Теорія шредінгера: опис, особливості, експерименти і застосування
Відео: Уразливість BadUSB теорія і практика. Theory and Practice of BadUSB.
У статті описується, що таке теорія Шредінгера. Показаний внесок цього великого вченого в сучасну науку, а також описаний придуманий ним уявний експеримент про кота. Коротенько змальована область застосування такого роду знань.
Ервін Шредінгер
Горезвісного кота, який ні живий, ні мертвий, зараз задіють всюди. Про нього знімають фільми, в його честь називають спільноти про фізику і тварин, є навіть такий бренд одягу. Але найчастіше люди мають на увазі парадокс з нещасним котом. А ось про його творця, Ервіна Шредінгера, як правило, забувають. Він народився у Відні, яка тоді була частиною Австро-Угорщини. Був сином вельми освіченою і заможної сім`ї. Його батько, Рудольф, виробляв лінолеум і вкладав гроші в тому числі і в науку. Його мати була дочкою хіміка, і Ервін часто ходив слухати в академію лекції діда.
Так як одна з бабусь вченого була англійкою, з дитинства він був зацікавлений іноземними мовами і досконало опанував англійську. Не дивно, що в школі Шредінгер кожен рік був найкращим у класі, а в університеті задавався складними питаннями. У науці початку двадцятого століття вже були виявлені невідповідності між більш зрозумілою класичної фізикою і поведінкою частинок мікро- і наносвіту. На вирішення виникаючих протиріч і кинув всі сили Ервін Шредінгер.
Внесок в науку
Для початку варто сказати, що цей фізик займався багатьма областями науки. Однак коли ми вимовляємо «теорія Шредінгера», то на увазі не створене ним математично струнке опис кольору, а внесок в квантову механіку. У ті часи технологія, експеримент і теорія йшли рука об руку. Розвивалася фотографія, були зафіксовані перші спектри, відкрилося явище радіоактивності. Вчені, які отримували результати, тісно взаємодіяли з теоретиками: погоджувалися, доповнювали один одного, сперечалися. Створювалися нові школи і галузі науки. Світ заграв зовсім іншими фарбами, і людство отримало нові загадки. Незважаючи на складність математичного апарату, описати, що таке теорія Шредінгера, простою мовою можна.
Квантовий світ - це просто!
Відео: НАТУРАЛЬНИЙ БОДІБІЛДІНГ: м`язи без стероїдів!
Зараз добре відомо, що масштаб досліджуваних об`єктів безпосередньо впливає на результати. Видимі оку предмети підкоряються поняттям класичної фізики. Теорія Шредінгера може бути застосована до тіл розмірами сто на сто нанометрів і менше. А найчастіше мова йде взагалі про окремі атоми і більш дрібних частинках. Отже, кожен елемент микросистем володіє одночасно властивостями як частинки, так і хвилі (корпускулярно-хвильовий дуалізм). Від матеріального світу електронам, протонам, нейтронам і т. П. Властива маса і пов`язані з нею інерція, швидкість, прискорення. Від теоретичної хвилі - такі параметри, як частота і резонанс. Для того щоб зрозуміти, як це можливо одночасно, і чому вони невіддільні одне від одного, вченим знадобилося переглянути взагалі всі уявлення про будову речовин.
Теорія Шредінгера має на увазі, що математично ці дві властивості пов`язані через якийсь конструкт, званий хвильовий функцією. Знаходження математичного опису цього поняття принесло Шредингеру Нобелівську премію. Однак фізичний зміст, який приписав йому автор, не збігся з уявленнями Бора, Зоммерфельда, Гейзенберга і Ейнштейна, які заснували так звану копенгагенську інтерпретацію. Звідси і виник «парадокс кота».
хвильова функція
Коли мова йде про мікросвіті елементарних частинок, втрачають сенс поняття, властиві макромасштабі: маса, обсяг, швидкість, розмір. І вступають в свої права хиткі ймовірності. Об`єкти таких розмірів неможливо людині зафіксувати - людям доступні тільки опосередковані способи вивчення. Наприклад, смужки світла на чутливому екрані або на плівці, кількість клацань, товщина напиляемой плівки. Все інше - область розрахунків.
Теорія Шредінгера будується на рівняннях, які вивів цей вчений. А їх невід`ємною складовою є хвильова функція. Вона однозначно визначає тип і квантові властивості досліджуваної частинки. Вважається, що хвильова функція показує стан, наприклад, електрона. Однак вона сама, всупереч уявленням її автора, фізичного сенсу не має. Це просто зручний математичний інструмент. Так як в нашій статті викладається теорія Шредінгера простими словами, скажімо, що квадрат хвильової функції описує ймовірність знайти систему в заздалегідь заданому стані.
Кот як приклад макрооб`єктами
З даної інтерпретацією, яка називається копенгагенської, сам автор не погодився до кінця життя. Йому неприємно розмитість поняття ймовірності, і він наполягав на наочності самої функції, а не її квадрата.
Як приклад неспроможності таких уявлень, він стверджував, що в такому випадку мікросвіт впливав би на макрооб`єкти. теорія кота Шредінгера свідчить про таке: якщо в герметичну коробку помістити живий організм (наприклад, кота) і капсулу з отруйним газом, яка відкривається, якщо якийсь радіоактивний елемент розпадається, і залишається закритою, якщо розпад не відбувається, то до відкриття коробки отримуємо парадокс. Згідно квантовим уявленням, атом радіоактивного елемента з деякою ймовірністю за певний проміжок часу розпадеться. Таким чином, до експериментального виявлення атом одночасно і цілий, і немає. І, як свідчить теорія Шредінгера, на цю ж частку ймовірності кіт одночасно мертвий, а в іншому живий. Що, погодьтеся, абсурдно, бо, відкривши коробку, ми виявимо лише один стан тварини. І в закритій ємності, поруч зі смертоносною капсулою, кіт або мертвий, або живий, так як дані показники дискретні і не припускають проміжних варіантів.
Даного феномену є конкретне, але поки не до кінця доведене пояснення: при відсутності обмежуючих час умов для визначення конкретного стану гіпотетичного кота цей експеримент, безсумнівно, парадоксальний. Однак квантовомеханічні правила не можна вживати для макрооб`єктів. Точно провести межу між мікросвітом і звичайним поки не вийшло. Проте тварина розміром з кішку, без сумнівів, - макрооб`єкт.
Відео: ТРВЗ | Теорія рішення винахідницьких задач.
Застосування квантової механіки
Як і для будь-якого, навіть теоретичного, явища, постає питання про те, чим може бути корисний кота Шредінгера. Теорія великого вибуху, наприклад, ґрунтується саме на процесах, які стосуються цього уявного експерименту. Все, що відноситься до надвисоких швидкостей, легкому корпусу будовою речовини, вивчення всесвіту як такої, пояснюється в тому числі і квантовою механікою.
