Около котката на Шрьодингер още стоят нерешени проблеми в квантовата механика - тълкуването на състоянието на този любимец на физиците: жива, мъртва или неопределеността е само в главите ни? Изследователи от университета на Куинсланд са направили значителен напредък в отговора на този въпрос.

Наскоро сп. Nature Physics публикува онлайн изследването на колектив, начело с Мартин Рингбауер (Martin Ringbauer) "Измерванията върху реалността на вълновата функция".

Използвайки четиримерни състояния на фотони и подлагайки ги на много точни измервания, учените изключи популярния възглед, впрочем поддържан и от Айнщайн, че неопределеността на състоянието на котката е просто поради липса на знания за реалното ѝ състояние.

Според класическата физика, изследваният обект може да се намира в едно от множество възможни състояния. Той не може да бъде в няколко състояния едновременно, т.е. не може да има някакъв смисъл сумата от възможни състояния. Ако в момента съм в стаята, то не мога да съм и в коридора. Състоянието, при което съм едновременно и в стаята, и в коридора, е безсмислено. А също така, не мога да изляза от стаята едновременно през вратата и да скоча през прозореца – или ще мина през вратата, или ще скоча през прозореца. Това напълно отговаря на житейския ни опит и на “здравия ни разум”.

В квантовата механика, обаче, тази ситуация е само една от възможните. Такива състояния на системата, когато е възможен един или друг вариант, в квантовата механика се наричат ​​смесени. Тези състояния не може да се опишат с помощта на вълнова функция заради неизвестен компонент, което се дължи на взаимодействието им с околната среда. Те се описат от т. н. матрица на плътност. В този случай, може да говорим само за вероятност на различни резултати от експерименталните измервания.

Котката на Шрьодингер е прочут мем в квантовата физика. Това е мисловен експеримент, представен от Ервин Шрьодингер, за да покаже, че пренасянето на понятия от квантовата механика в макросистемите, например обекти с размерите на котка дава неочаквани проблеми.

Как е описал експеримента самият Шрьодингер:

Може да се изградят случаи, които са по-скоро бурлеска. Някаква котка е заключена в стоманена камера, заедно със следната адска машина (която трябва да бъдат защитена от директната намеса на котката): в гайгеров брояч има малко количество радиоактивен материал, толкова малко, че за един час може да се разпадне само един атом, но със същата вероятност може и да не се разпадне, но ако това се случи, отчитащата тръба се разтоварва и сработва реле, задействащо чук, който разбива колба на циановодородна киселина. Ако не се намесваме в системата за един час, можем да кажем, че котката ще е жива през това време, докато не се случи разпадането на атома. Първият разпад на атома, ще отрови котката. Пси-функцията на цялата система изразява това чрез смесване или размазване на жива и мъртва котка (извинете ме за израза) в равни части. Типично в подобни случаи е това, че несигурността първоначално ограничена в атомния свят, се превръща в макроскопска неопределеност, която може да бъде решена чрез пряко наблюдение. Това ни пречи наивно да приемем “моделът размазване” като отражение на реалността. Само по себе си, това не означава нищо неясно или противоречиво. Има разлика между размита или разфокусирана снимка и снимка на облаци или мъгла. – E. Schrödinger: «Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik» («Днешното състояние на квантовата механика»), 1935г.

Както всички обекти в квантовата физика , котката е описана от квантовата вълнова функция .
Д-р Алесандро Федрици (Fedrizzi) от Университета на Куинсланд, участник в изследването, обяснява, че въпреки че квантовата вълнова функция е нашият основен инструмент за описване на физическите системи в квантовата механика, все още е неясно какво всъщност представлява.

"Представя ли вълновата функция ограничените ни познания за реалното състояние на дадена система или пряко кореспондира с реалността?

"А има ли обективна реалност въобще?"

Този дебат е останал чисто теоретичен в продължение на десетилетия, докато три екипа от квантови теоретици-включително съавторите д-р Сирил  Бранчард (Cyril Branciard) и д-р Ерик Кавалканти (Eric Cavalcanti) наскоро не предлагат експериментални тестове, които да отговорят на този въпрос.

"Новите тестове могат да обяснят защо не можем да определяме квантовите състояния по друг начин, освен с неопределеност, която е основна характеристика на квантовата механика", казва водещият автор на изследването Мартин Рингбауер.

"Нашите резултати показват, че ако има обективна реалност, вълновата функция съответства на тази реалност."

С други думи, котката на Шрьодингер наистина е в състояние и жива, и мъртва.

Очаквайте серия статии за квантовата механика, включително и за знаменития котарак в Наука ОFFNews.

Още по темата

21/01/2015

Физика

Вълна. Основни формули и зависимости. Дифракция и интерференция