Кот Шрёдингера

Материал из Posmotre.li
Перейти к: навигация, поиск
Частый персонаж антинаучной фантастики
« 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. »
— Шрёдингер

Кот Шрёдингера — это, пожалуй, один из самых известных персонажей научного мысленного эксперимента. 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!

Естественно, это, извините за оксюморон, чушь собачья, в которую ни один физик никогда не верил. Что же было на самом деле? Чтобы понять, откуда взялся наш кот, надо вспомнить кое-что из истории квантовой механики.

Квантовая механика[править]

Полония не желаете?

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 таких коробок не бывает, 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?

Разумеется, это чушь (или, как выразился сам Шрёдингер, «бурлеск»), и с котами такого не бывает. 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. Разумеется, преподаватели (и, будем надеяться, студенты) понимали, что мёртво-живого кота быть не может; но на таком нарочито 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.

См. также[править]

Мышь Эйнштейна — ещё один полемический зверёк, связанный с квантовой механикой.

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.

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.