Тэорыя Шредингера: апісанне, асаблівасці, эксперыменты і прымяненне

У артыкуле апісваецца, што такое тэорыя Шредингера. Паказаны ўклад гэтага вялікага вучонага ў сучасную навуку, а таксама апісаны прыдуманы ім разумовы эксперымент пра ката. Сцісла абмалявана вобласць ужывання такога роду ведаў.

Эрвін Шредингер

Праславутага ката, які ні жывы, ні мёртвы, зараз задзейнічаюць ўсюды. Пра яго здымаюць фільмы, у яго гонар называюць супольнасці пра фізіку і жывёл, ёсць нават такі брэнд адзення. Але часцей за ўсё людзі маюць на ўвазе парадокс з няшчасным катом. А вось пра яго стваральніка, Эрвіна Шредингера, як правіла, забываюць. Ён нарадзіўся ў Вене, якая тады была часткай Аўстра-Венгрыі. Быў сынам вельмі адукаванай і заможнай сям'і. Яго бацька, Рудольф, вырабляў лінолеўм і ўкладваў грошы ў тым ліку і ў навуку. Яго маці была дачкой хіміка, і Эрвін часта хадзіў слухаць у акадэмію лекцыі дзеда.

Таму што адна з бабуль вучонага з'яўлялася англічанкай, з дзяцінства ён быў зацікаўлены замежнымі мовамі і ў дасканаласці авалодаў ангельскай. Нядзіўна, што ў школе Шредингер кожны год быў лепшым у класе, а ва ўніверсітэце задавалася складанымі пытаннямі. У навуцы пачатку дваццатага стагоддзя ўжо былі выяўленыя неадпаведнасці паміж больш зразумелай класічнай фізікай і паводзінамі часціц мікра- і наномира. На дазвол ўзнікаюць супярэчнасцяў і кінуў усе сілы Эрвін Шредингер.

Ўклад у навуку

Для пачатку варта сказаць, што гэты фізік займаўся многімі абласцямі навукі. Аднак калі мы прамаўляем «тэорыя Шредингера», то маем на ўвазе ня створанае ім матэматычна стройнае апісанне колеру, а ўклад у квантавую механіку. У тыя часы тэхналогія, эксперымент і тэорыя ішлі рука аб руку. Развівалася фатаграфія, былі зафіксаваныя першыя спектры, адкрылася з'ява радыеактыўнасці. Навукоўцы, якія атрымлівалі вынікі, цесна ўзаемадзейнічалі з тэарэтыкамі: згаджаліся, дапаўнялі адзін аднаго, спрачаліся. Ствараліся новыя школы і галіны навукі. Свет зайграў зусім іншымі фарбамі, і чалавецтва атрымала новыя загадкі. Нягледзячы на складанасць матэматычнага апарата, апісаць, што такое тэорыя Шредингера, простай мовай можна.

Квантавы свет - гэта проста!

Цяпер добра вядома, што маштаб доследных аб'ектаў напрамую ўплывае на вынікі. Бачныя воку прадметы падпарадкоўваюцца паняццях класічнай фізікі. Тэорыя Шредингера дастасоўная да целаў памерамі сто на сто нанаметраў і менш. А часцей за ўсё гаворка ідзе наогул аб асобных атамах і больш дробных часціцах. Такім чынам, кожны элемент микросистем валодае адначасова ўласцівасцямі як часціцы, так і хвалі (карпускулярна-хвалевай дуалізм). Ад матэрыяльнага свету электронам, пратон, нейтрон і т. П. Ўласцівая маса і звязаныя з ёй інерцыя, хуткасць, паскарэнне. Ад тэарэтычнай хвалі - такія параметры, як частата і рэзананс. Для таго каб зразумець, як гэта магчыма адначасова, і чаму яны неаддзельныя адзін ад аднаго, навукоўцам спатрэбілася перагледзець наогул усё ўяўленне пра будынак рэчываў.

Тэорыя Шредингера мае на ўвазе, што матэматычна гэтыя два ўласцівасці звязаныя праз нейкі канструкт, званы хвалевай функцыяй. Знаходжанне матэматычнага апісання гэтага паняцця прынесла Шредингеру Нобелеўскую прэмію. Аднак фізічны сэнс, які прыпісаў яму аўтар, не супаў з уяўленнямі Бора, Зоммерфельда, Гейзенберга і Эйнштэйна, якія заснавалі так званую Капенгагенскую інтэрпрэтацыю. Адсюль і ўзнік "парадокс ката».

хвалевая функцыя

Калі гаворка ідзе пра мікрасвеце элементарных часціц, губляюць сэнс паняцця, уласцівыя макромасштабе: маса, аб'ём, хуткасць, памер. І ўступаюць у свае правы зыбкія верагоднасці. Аб'екты такіх памераў немагчыма чалавеку зафіксаваць - людзям даступны толькі апасродкаваныя спосабы вывучэння. Напрыклад, палоскі святла на адчувальным экране або на плёнцы, колькасць пстрычак, таўшчыня напыляется плёнкі. Усё астатняе - вобласць разлікаў.

Тэорыя Шредингера будуецца на ўраўненнях, якія вывеў гэты навуковец. А іх неад'емнай складнікам з'яўляецца хвалевая функцыя. Яна адназначна апісвае тып і квантавыя ўласцівасці доследнай часціцы. Лічыцца, што хвалевая функцыя паказвае стан, да прыкладу, электрона. Аднак яна сама, насуперак паданнях яе аўтара, фізічнага сэнсу не мае. Гэта проста зручны матэматычны інструмент. Так як у нашым артыкуле выкладаецца тэорыя Шредингера простымі словамі, скажам, што квадрат хвалевай функцыі апісвае верагоднасць знайсці сістэму ў загадзя зададзеным стане.

Кот як прыклад макрообъекта

З дадзенай інтэрпрэтацыяй, якая называецца капенгагенскай, сам аўтар не пагадзіўся да канца жыцця. Яго бянтэжыла размытасць паняцці верагоднасці, і ён настойваў на нагляднасці самой функцыі, а не яе квадрата.

Як прыклад неплацежаздольнасці такіх уяўленняў, ён сцвярджаў, што ў такім выпадку мікрасвет ўплываў бы на макрообъекты. Тэорыя ката Шредингера абвяшчае наступнае: калі ў герметычную скрынку змясціць жывы арганізм (напрыклад, ката) і капсулу з атрутным газам, якая адкрываецца, калі нейкі радыеактыўны элемент распадаецца, і застаецца закрытай, калі распад не адбываецца, то да адкрыцця скрынкі атрымліваем парадокс. Згодна з квантавым паданнях, атам радыеактыўнага элемента з некаторай верагоднасцю за пэўны прамежак часу распадзецца. Такім чынам, да эксперыментальнага выяўлення атам адначасова і цэлы, і няма. І, як абвяшчае тэорыя Шредингера, на гэтую ж долю верагоднасці кот адначасова мёртвы, а ў астатнім жывы. Што, пагадзіцеся, абсурдна, бо, адкрыўшы скрынку, мы выявім толькі адно стан жывёлы. І ў закрытай ёмістасці, побач са смяротнай капсулай, кот альбо мёртвы, альбо жывы, так як дадзеныя паказчыкі дыскрэтных і не мяркуюць прамежкавых варыянтаў.

Дадзеным феномену ёсць канкрэтнае, але пакуль не да канца даказанае тлумачэнне: пры адсутнасці абмяжоўваюць час умоў для вызначэння канкрэтнага стану гіпатэтычнага ката гэты эксперымент, несумненна, парадаксальны. Аднак квантовомеханические правілы нельга ўжываць для макрообъектов. Дакладна правесці мяжу паміж мікрасвету і звычайным пакуль не атрымалася. Тым не менш жывёла памерам з котку, без сумненняў, - макрообъект.

Прымяненне квантавай механікі

Як і для любога, нават тэарэтычнага, з'явы, паўстае пытанне аб тым, чым можа быць карысны кот Шредингера. Тэорыя вялікага выбуху, напрыклад, грунтуецца менавіта на працэсах, якія датычаць гэтага разумовага эксперыменту. Усё, што ставіцца да звышвысокім хуткасцям, звышмалых будынку рэчывы, вывучэнню сусвету як такой, тлумачыцца ў тым ліку і квантавай механікай.