Кот Шрёдингера
Этот мысленный эксперимент был разработан физиком, который хотел объяснить парадокс в квантовой теории. Если эта теория была верна, то реальность далеко не то, чем кажется.
Что неудивительно, кот получил имя того физика, австрийца Эрвина Шрёдингера, который и предложил этот эксперимент в 1935 году. Целью эксперимента стала необходимость в объяснении парадокса, который Шрёдингер воспринимал как узкое место в доминирующей теории квантовой физики, которая известна под названием «Копенгагенская интерпретация».
Эту теорию сформулировали физики, работавшие в физическом институте в Копенгагене в двадцатых годах прошлого века. Копенгагенская интерпретация говорит о том, что квантовые микрообъекты — электроны и другие — могут проявлять и волновые свойства, так же, как и свойства частиц, как показывают эксперименты с пропуском потока частиц. Волновые свойства частиц могут быть лучше описаны как волновая функция, обладающая всеми свойствами частицы, о которых с определенной степенью возможности можно сказать, что у них есть некоторые свойства. Акт измерения вызывает мгновенное схлопывание, «коллапс волновой функции». Это означает, что процесс измерения случайно выбирает в точности одну из возможностей, допустимых волновой функцией данного состояния, а волновая функция мгновенно изменяется, чтобы отразить этот выбор.
Эта идея вызвала хаос в мире науки и подорвала основы концепции научного детерминизма. Поведение квантовой частицы может идти по множеству сценариев — но невозможно предсказать, по каким именно. Означает ли это, что у следствия на самом деле нет причины? Однако эксперимент Шрёдингера выявил совершенно другую проблему.
Поместите кота в коробку и закройте крышку. В коробке также есть яд, активация которого запускается распадом одного радиоактивного атома. Радиоактивный распад в условиях квантовой физики становится совершенно случайным событием. Шрёдингер говорит, что, пока крышка закрыта, невозможно определить — мертв кот или жив. Но квантовая теория утверждает, что с одинаковой степенью обоснованности можно предполагать, что кот либо жив, либо мертв: оба эти состояния одинаково вероятны. Это положение известно как суперпозиция, при которой объект может одновременно находиться в двух и более состояниях. Копенгагенская интерпретация все еще входит в учебную программу студентов-физиков, и доказательства ее актуальности велики. В конечном счете, все дело в том, что квантовая теория просто не соответствует нашему привычному образу мышления.
Вообразилия
Мысленный эксперимент — один из инструментов проверки идеи на уровне вашего разума. В науке он используется для формулирования гипотез и изучения их достоинств a priori, чтобы не утруждать себя постановкой настоящего эксперимента, который a posteriori покажет, что она была совершенно бессмысленной. Сам термин был изобретен в 1812 году Гансом Христианом Эрстедом, первооткрывателем электромагнетизма. Однако философы использовали эту технику задолго до Эрстеда, когда предлагали концепцию априорного познания. Парадоксы Зенона и «Летающий человек» человек Авиценны — самые ранние примеры использования техники мысленного эксперимента в философии.
Эрвин Шредингер, 1887-1961
Австрийский физик Эрвин Шредингер занимался квантовой механикой и вместе с Эйнштейном пытался (безуспешно) объединить гравитацию и квантовую механику в единую теорию. Он отдавал предпочтение волновым интерпретациям и неприязненно относился к корпускулярно-волновому дуализму, что привело его к конфликту с другими физиками. В юности Шредингер увлекался немецкой поэзией, но тем не менее решил заняться в университете теоретической физикой. Во время Первой мировой войны он служил на итальянском фронте, не прекращая, впрочем, работать и даже публикуя статьи, а после войны вернулся в ученый мир. В 1926 году Шредингер вывел свое волновое уравнение, за которое был удостоен в 1933-м Нобелевской премии, разделив ее с Полом Дираком. Затем Шредингер перебрался в Берлин, чтобы занять в университете пост, покинутый Максом Планком, однако после прихода Гитлера к власти решил покинуть Германию. Осесть на одном месте ему оказалось трудно, он проработал некоторое время в Оксфорде, Принстоне, а затем в австрийском Граце. В 1938 году, после аннексии Австрии, Шредингер снова бежал, на этот раз в Ирландию, где занял в дублинском Институте передовых исследований специально для него созданный пост. Там он и оставался до возвращения в Вену. Личная жизнь Шредингера была не менее сложной, чем профессиональная; у него имелись дети от нескольких женщин, одна из них даже жила какое-то время в Оксфорде — вместе с ним и его женой.