Квантовый мир и кот Шрёдингера простыми словами

• • 

    Дарина Земляных

    Автор Викиум

Вы могли слышать про кота Шрёдингера простыми словами — это мысленный эксперимент про ящик, в котором кот «и жив, и мёртв одновременно», пока мы не посмотрим внутрь. То есть, если мы чего-то не испытывали, то есть вероятность разных исходов.

Дальше — длиннее и интереснее. В статье понятно расскажем, как за образом кота в ящике стоит принцип суперпозиции, проблема измерения и вопрос, почему квантовые правила прекрасно описывают электроны, но не распространяются на чашку кофе и на реального котёнка.

По ходу чтения полезно «замедлять» мышление и держать включённым критический режим: отличать факт от допущения, метафору от физики, развести теоретическую модель и реальность. Такие приёмы — базовая практика критического мышления.

Что такое «кот Шрёдингера»: суть эксперимента простыми словами

Простыми словами эксперимент Шрёдингера происходит так: в коробку Шрёдингера (герметичный ящик) кладут кота и устройство: радиоактивный атом → счётчик → молоточек → ампула с ядом. За час атом с вероятностью 50% распадается. Если распался — счётчик срабатывает, молоточек разбивает ампулу, кот погибает. Если нет — кот жив.

Важно: эксперимент Шрёдингера с реальным котом никто не проводит: это логический тест для интерпретаций, а не жёсткое обращение с животными. Это мысленный эксперимент, подмечающий конфликт между квантовым и нашим макромиром.

Пока ящик закрыт, квантовая механика описывает атом в суперпозиции: «распался или не распался».  Следуя логике, вся система «подхватывает» эту суперпозицию: получается состояние Шрёдингера — кот «жив и мертв одновременно». Мы не знаем, и математика честно держит обе возможности ― знание неполно до измерения.

Но стоит открыть крышку — мы видим ровно одно: либо жив, либо нет. Вариантов больше нет. Измерение ― вмешательство ― приводит к конкретному результату. В чём парадокс?

Когда научный мир находился на волне популярности квантовой физики, Шрёдингер хотел показать ― квантовая суперпозиция прекрасно работает для микромира (атом), но её нелегко и нелепо переносить на макрообъект нашего мира (кот). Получаются парадоксальные результаты ― по правилам нашего мира существо не может и жить, и умереть.

Суперпозиции либо «рушатся» при измерении (фиксации состояния) наблюдателем, либо срабатывают другие механизмы. При этом в квантовом языке измерение не пассивно: оно выбирает один из возможных исходов. Например, чтобы узнать, кот жив или мёртв, мы вмешиваемся в ситуацию ― открываем ящик. Как только есть взаимодействие с большим миром (свет, тепло, воздух), суперпозиция не выживает: макрообъекты постоянно «измеряют» друг друга. В макромире объекты непрерывно взаимодействует с окружающим миром, суперпозиция распадается и выбирает один исход событий колоссально быстро — до того, как мы успеем сказать «кот Шрё…».

Поэтому кошка Шрёдингера — это метафора и мысленный эксперимент, а не инструкция. Он ничего не доказывает, а подсвечивает вопросы к интерпретациям квантовой механики и парадоксальность применения квантовых правил, а не про мистику. Таким образом учёный хотел спровоцировать дискуссии о неполноте квантовой механики в макромире и роли наблюдателя в реальности. Однако сейчас эксперимент стал разговорным мемом и применяется в ситуациях, где исход неизвестен до их наступления ― «открытия коробки».

Как «подружиться» с квантовой физикой и не утонуть в терминах

1. Держите словарь под рукой. «Суперпозиция» — про одновременную математическую запись нескольких возможностей, «измерение» — про выбор.
2. Тренируйте рабочую память и внимание. Чем меньше белого шума в голове — тем легче удерживать цепочку аргументов и не перепрыгивать от «кота» к «измерению» без мостика. Здесь пригодятся тренажёры «Развитие внимания» и короткие блоки из «Детоксикации мозга».
3. Читайте быстро — думайте медленно. Навык «скорочтения» помогает просеивать текст, но выводы всегда требуют паузы и возвращения к формулировкам.

Коротко про кота Шрёдингера

• Что такое кот Шрёдингера: мысленный эксперимент про суперпозицию и измерение.
• Суть эксперимента простыми словами: пока ящик закрыт, атом и система находятся в суперпозиции; при открытии у нас есть только один исход.
• Почему кот не бывает «и жив, и мёртв» в реальности: суперпозиция не работает по правилам макромира.

Здесь особенно важно не путать термины из физики с жизненными и не «перетаскивать» квантовые метафоры в обычный мир. Различать смысловые уровни помогает привычка задавать уточняющие вопросы и проверять первоисточник — это именно та мышца, которую тренируют курсы «Критическое мышление» и «Секреты мозга».