Почему кот Шрёдингер самый лучший

Одним из наиболее важных инструментов в арсенале физика-теоретика является мысленный эксперимент. Если вы изучаете теорию относительности, квантовую механику или любую другую область физики, относящуюся к средам или ситуациям, в которые вы не способны (или не должны) поместить себя, вы обнаружите, что тратите гораздо больше времени на работу с воображаемыми сценариями, чем на настройку инструментов или проведение измерений.

В отличие от физических экспериментов, мысленные эксперименты заключаются не в сборе данных, а скорее в постановке воображаемого вопроса и проработке логической последовательности «если/то», чтобы выяснить, что на самом деле означает та или иная теория.

Вопрос «Что должно произойти, если теория верна?» имеет неоценимое значение для развития интуиции и прогнозирования новых заявлений. В некоторых случаях мысленный эксперимент может раскрыть глубокое философское значение теории или даже представить то, что кажется неразрешимым парадоксом.

Вероятно, самым известным из всех физических мысленных экспериментов является эксперимент с котом Шредингера — как потому, что он предполагает (чисто гипотетически!) мясорубку, так и потому, что его последствия для природы реальности в квантовом мире продолжают бросать вызов студентам и теоретикам по всему миру.

Базовая — опять же, чисто гипотетическая — экспериментальная установка такова: представьте, что у вас есть радиоактивный материал, в котором существует вероятность в 50% ядерного распада в течение определенного периода времени (скажем, одного часа); вы кладете этот материал в коробку вместе с небольшим стеклянным флаконом с ядом и устройством, которое разобьет флакон, если обнаружится радиоактивный распад. Затем вы помещаете в коробку живого кота, закрываете крышку, ждете час, а затем снова открываете коробку.

Основываясь на этой схеме, легко сделать вывод, что, поскольку вероятность того, что атом распадется и вызовет срабатывание яда, составляет 50%, в половине случаев, когда вы проводите эксперимент, вы должны найти живого кота, а в половине — мертвого при условии, что вы не используете одно и то же животное каждый раз.

Но когда Эрвин Шредингер описал мысленный эксперимент Альберту Эйнштейну в 1935 году, он сделал это, чтобы подчеркнуть очевидное следствие квантовой теории, которое обоим ученым казалось полной чепухой: идея о том, что до того, как вы откроете коробку, кошка находится в позиции живой и мертвой одновременно.

В итоге все сводится к принципу неопределенности в квантовой механике. В отличие от классической механики (такой, которая применима к повседневному опыту), в квантовой механике, по-видимому, в природу реальности заложена фундаментальная неопределенность.