Характерною рисою роботи видатного вченого Ервіна Шредінгера була свого роду "вторинність". Сам він рідко займався певною науковою проблемою. Його улюбленим жанром роботи був відгук на чиєсь наукове вишукування, розвиток цієї роботи або її критика. Незважаючи на те, що сам Шредінгер був індивідуалістом за характером, йому завжди була необхідна чужа думка, опора для подальшої роботи. Незважаючи на цей своєрідний підхід, Шредінгеру вдалося зробити чимало відкриттів.
Біографічні дані
Теорія Шредінгера зараз відома не тільки студентам фізико-математичних факультетів. Вона буде цікава кожному, хто відчуває інтерес до популярної науки. Ця теорія була створена відомим фізиком Е.Шредінгером, який увійшов в історію як один з творців квантової механіки. Вчений народився 12 серпня 1887 року в родині власника фабрики з виготовлення клейонки. Майбутній вчений, який прославився на весь світ своєю загадкою, захоплювався в дитинстві ботанікою і малюванням. Першим його наставником був батько. У 1906 році Шредінгер почав навчання у Віденському університеті, під час якого і почав захоплюватися фізикою. Коли настала Перша світова війна, вчений пішов на службу артилеристом. У вільний час займався вивченням теорій Альберта Ейнштейна.
На початок 1927 року в науці склалася драматична ситуація. Е.Шредінгер вважав, що основою теорії про квантові процеси повинна служити ідея про безперервність хвиль. Гейзенберг, навпаки, вважав, що фундаментом для цієї галузі знань повинна бути концепція про дискретність хвиль, а також ідея про квантові стрибки. Нільс Бор не приймав жодної з позицій.
Досягнення в науці
За створення концепції хвильової механіки в 1933 році Шредінгер отримав Нобелівську премію. Однак, вихований у традиціях класичної фізики, вчений не міг мислити іншими категоріями і не вважав квантову механіку повноцінною галуззю знання. Його не могла задовольнити подвійна поведінка частинок, і він намагався звести її виключно до хвильового. У своїй дискусії з Н. Бором Шредінгер висловився так: "Якщо ми плануємо зберегти в науці ці квантові стрибки, тоді я взагалі шкодую, що пов 'язав своє життя з атомною фізикою".
Подальші роботи дослідника
При цьому Шредінгер був не тільки одним з творців сучасної квантової механіки. Саме він був тим вченим, який ввів у науковий ужиток термін "об 'єктність опису". Це можливість наукових теорій описувати реальність без участі спостерігача. Його подальші дослідження були присвячені теорії відносності, термодинамічним процесам, нелінійній електродинаміці Борна. Також вченим було зроблено кілька спроб створити єдину теорію поля. Крім того, Е.Шредінгер володів шістьма мовами.
Найвідоміша загадка
Теорія Шредінгера, в якій фігурує той самий кіт, виросла з критики вченого квантової теорії. Один з її основних постулатів свідчить, що поки за системою не проводиться спостереження, вона знаходиться в стані суперпозиції. А саме, у двох і більше станах, які виключають існування один одного. Стан суперпозиції в науці має наступне визначення: це здатність кванту, яким може бути також електрон, фотон, або, наприклад, ядро атома, перебувати одночасно в двох станах або навіть у двох точках простору в той момент, коли ніхто за ним не спостерігає.
Об 'єкти в різних світах
Простій людині дуже складно зрозуміти таке визначення. Адже кожен об 'єкт матеріального світу може бути або в одній точці простору, або в іншій. Проілюструвати цей феномен можна наступним чином. Спостерігач бере дві коробки, і кладе в одну з них кульку для тенісу. Буде ясно, що в одній коробці він знаходиться, а в іншій - ні. Але якщо в одну з ємностей покласти електрон, то вірним буде наступне твердження: ця частинка знаходиться одночасно в двох коробках, яким би парадоксальним це не здавалося. Так само електрон в атомі не знаходиться в строго певній точці в той чи інший момент часу. Він обертається навколо ядра, розташовуючись на всіх точках орбіти одночасно. У науці цей феномен називається "електронною хмарою".
Що хотів довести вчений?
Таким чином, поведінка маленьких і великих об 'єктів реалізується за абсолютно різними правилами. У квантовому світі існують одні закони, а в макромірі - абсолютно інші. Однак немає такої концепції, яка пояснювала б перехід від світу матеріальних предметів, звичних для людей, до мікроміру. Теорія Шредінгера і була створена, для того щоб продемонструвати недостатність досліджень в області фізики. Вчений хотів показати, що є наука, метою якої є опис невеликих об 'єктів, і є область знань, що вивчає звичайні предмети. Багато в чому завдяки роботам вченого і відбувся поділ фізики на дві області: квантову і класичну.
Теорія Шредінгера: опис
Свій знаменитий уявний експеримент вчений описав у 1935 році. У його проведенні Шредінгер спирався на принцип суперпозиції. Шредінгер підкреслював, що поки ми не спостерігаємо за фотоном, він може бути як частинкою, так і хвилею; як червоним, так і зеленим; як круглим, так і квадратним. Цей принцип невизначеності, який безпосередньо випливає з концепції квантового дуалізму, Шредінгер і використовував у своїй відомій загадці про кота. Сенс експерименту коротко полягає в наступному:
- У закриту коробку поміщається кіт, а також ємність, в якій міститься синильна кислота і радіоактивна речовина.
- Ядро протягом години може розпадатися. Ймовірність цього становить 50%.
- Якщо атомне ядро розпадеться, то це буде зафіксовано лічильником Гейгера. Механізм спрацює, і скринька з отрутою буде розбита. Кіт помре.
- Якщо ж розпаду не станеться, то кіт Шредінгера буде живий.
Згідно з цією теорією, поки не здійснюється спостереження за котом, він знаходиться одночасно в двох станах (мертвий і живий), точно так само, як і ядро атома (що розпалося або не розпалося). Звичайно, це можливо тільки лише за законами квантового світу. У макромірі кіт не може бути і живим, і мертвим одночасно.
Парадокс спостерігача
Щоб зрозуміти суть теорії Шредінгера, необхідно також мати уявлення про парадокс спостерігача. Його сенс полягає в тому, що об 'єкти мікроміру можуть перебувати одночасно в двох станах тільки тоді, коли за ними не проводиться спостереження. Наприклад, у науці відомий так званий "Експеримент з 2-ма щілинами і спостерігачем". На непрозору платівку, в якій були зроблені дві вертикальні щілини, вчені направляли пучок електронів. На екрані, що знаходився за пластиною, електрони малювали хвильову картину. Іншими словами, вони залишали чорні та білі смуги. Коли ж дослідники захотіли поспостерігати, яким чином електрони пролітають через щілини, то частинки відобразили на екрані всього лише дві вертикальні смуги. Вони поводилися як частинки, а не як хвилі.
Копенгагенське пояснення
Сучасне пояснення теорії Шредінгера носить назву копенгагенського. Виходячи з парадоксу спостерігача, воно звучить наступним чином: до тих пір, поки ніхто не спостерігає за ядром атома в системі, воно знаходиться одночасно в двох станах - розпався і нерозпався. Однак твердження про те, що кіт живий і мертвий одночасно, вкрай помилкове. Адже в макромірі ніколи не спостерігаються ті ж явища, що і в мікромірі.
Тому мова йде не про систему "кот-ядро", а про те, що між собою пов 'язані лічильник Гейгера і ядро атома. Ядро може вибрати той чи інший стан у момент вимірювання. Однак даний вибір має місце не в той момент, коли експериментатор відкриває скриньку з котом Шредінгера. Насправді, відкриття ящика має місце в макромірі. Іншими словами, в системі, яка дуже далека від атомного світу. Тому ядро вибирає свій стан саме в той момент, коли воно потрапляє на детектор лічильника Гейгера. Таким чином, Ервін Шредінгер у своєму подумковому експерименті описав систему недостатньо повно.
Загальні висновки
Таким чином, не зовсім коректно пов 'язувати макросистему з мікроскопічним світом. У макромірі квантові закони втрачають свою силу. Ядро атома може перебувати одночасно в двох станах тільки лише в мікромірі. Те ж саме не може бути сказано щодо кота, оскільки він є об 'єктом макроміру. Тому тільки на перший погляд складається враження, що кіт переходить із суперпозиції в один зі станів у момент відкриття скриньки. Насправді його доля визначається в той момент, коли атомне ядро взаємодіє з детектором. Висновок можна зробити такий: стан системи в загадці Ервіна Шредінгера ніяк не пов 'язаний з людиною. Воно залежить не від експериментатора, а від детектора - предмета, який "веде спостереження" за ядром.
Продовження концепції
Теорія Шредінгера простими словами описується так: поки спостерігач не дивиться на систему, вона може перебувати одночасно в двох станах. Однак ще один вчений - Юджин Вігнер, пішов далі і вирішив довести концепцію Шредінгера до повного абсурду. "Дозвольте! - сказав Вігнер, - а що, коли його колега спостерігає за котом?" Напарник не знає про те, що саме побачив сам експериментатор в той момент, коли відкрив коробку з котом. Кіт Шредінгера виходить зі стану суперпозиції. Однак ніяк не для колеги спостерігача. Тільки в той момент, коли останньому стане відома доля кота, тварину можна остаточно назвати живою або мертвою. Крім того, на планеті Земля живуть мільярди людей. І останній вердикт можна буде винести тільки тоді, коли результат експерименту стане надбанням всіх живих істот. Звичайно, всім людям можна розповісти долю кота і теорію Шредінгера коротко, проте це дуже довгий і трудомісткий процес.
Принципи квантового дуалізму у фізиці так і не були спростовані мисленим експериментом Шредінгера. У якомусь сенсі кожну істоту можна назвати ні живою і ні мертвою (яка перебуває в суперпозиції) до тих пір, поки є хоча б одна людина, за нею не спостерігає.