Кошка шредингера

«Кошкой Шредингера» называют мысленный эксперимента Эрвина Шредингера, которым он также хотел продемонстрировать неполноту или парадокс квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. Целью работы Шредингера было также обсуждение парадокса ЭПР, опубликованного ранее в том же году. Статья Шредингера примечательно тем, что именно в ней он ввел термин «запутанность», столь важный для новой интерпретации квантовой теории.

Суть мысленного эксперимента такова. В закрытый ящик помещена кошка. Вместе с ней в ящике имеется радиоактивный препарат и емкость с ядовитым газом. Включают секундомер и выбирают такой интервал времени, чтобы вероятность одного распада составила пятьдесят процентов. Если распад за это время произошел, то помещенный в ящик счетчик излучения откроет емкость с газом и кошка погибнет. Это значит, что если неоднократно проводить такой жуткий эксперимент, то половина кошек уцелеет, а половина погибнет. В основе же опыта лежит следующая идея: согласно квантовой механике, никто не может сказать, когда именно распадется ядро, то есть оно как бы находится в квантовой суперпозиции состояний распавшегося и не распавшегося ядра. Соответственно суперпозиции двух квантовых состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, опыт замыслен так, что относительно макрообъекта, кошки, сидящей в ящике, до его открытия нельзя ничего сказать о том, жива она или нет. Получается, что кошка, как и соответствующий квантовый объект, находится в третьем, особом состоянии: она не жива и не мертва. Говоря научным языком, вектор состояния кошки может коллапсировать двумя способами: в сторону жизни и в сторону смерти. Это как бы смесь двух состояний, ситуация, которую аристотелева логика осилить не может, поскольку эта логика двузначная: да или нет.

В заостренной форме этот мысленный эксперимент призван показать следующее: для любого макроскопического объекта можно создать такую ситуацию, когда его состояние определяется состоянием квантового микрообъекта, и если детерминизма нет на микроуровне, то его не будет и на макроуровне. Это противоречит тому интуитивно очевидному, по Шредингеру, обстоятельству, что мы вправе требовать от науки достоверных предсказаний по крайней мере для макрообъектов.

«Кошка Шредингера» — наглядная иллюстрация зависимости результатов квантового эксперимента от наличия наблюдателя. Вне акта наблюдения состояние квантового объекта во многом является неопределенным, нелокализованным. Оказывается, что результаты квантовых экспериментов принципиально не могут быть объективными, так как определяются тем, присутствует ли при этом экспериментатор или нет. Иными словами, в зависимости от способа наблюдения мы можем заставить электрон стать частицей с классическим поведением или стать нелокальным квантовым объектом в смешанном состоянии.

Скажем, в присутствии наблюдателя (классического объекта) электрон пролетает только через одну из двух щелей в экране, то есть ведет себя тоже как классический объект, а при отсутствии наблюдателя (чисто квантовое состояние) — одновременно через две, свидетельствуя о существовании суперпозиции квантовых состояний электрона! Иными словами, факт наблюдения является фильтром, который извлекает из состояния, существовавшего до измерения, одну из содержащихся в нем возможностей.

К анализу имеющейся здесь ситуации полностью применимо то, что показано ранее в отношении подобного мысленного эксперимента Эйнштейна с сотрудниками. В основе парадокса шредингеровской кошки фактически лежит ненаблюдаемость предсказываемых квантовой механикой суперпозиций макроскопических состояний. При этом явление рематериализации (декогеренции) приводит к неразличимости суперпозиции и тем самым позволяет преодолеть парадоксальность квантовой теории в рамках теории открытых систем.

Парадокс «кошки Шредингера» также оказался весьма продуктивным, приведя не только к новым интерпретациям квантовой теории (например, см. раздел «Эвереттика), но и к появлению большого количества литературных произведений, так или иначе обыгрывающих эту парадоксальную ситуацию.