Кто такой «кот Шрёдингера» и где эта концепция применяется в реальной жизни

Если вам кажется, что с вашим котом происходит нечто странное, возможно, он просто оказался в суперпозиции.

Представьте себе закрытый ящик, в котором находятся:

Если атом распадётся, счётчик зафиксирует это и откроет капсулу, от чего кот погибнет. Если же этого не произойдёт, кот останется жив. Вероятность распада — 50%. 

По законам квантовой механики, пока мы не открыли ящик, атом одновременно и распался, и не распался. Следовательно, кот тоже находится в суперпозиции: он и жив, и мёртв одновременно. Только в момент наблюдения его состояние становится определённым — он либо жив, либо мёртв.

Этот парадокс показывает, насколько странными могут быть интерпретации квантовой механики, если применять их к объектам нашего привычного макроскопического мира. Ведь в реальной жизни мы никогда не видим котов, которые одновременно живы и мертвы.

Как кота Шрёдингера интерпретировали в научных кругах

Эксперимент породил множество философских и научных дискуссий. Важнейшие интерпретации квантовой механики предлагают разные объяснения того, что же всё-таки происходит на уровне микромира.

Копенгагенская интерпретация

Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, предложенной Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, квантовые системы существуют в суперпозиции — сразу во всех возможных состояниях. Но как только начинается наблюдение, суперпозиция «коллапсирует», и система принимает одно конкретное состояние.

Важно понимать, что копенгагенская интерпретация не говорит о том, что кот буквально находится в состоянии смешения жизни и смерти. В макроскопических системах квантовые эффекты вроде суперпозиции практически не наблюдаются.

Кот, безусловно, является макроскопическим объектом, а значит, для него суперпозиция не работает так, как для элементарных частиц. Поэтому, согласно копенгагенской интерпретации, он всегда имеет конкретное состояние, просто до момента наблюдения оно остаётся неизвестным.

Многомировая интерпретация

Эта интерпретация, предложенная Хью Эвереттом в 1957 году, утверждает, что при каждом квантовом событии Вселенная расщепляется на несколько параллельных ветвей, в каждой из которых реализуется один из возможных исходов. В контексте мысленного эксперимента Шрёдингера это означает, что в одной из таких вселенных кот остаётся жив, а в другой — погибает.

В итоге, по Эверетту, мы просто оказываемся в одной из ветвей и воспринимаем только один вариант событий. Этот взгляд популярен в научной фантастике, потому что предполагает существование множества параллельных миров, в которых реализуются все возможные сценарии.

Интерпретация Вигнера

Физик Юджин Вигнер добавил в эксперимент ещё одного наблюдателя. Он предположил, что если один человек открыл ящик и увидел состояние кота, но другой этого не знает, то с точки зрения другого система всё ещё в суперпозиции. Это привело к вопросу: играет ли сознание роль в формировании реальности?

Где квантовые эффекты проявляются в реальной жизни

Хотя кот Шрёдингера чисто теоретический пример, принципы квантовой механики находят практическое применение в самых различных сферах жизни. Ключевым понятием, лежащим в основе многих квантовых технологий, как раз и является суперпозиция — способность частиц существовать в нескольких состояниях одновременно.

Квантовые компьютеры

Классические устройства оперируют битами, каждый из которых может быть либо в состоянии 0, либо в состоянии 1. Квантовый же компьютер использует кубиты. Кубит может находиться в обоих состояниях одновременно благодаря принципу суперпозиции, что позволяет значительно увеличить вычислительные мощности.

Это открывает перспективы для решения сложнейших задач, которые практически невозможно выполнить на классических устройствах. Например, квантовые компьютеры могут моделировать молекулы на уровне атомов, что помогает в разработке новых лекарств, материалов и технологий.

Квантовая криптография

Принцип суперпозиции используется и в квантовой криптографии, которая обещает революционизировать методы защиты данных. В отличие от классических методов квантовые технологии позволяют создать защищённые каналы связи, которые практически невозможно взломать.

Суть заключается в том, что такая передача информации использует квантовые состояния частиц, и любое вмешательство или попытка подслушивания изменяет эти состояния. То есть, если злоумышленник попытается перехватить информацию, он нарушит суперпозицию частиц, и это сразу станет заметным для отправителя и получателя.

Итак, кот Шрёдингера — это не просто забавный мысленный эксперимент, а способ прояснить важнейшие концепции квантовой механики. Он ставит вопросы о природе реальности, о том, влияет ли наблюдение на систему, и даже о возможных параллельных мирах. И хотя кот Шрёдингера остаётся чисто теоретическим примером, эта идея помогает нам двигаться к новым технологиям — от квантовых компьютеров до защищённых коммуникаций. И возможно, даже к новому пониманию жизни.

Это тоже интересно 🧠 9 теорий эволюции, созданных учёными от Античности до наших дней 5 нелепых псевдоисторических теорий, у которых до сих пор есть сторонники Как Эйнштейн стал первым звёздным учёным и что стоит у него перенять
Источник