Малко помощ за котката на Шрьодингер

През 1935 г. великият физик, Нобелов лауреат и основоположник на квантовата механика Ервин Шрьодингер е формулирал своя знаменит парадокс, илюстрирайки феномена нелокалност, възникващ при явлението квантово заплитане.

Парадоксът „Котка на Шрьодингер” се състои в следното: В кутия е поставена котка. Вътре има механизъм, съдържащ радиоактивно ядро и съд с отровен газ. Параметрите на експеримента са така подбрани, че вероятността ядрото да се разпадне за 1 час е 50%. Ако ядрото се разпадне, механизмът се задейства, отваря съда с отровен газ и котката умира.

Според квантовата механика, ако върху ядрото не се провежда наблюдение, състоянието му се описва като суперпозиция (смесване) на две състояния – разпаднало се ядро и неразпаднало се ядро, следователно котката е жива и мъртва едновременно. Ако кутията бъде отворена, експериментаторът трябва да види кое да е от двете състояния – ядрото се е разпаднало, котката е мъртва или ядрото не се е разпаднало, котката е жива.

Ако става дума не за котка и кутия, а за света на субатомните частици, то учените биха казали, че котката е жива и мъртва едновременно, но в макросвета такова заключение е некоректно. Така че защо оперираме с такива понятия, когато става дума за по-малки частици материя?

Илюстрацията на Шрьодингер е най-добрият пример за описание на главния парадокс на квантовата физика – според нейните закони частиците, като електрони, фотони и дори атоми, съществуват в две състояния едновременно („живи” и „мъртви”, ако си спомним многострадалната котка). Тези състояния се наричат суперпозиция.

Американският физик Арт Хобсън от университета в Арканзас е предложил свое решение на парадокса.

„Измерванията в квантовата физика се базират на работата на някои микроскопични устройства, такива като Гайгеров брояч, с помощта на който се определя квантовото състояние на микроскопичните системи – атоми, фотони и електрони. Квантовата теория подразбира, че ако съедините микроскопична система (частица) към микроскопично устройство, различаващо двете различни състояния на системата, то уредът (Гайгеровият брояч, например) ще премине в състояние на квантово заплитане и също ще се окаже едновременно в две суперпозиции. Но е невъзможно да се наблюдава това явление непосредствено, което го прави неприемливо”, разказва физикът.

Хобсън твърди, че в парадокса на Шрьодингер котката играе ролята на микроскопичния уред – Гайгеровия брояч, съединен към радиоактивното ядро за определянето на разпада или неразпада на това ядро. В такъв случай живата котка ще бъде индикатор на неразпада, а мъртвата – показател на разпада. Но според квантовата теория котката, както и ядрото, трябва да пребивават в две суперпозиции – живот и смърт.

Вместо това според физика квантовото състояние на котката трябва да бъде заплетено със състоянието на атома, което означава, че те пребивават в „нелокална връзка” един с друг. Тоест, ако състоянието на един от заплетените обекти внезапно се смени с противоположното, то състоянието на неговата двойка също ще се смени, на каквото и разстояние един от друг да се намират те. При това Хобсън се базира на експерименталните потвърждения на това от квантовата теория.

„Най-интересното в теорията на квантовото заплитане е това, че смяната на състоянието на двете частици става мигновено – никаква светлина или електромагнитен сигнал не би успял да предаде информацията от едната система към другата. Така може да се каже, че това е един обект, разделен на две части в пространството, и не е важно колко голямо е разстоянието между тях”, пояснява Хобсън.

Котката на Шрьодингер вече не е жива и мъртва едновременно. Тя е мъртва, ако има разпад, и е жива, ако разпадът така и не се случи.

Да добавим, че подобни варианти на решението на този парадокс са предложени от още три групи учени за последните трийсет години, но те не са били приети сериозно и така си останали незабелязани в широките научни кръгове.

Хобсън отбелязва, че решаването на парадоксите на квантовата механика, пък било то и теоретично, е абсолютно необходимо за нейното дълбоко разбиране.

Подробно за работата на физика може да прочетете в статията му в сп. Physical Review A.