намалява и да намалява, пиейки вълшебна напитка от красив флакон:
Именно това „квантуване“ на героинята я доведе до среща с котка, чието поведение се разпознава като ефектите на квантовите състояния - суперпозиции: „Като цяло, спри да изчезваш и да се появяваш толкова рязко - главата ти вече се върти!“ — Добре — съгласи се Котката и започна да изчезва, започвайки от върха на опашката, толкова бавно, че усмивката витаеше самотна във въздуха дълго време. "Добре добре! помисли си Алис. - Котка без усмивка е разбираема, но усмивка без котка! За първи път в живота си виждам такова чудо!“
Какво става с котката?
Физиците наистина се замайват, когато започнат да следят движението на частици, които могат да се появят на различни места по едно и също време. Притчата на Шрьодингер за котката ни казва приблизително същото като самата Чеширска котка за условията на съществуване в квантовия свят от гледна точка на класическата наука: „Ние всички сме ненормални тук. Аз съм ненормален. Ти си луд - засмя се Котката.
Популяризаторите на квантовата теория често цитират другаепизод от Алис: „Магазинът беше пълен с всякакви любопитни неща, но ето какво е странно: щом Алис се качи до някой рафт и го разгледа по-отблизо, тя веднага беше празна, въпреки че съседните рафтове бяха направо препълнени с всякакви стоки.
- Какви неща са течни тук! – каза Алис жално. Вече няколко минути тя преследваше някакво ярко малко нещо. Или беше кукла, или беше работеща кутия, но не беше дадена на ръце по никакъв начин. Веднага щом Алис протегна ръка към нея, тя полетя към рафта по-високо.
Тази неуловимост на нещата е сравнена с невъзможността да се определи точната позиция на електрона в квантовия свят. (Подробности за "Алиса" във връзка с проблемите на съвременната наука и психология са описани в книгата на Арнолд Миндел "Квантовият ум. Границата между физиката и психологията", 2002 г.).
Трудно е да се съмняваме, че „Алиса“ е била позната на Шрьодингер и може би именно за да изрази скептицизма си към квантовата физика и нейните парадокси, той е решил да прибегне до образа на котка. В тази интерпретация притчата на Шрьодингер за живата-мъртва котка се оказва пълна със сарказъм, тъй като се отнася до котката предшественик, чиято усмивка е обърната към нашия бинарен здрав разум. Чеширският котарак в Алиса не просто изчезва, докато се усмихва, той придружава самото си изчезване с усмивка, сякаш изпраща послание от един прекрасен свят, където всичко е възможно, и се подиграва на самия класически принцип на реалността.
Същият скрит смях се чува и в притчата-експеримент на Шрьодингер: вие, проповедници на квантовите чудеса, ако обичате, приемете котката и жива, и мъртва! Неслучайно Шрьодингер започва описанието на своя експеримент със закачлива нотка: „Възможно е да се конструират случаи, в които има достатъчно бурлеска. Определена котка е заключена в стоманена камера заедно със следващия адмашина. ".
Наричайки случая с котката „бурлеска“, физикът подчертава естетическия подтекст на този образ, в който сериозен научен експеримент се свежда до шега и дори буфонада. Така че Шрьодингер искаше да се изсмее на теоретичната слабост на квантовата механика, която, приложена към макрокосмоса, води до най-абсурдни заключения.
Пол Фейерабенд, най-големият методолог на науката, пише за това: „Познание. няма поредица от последователни теории, доближаващи се до някаква идеална концепция. а по-скоро това е разширяващ се океан от взаимно несъвместими (може би дори несъизмерими) алтернативи, в който всяка отделна теория, приказка или мит е част от една цялост.
Показателно е, че по-нататъшното развитие на квантовата механика води до очевидното появяване в нея на самата Чеширска котка. Точно така - "Квантова Чеширска котка" (Quantum Cheshire Cat) - се нарича парадоксалното свойство на някои частици (неутрони) да се отделят от самите частици, да се появяват независимо от техните материални носители. Хипотезата е предложена от британски и израелски учени през 2010 г. и потвърдена от експерименти във Виенския технологичен институт през 2013 г.
Представете си, че върхът на дете започва да се върти и изведнъж въртенето ще се отдели от самия връх и ще започне да се извършва независимо от него. По същия начин една квантова система започва да "мами" - да се държи така, сякаш частиците са пространствено разделени от техните магнитни свойства. Признаците на микрообектите придобиват независимост и локална отдалеченост от себе си.
Като цяло котката е един от най-странните персонажи в световната митология. Легендите ги свързват с вещици и гадаене, с тайните на нощта и лунната светлина. Смятало се, че те имат специално шесто чувство, те могат да проникнатдруг свят, общуват с духове и че те имат девет живота. Този архетип на котешка магия е широко отразен в литературата, включително „Майстора и Маргарита“ на Михаил Булгаков (котката Бегемот „дойде от нищото“ горе-долу по същото време, в средата на 30-те години на миналия век, като нейния експериментален събрат от кутията).
Интерпретацията на многото светове на квантовата механика, представена от американския физик Хю Еверет през 50-те години на миналия век и споделяна от много, ако не и повечето съвременни учени, предлага това разрешение на парадокса на Шрьодингер: котката остава жива в някои светове и мъртва в други. Джон Грибин, който задълбочено е проучил проблема, пише за проспериращата съдба на котката на Шрьодингер в световете на Еверет: „Няма какво повече да се тревожим за загадката на котката. Знаем, че в нашия свят кутията съдържа мъртва или жива котка, а в съседния свят има друг наблюдател със същата кутия, където котката е мъртва или жива” (John Gribbin. In Search of Schrodinger's Cat: Quantum Physics and Reality.L.: Black Swan, 2012, p. 311.)
Самият момент на наблюдение на котката се оказва разклонение, където световете започват да се разделят на две, следвайки парадоксалния разпад-неразпад на атомното ядро. Наблюдателите на жива и мъртва котка също имат различни светове и различни съдби.
Но вече можехме да се досетим за това от четенето на приказки като тази на Карол. Научната притча на Шрьодингер се оказва сред онези древни фантазии, които в наше време са предопределени да се присъединят към авангарда на най-смелите научни теории. Може би не напразно Александър Пушкин поверява ролята на разказвач в увода на Руслан и Людмила на учения котарак: „Той отива надясно - започва песента, наляво - разказва приказка. Има чудеса. ". Такава магическа котка наистина може да служи като прототип на фантастичните открития на съвременната наука.