Кот Шрёдингера
Откуда Bы знаете, что, когда Bы отворачиваетесь, столы за Bашими спинами не превращаются в кенгуру?..
xxx: :(: смайл Шредингера
xxx: одновременно и веселый и грустный
413606Well, I actually performed the experiment. Dozens of times. The bad news is that reality doesn't exist. The good news is we have a new cat graveyard.
неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого.
Кот Шрёдингера — физико-математический мем. Эксперимент с помещением кота в газенваген придуман Эрвином Шрёдингером, чтобы показать, что квантовая механика — penis canina и что при распространении её на макросистемы (объекты размером с кота, скажем) возникают непредвиденные проблемы.
Правда, что это за эксперимент и что призван иллюстрировать кот, мало кто понимает. Кот Шрёдингера? Ну, это такой кот, который сидит в коробке и одновременно и жив, и мёртв… Потому что наука!
Суть эксперимента[править]
Шрёдингер ходил по комнате в поисках нагадившего котёнка, а тот сидел в коробке ни жив ни мертв.
Есть ящик и кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра за 1 час составляет 50 %. Если ядро распадается, открывается ёмкость с газом и кот погибает. Если распада ядра не происходит — кот остается жив-здоров.
Закрываем кота в ящик, ждём час и задаёмся вопросом: «а жив ли кот?»
Квантовая же механика как бы говорит нам, что атомное ядро (а следовательно, и кот) находится во всех возможных состояниях одновременно (см. квантовая суперпозиция). До того как мы открыли ящик, система «кот—ядро» находится в состоянии «ядро распалось, кот мёртв» с вероятностью 50 % и в состоянии «ядро не распалось, кот жив» с вероятностью 50 %. Получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.
Согласно современной копенгагенской интерпретации, кот таки жив/мёртв безо всяких промежуточных состояний. А выбор состояния распада ядра происходит не в момент открытия ящика, а ещё когда ядро попадает в детектор, потому что редукция волновой функции системы «кот—детектор-ядро» не связана с человеком-наблюдателем ящика, а связана с детектором-наблюдателем ядра (что конечно сомнительно, ибо души и возможности «наблюдать» у детектора нет). Многомировая интерпретация же делает акцент на реализацию обоих состояний кота в альтернативных вселенных.
Истоки появления[править]
Очень трудно найти в тёмной комнате чёрную кошку, особенно если её там нет.
Очень трудно найти в тёмной комнате чёрную кошку, особенно если она там есть.
Люди делятся на три вида: живые, мертвые и те, что плавают по морю
Дело в том, что, как и Эйнштейн, Шрёдингер был противником квантовой механики, с её вероятностями, неопределённостями и квантовыми флуктуациями. Потому вся эта котовасия предполагалась для указания на несформированность КМ, на то, что мы, дескать, ещё чего-то не понимаем.
Кстати, Шрёдингер придумал своё уравнение только чтобы макнуть КМ мордой в грязь, но оказалось, что уравнение-то прекрасно сходится с экспериментом. Schrödinger-FFFFFFUUUUUU.jpg.
ИРЛ[править]
Физики из института квантовой оптики Макса Планка и Института фотонных наук хотят провести в реальности известный мысленный эксперимент «кота Шрёдингера». Доктор Ориол Ромеро-Исарт (Oriol Romero-Isart) и его коллеги предлагают провести эксперимент по «подвешиванию» вируса табачной мозаики (tobacco mosaic virus) в суперпозиции двух квантовых состояний. Его фаллическая стержнеобразная форма (50 нанометров в диаметре и 1 микрометр в длину) больше всего понравилась ученым. Фрейд и Юнг рыдают обнявшись.
Для начала они предлагают поместить вирус в вакуум, где его поймает в ловушку созданное лазером электромагнитное поле. Затем другим лазером команда исследователей намеревается замедлить движение вируса, пока он совсем не остановится в одном из самых низких энергетических состояний. Как только это произойдёт, физики с помощью фотона заставят его перейти в суперпозицию двух квантовых состояний: до проведения измерения вирус, по идее, должен будет находиться в «смеси» движения и неподвижности одновременно.
Квантовая механика[править]
Началось всё с того, что в начале двадцатого века физики обнаружили: микрообъекты (элементарные частицы, а также и частицы поменьше, о которых тогда не знали) ведут себя очень странно — совсем не так, как им положено по классической ньютоновской механике. Например, эксперимент показал, что электрон ведёт себя одновременно как частица и как волна (это называется «корпускулярно-волновой дуализм»).
А ещё обнаружилось, что, наблюдая микрообъекты, наблюдатель неизбежно влияет на них своим наблюдением. Взять, например, фотон. Он умеет всего три вещи — излучаться, лететь со скоростью света и поглощаться. Наблюдать его иначе чем в момент поглощения мы не можем (потому что наблюдение фотона — это и есть поглощение). Соответственно, был сформулирован принцип неопределённости Гейзенберга — уравнение, демонстрирующее, что мы не можем одновременно знать положение и момент импульса частицы с произвольной точностью. Этот принцип хорошо иллюстрируется анекдотом о том, как Гейзенберга остановил полицейский за превышение скорости: «Вы знаете, с какой скоростью вы ехали? — Нет, зато я точно знаю, где сейчас нахожусь!»
Поэтому физики ввели понятие волновой функции. Значение этой функции (точнее, квадрата её модуля) в некоторой точке-состоянии соответствовало вероятности, с какой наше наблюдение застанет частицу в данном состоянии. Иначе говоря, с точки зрения наблюдателя можно считать, что частица одновременно находится в разных состояниях с разной вероятностью. Это называется «суперпозицией состояний».
Модель волновой функции, а также использующее эту функцию уравнение Шрёдингера позволили объяснить некоторые необычные свойства микрообъектов. Но остался вопрос: а как ведёт себя частица на самом деле? Волновая функция ведь описывает результат наших измерений, то есть результат взаимодействия частицы с наблюдателем. А как ведёт себя частица в отсутствие наблюдателя?
Копенгагенская интерпретация и появление кота[править]
Одним из ответов на этот вопрос была так называемая копенгагенская интерпретация. Согласно ей, частица действительно находится сразу во многих состояниях с разной вероятностью. Конечно, макрообъекты так себя не ведут, но мы ведь уже знаем, что в микромире свои правила? Ну так вот, частица живёт себе в суперпозиции состояний, пока наблюдатель не «наблюдёт» её и своим наблюдением не схлопнет волновую функцию, оставив частицу в одном фиксированном состоянии.
Именно здесь на сцену выходит наш кот. Эрнест Шрёдингер, один из «зубров» квантовой механики, резко высказался против копенгагенской интерпретации и, чтобы опровергнуть её, придумал мысленный эксперимент — того самого кота.
Итак, есть наглухо закрытая коробка, в которой сидит кот, а также находится радиоактивный атом, который может распасться, а может и нет. Если атом распадётся и специальный детектор это уловит, то в коробке разобьётся ампула с ядовитым газом, и бедный кот помрёт. Если же атом не распадётся, то кот останется в живых.
Штука в том, что наружный мир никак не действует на систему внутри нашей коробки. (Да, в реальности такую коробку сделать крайне сложно, но на то у нас и мысленный эксперимент.) Мы никак не можем сказать, жив кот в коробке или уже умер. Открыв коробку, мы увидим или труп, или живого и сердитого кота. Но каким был кот до того, как мы открыли коробку? Раз у нас не было никаких способов это проверить, то, наверное, кот, как и частица в копенгагенской интерпретации, находился в суперпозиции двух состояний: был одновременно и жив, и мёртв. Верно?
Подтвердить это не удалось (или, как выразился сам Шрёдингер, «бурлеск»), ибо пришлось бы убить реального кота. В этом и есть суть мысленного эксперимента Шрёдингера: мы знаем, что макрообъекты так себя не ведут, и у нас нет оснований полагать, что так себя ведут микрообъекты.
Споры об интерпретациях квантовой механики (а этих интерпретаций было предложено довольно много) не утихают до сих пор, но нас сейчас интересуют не эти споры, а кот. Что же было с ним дальше?
Дальнейшие приключения кота[править]
Дальше с котом Шрёдингера случилось нечто неожиданное. Хотя изначально кот был антипримером, оказалось, что его удобно использовать, наоборот, как пример для объяснения суперпозиции состояний. Преподаватели (и, будем надеяться, студенты) понимали, что в мёртво-живого кота поверить сложно, однако он существует и тем самым ломает интуитивную систему мира; но на таком как бы абсурдном примере оказалось удобно иллюстрировать, как свойства микрообъектов отличаются от свойств макрообъектов. Ну и кроме того, он прекрасно олицетворял саму абсурдность, непостижимость, непознаваемость физики для тех, кто в ней не разбираются.
А потом… Харизматичный и парадоксальный кот Шрёдингера, как и подобает коту, пошёл гулять сам по себе по мировой культуре. Уже в полном отрыве от спора об интерпретациях квантовой механики (и, увы, часто без особого понимания соответствующей физики) кота поминают или обсуждают во множестве произведений.
Меметичность[править]
Кот Шрёдингера является аналогом задачи о самолёте, и, вообще говоря, лежит в области интересов специальной олимпиады (очень вкусно!).
- Близким аналогом эксперимента Шрёдингера является ситуация с Кенни, который тоже то жив, то мёртв.
- В мультсериале «Футурама» (6.16) Шредингер был избит полицейскими за нарушение законов квантовой физики.
- В мультсериале Рик и Морти (2.01) герои встретили котов Шрёдингера в параллельной реальности.
- В Half-Life 2 тоже был кот в лаборатории (телепортаторы прилагаются), кошмары о котором «до сих пор» навещают Барни. Подробности как бы умолчали… «Hey! About that cat…» — Alyx Vance
- В игре Bioshock 2 в замороженной комнате есть заледеневший кот Шрёдингер.
- В весьма доставляющем сериале «Bugs» в роли кота Шрёдингера была улика Красная ртуть в заминированном сейфе. Чтобы доказать — нужно БАХнуть, но тогда улике капец. Ещё там вспоминали собаку Ньютона.
- В Последнем Дозоре одного пейсателя есть магический девайс Кот Шрёдингера. Пушистый воротник надевался на шею арестанту во избежание применения магии оным. В случае применения магии с Котом Шредингера на шее, девайс разрывал к ебеням шею арестанта острыми шипами, прячущимися в мехе. Надевался на Антона Городецкого. Упоминалось, что назван он был потому, что «никто так и не смог понять, живая эта дрянь или все-таки мертвая», что намекает.
- Ситуация с котом Шредингера обсуждается главными героями книги Дугласа Адамса «Детективное агентство Дирка Джентли».
- Одним из героев романа Р. Э. Хайнлайна «Кот, проходящий сквозь стены» является рыжий кот Пиксель, обладающий свойством кота Шредингера находиться в двух состояниях одновременно.
- Чеширский кот из «Алисы в стране чудес» похож на жертву эксперимента доброго физика. Частичная телепортация и доставляющие вещественные рассуждения прилагаются.
- В опусе тов. Бира «Чума Шрёдингера» в положении упомянутого кота оказывается всё человечество. Герои решают предотвратить ужасные последствия посредством устранения квалифицированного наблюдателя, могущего зафиксировать коллапс волновой функции. Пикантности добавляет то, что во множество таких наблюдателей входят они сами…
- По версии Терри «Нашего всё» Пратчетта («Кот без дураков»), кот Шрёдингера всё же телепортировался, как и предполагалось выше.
- У него же:
С формальной точки зрения, кот, закрытый в ящике, может быть либо живым, либо мертвым. Но определить это можно, только открыв крышку. Именно это действие, связанное с открыванием ящика, определяет состояние кота, хотя ученые ошибаются — на самом деле состояний у кота может быть три, а именно: Живой, Мертвый и Вне Себя От Бешенства.
- В романе Дэна Симмонса «Восход Эндимиона» кошачий ящик Шрёдингера используется в качестве клетки для узников и орудим казни одновременно, ибо религиозность власть имущих не позволяла марать руки в крови еретиков. Жертву помещают в коробку и выпуливают в открытый космос:
«Система рециркуляции воздуха и воды, койка, синтезатор пищи, узкая стойка, которая служит одновременно обеденным и письменным столом, а также туалет, раковина и душ, почему-то отделенные от всего остального пластиковой перегородкой»… В корпусе «ящика» спрятана капсула с отравляющим газом. Она вмонтирована в воздушный фильтр, и всякая попытка добраться до нее или проделать дыру в корпусе приведет к тому, что внутрь начнет поступать цианид. Кроме того, в статико-динамическом поле «ящика» находятся счетчик радиации, изотопный элемент и таймер. Мне не суждено узнать, когда именно таймер включит счетчик, когда, крохотный изотоп лишится свинцовой оболочки, когда в камеру устремится поток частиц… Но в ту секунду, когда это случится, Я пойму, что счетчик заработал, и успею еще ощутить перед смертью запах горького миндаля. Надеюсь, все произойдет быстро. С технической точки зрения, если вспомнить древние загадки квантовой механики, я сейчас не жив и не мертв. Пребываю в подвешенном состоянии, плещусь в волнах вероятности, которые предназначались когда-то для кошки в мысленном эксперименте Шредингера.
- В эпическом киберпанк-романе Мэрси Шелли aka Лёхи Андреева «2048» рассказывается: «Один тип с фамилией, напоминающей напильник, сажал какого-то несчастного биорга в железный ящик, где не было ничего, кроме ампулы с ядом.»
- В романе Кристофера Сташефа «Маг-целитель» герой IRL видит этого самого кота. У кота там две головы, причём одна умирает, когда оживает вторая, что доставляет.
- В романе Рэя Брэдбери «451 градус по Фаренгейту» есть одновременно живой и мёртвый механический пёс.
- «Любая шутка про кота Шрёдингера смешная и несмешная одновременно.»
- В «ТБВ» физики взрывают моск Пенни котиком Шрёдингера (1 сезон 17 серия).
- В игре Возвращение квантового кота от gl00my нужно спасти кота, захваченного сумасшедшими учёными для проведения эксперимента в реале.
Это всё намекает нам, что гипотетически кот таки попал в кучу вымышленных измерений одновременно. WAIT. OH SHI--
Примеры[править]
Фольклор[править]
- Шредингер искал по всей комнате нагадившего кота. Кот сидел в коробке ни жив ни мертв.
Литература[править]
- В одном из романов Пратчетта кот Грибо был посажен в коробку и использован как оружие против эльфов. Рассказчик в шутку заметил, что при открывании коробки кот мог оказаться в одном из трёх состояний: живой, мёртвый или «вне себя от ярости». Разумеется, Грибо оказался в третьем состоянии, и эльфам не поздоровилось.
- В книге Пратчетта «Кот без дураков» (The Unadulterated Cat) кот Шрёдингера научился сам схлопывать свою волновую функцию в нужное состояние и таким образом удрал из коробки. Большинство современных котов — его потомки, и именно этим объясняется их способность неожиданно оказываться там, где их, с точки зрения хозяина, быть никак не может.
- А в научно-популярной «Науке Плоского Мира» грамотно и доступно объясняется тот самый мысленный эксперимент Шрёдингера.
- Сергей Лукьяненко, «Последний Дозор» — артефакт Инквизиции «Кот Шрёдингера» удобен, чтобы схватить жертву за шею и лишить возможности сопротивляться, поскольку существует на всех слоях Сумрака, а если Иной, которому его надели, попробует воспользоваться магией, Кот просто его обезглавит. Ах да, снять его может лишь тот, кто надел. Однажды под это угораздило попасть самого Антона Городецкого.
- Почему так называется? Никто так и не смог выяснить, живая эта дрянь или нет.
- «Недотёпа» — «Вот представь, я беру ящик и бросаю туда… допустим, кота. А потом бросаю туда колбу с отравой. Есть шанс, что колба разбилась и кот сдох. Но возможно, что колба уцелела и кот жив. Так ответь, жив кот или нет?»
- Дэн Симмонс, «Песни Гипериона» — в третьей части Рауль Эндимион рассказывает свою историю от первого лица, заключённый в «кошачьем ящике Шрёдингера». В четвёртой части находит способ оттуда выбраться (телепортацией).
- Кирилл Бенедиктов, «Кот Эдипа» — целых два примера использования сабжа статьи: классический, завязанный на смерти, и второй, весьма необычный, на этот раз связанный с полной противоположностью смерти.
- Леонид Каганов, «Роман и Лариса» — объяснение экспермента в версии для лунных губернаторов просто надо читать.
Комиксы[править]
- Эххо: в четвертом томе в Фурмиль (в которую обычно вселяются духи свеже-покойников) вселился дух запертого в коробке кота. «Ибо кот в коробке и жив, и мертв одновременно.»
Веб-комиксы[править]
- Saturday Morning Breakfast Cereal напоминает, что кот всё-таки был придуман как антипример.
Мультсериалы[править]
- Рик и Морти — в первой серии второго сезона Рик вместе со своими внуками попадает в измерение хрононеопределенности, заполненное теми самыми котами Шрёдингера.
Аниме[править]
- Hellsing — прапорщик Эрвин Шрёдингер, котомальчик, перманентно находящийся в такой суперпозиции и сам решающий, в каком варианте ему существовать дальше. Выражается это в возможности присутствовать где угодно (не просто телепортация, он с такой же лёгкостью пролезает в чужие глюки) и игнорировать собственную смерть. Кроме того, из-за слишком смазливой внешности фанатами был окрещён «трапом Шрёдингера», пол которого невозможно определить, пока не снимешь с него штаны.
- Шрёдингер смог убить Алукарда, отрезав себе голову и упав в поток крови, поглощаемой вампиром. Поскольку Шрёдингер существует, пока осознаёт себя, с его смертью он исчез вместе с Алукардом. Не помогло — вампир потратил годы, убивая в себе все собранные души… но одну сохранил — душу Шрёдингера. И теперь Алукард сам находится в такой суперпозиции.
Видеоигры[править]
- «Schrödinger’s Cat and the Raiders of the Lost Quark» — аркада-платформер про кота Шрёдингера, который ловит живые элементарные частицы (кварки, лептоны и др.), сбежавшие из Зоопарка частиц.
- BioShock Infinite — парадокс кота Шрёдингера наглядно демонстрируется на примере призрака леди Комсток (и не только её). Получилось жутко.
- Minecraft — попытка реализации децентрализованного форка столкнулась с большой проблемой: невозможностью синхронизации времени у всех клиентов, а так как спавн мобов завязан на уровень освещения, оказалось, что единственный моб, который может в таких условиях генериться, — это кот Шрёдингера. Собственно, в игре его нет, потому что реализация провалилась.
- Warframe — судя по комментариям Ордиса, в реликвиях Бездны находится лут Шрёдингера, который является одновременно разными предметами пока реликвию не откроют. Правда, сколько здесь квантовой физики, а сколько Бездны, непонятно.
- Годвилль — Кот Шрёдингера здесь появляется в качестве неубиваемого монстра.
- NetHack — в этом рогалике есть монстр «Квантовый механик», в луте с которого может встретиться коробка с котом. Если открыть коробку, кот с равной вероятностью может оказаться живым или мертвым, причем движок игры определяет это только при открывании коробки (в отличие от остального лута, свойства которого генерируются заранее).
Настольные игры[править]
- Эра Водолея — Кошка Шрёдингера является одним из NPC (которого очень-очень условно можно считать именно персонажем). Некий студент-физик с МГУ решил провести тот самый эксперимент, описанный Эрвином Шрёдингером… и результат превзошёл все его ожидания: выбранная для эксперимента чёрная кошка теперь не жива и не мертва, существует одновременно в физической и тонкой реальности, получила полную неуязвимость к физическому урону и экстрасенсорному воздействию и способность к прохождению сквозь стены, которую использует преимущественно для того, чтобы воровать чужую еду и вмешиваться в ритуалы магов, разбрасывая ритуальные принадлежности.
Галерея[править]
Шрёдингер против знатоков
Тонкая структура уровней энергии квантового кота
В Н И М А Н И Е
Эрвин Шрёдингер убьет тебя, как кота в коробке.
Может быть.
Обычная одёжка шрёдингер-фагов
Футболка шрёдингер-фагов русская версия
Поворот Шредингера
В /b/ своё понимание науки
Собака Шрёдингера
Наглядная форма уровнения кота Шрёдингера
Шлёма Шрёдингер
См. также[править]
- Мышь Эйнштейна — ещё один полемический зверёк, связанный с квантовой механикой.
- Взаимоисключающие параграфы
- Кенни Маккормик
- Семецкий
- Кейн
- Гуф
