Параллельные миры, квантовая механика и кот [Veritasium]
Вот сайт с шаурмой. Works [музыка] классическая механика — замечательная штука. Эфирная состояние системы, например, положение и скорость частицы каков, донимаешь и простой формулы второго закона Ньютона можно рассчитать, как она поведет себя дальше. И ман твой механики, зная квантовое состояние частицы, какой есть и волновую функцию, и помощью уравнение Шрёдингера, можно рассчитать ее состояние в будущем. Обычно со временем она расплывается, как видно на экране.
Играйте, чтобы сделать эту анимацию. Мы и вправду про решали уравнение Шрёдингера. Можно заметить своего рода элегантную симметрию, зная начальное состояние системы, с помощью одного уравнения можно рассчитать его изменения во времени. Проблема лишь в том, что квантовая механика не позволяет увидеть волновую функцию частицы. Результатом любого измерения будет конкретная точка в пространстве. С возникает вопрос, как согласовать расплывающуюся на экране волновую функцию с измерениями женщин, которые дают нам конкретные значения.
Вполне закономерно, что основоположники квантовой теории, толкнувшие с этой проблемой, посчитали результаты измерений как-то основательнее волновой функции, авт. Ведь их мы можем наблюдать, и они согласуются с нашим восприятием зримого мира. А что такое волновая функция точно никто не знал. Шрёдингер, конечно, сформулировал свои уравнения соли, и многие ученые, в частности, Дв. роились, подозревали, что частицы могут обладать свойствами волны, но предложил интерпретацию этих свойств.
Третий ученый Макс Борн в каждой точке пространства амплитуда волновой функции описываются комплексным числом. То есть, по сути, сумма реального и мнимого числа. Макс Борн предположил, что квадрат модуля этого значения для заданной точки показывают вероятность обнаружить там частицы. И забавно, на часть про возведения в квадрат сам Борн отметил лишь небольшой снос точкой в конце статьи.
А ведь именно так, в белых, вероятный стал частью фундамента, не картины мира, которая отразилась и философии. А мир перестал быть детерминистическим. С многими, Джоном, эта идея не нравилась, особенно Эйнштейну. По тем не менее, квантовая механика строится вокруг закона Борна, эксперт, который подтвердил свою способность фолдит сказывать исхода экспериментов.
Большая часть тех, кто изучал квантовую механику, включая меня, привыкли, что существует как бы два свода правил. Когда мы не смотрим, волновая функция спокойно эволюционирует согласно уравнению Шрёдингера, а если на стоит попробовать измерить, моя функция моментально и безвозвратно коллапсирует. Вероятность того, где именно в результате окажется частица из крема, пропорциональна квадрату модуля волновой функции в этой точке.
Замуж 31 герою, страсть как не нравилось такое положение вещей. Именно поэтому он и придумал тот самый знаменитый мысленный эксперимент. Скотом. Прячем животное в коробку, выявляем, а то вроде активно материала и детектор, вроде счетчика Гейгера, которые при срабатывании выпустит ядовитый газ. Но тита и был мысленный эксперимент оршей. Лингер не преминул добавить, что механизм необходимо оградить от возможного вмешательства самого кота.
В общем, суть эксперимента в том, чтобы связать состояние атома с чем-нибудь микроскопическим и осязаемым чем именно — неважно. Мне обязательно животным, но Шрёдингер почему-то выбрал кота. Если атом распадается, детектор улавливает радиацию, выпускает, не давит и газ, и кот погибает. Если атом не распадается, детектор не срабатывает, газ остается в пробирке, а кот спокойно живет.
Дальше состояние кота непосредственно зависит от состояния детектора и атома. Назовем эту связку условий и запутанностью. Есть один нюанс: согласно квантовой механике, атому не обязательно находиться в каком-то единственном конкретном состоянии. Чем большую часть времени он проводит в суперпозиции, то есть распавшимся и не распавшимся одновременно, чем никто не пытается его измерить.
Ты суперпозиция от май запутывается состоянием детектора, и как следствие, к то получается, что через какое-то время функция всего содержимого коробки оказывается в суперпозиции. В одном состоянии атом не распался, пробирка с газом цела, а кот -- жив. В другом распад, а там произошел, из-за запафил коробку, а кот умер. Выходит, согласно квантовой механике, кот действительно одновременно и жив, и мертв.
От центра, открывая коробку и заглядывая внутрь, по сути проводим измерения. Волновая функция коллапсирует. Так вот, оказывается, либо живым, либо мёртвым. Сегодня кота Шрёдингера вспоминают, когда хотят показать, насколько квантовая механика странная штука. Но тут же была не в этом. Станке Ginger хотел продемонстрировать, что такое понимание квантовой механики, взрослый нонсенс.
В этом видео я бы хотел поддержать Шрёдингера и предложить альтернативную точку зрения на эксперимент, и в широком смысле на всю квантовую механику. Попробовать описать из более целостную картину состав тик. Для начала рассмотрим три основных понятия, на которых строится эксперимента. Эта суперпозиция, запутанность, измерение. Синев создают ли они проблемы?
Суть суперпозиции сводится к тому, что квантовые объекты могут находиться в двух состояниях одновременно. Зазвучит странно, представить себе это довольно сложно. Однако именно вокруг этого феномена построен знаменитый опыт Юнга. По единичные электроны, пролетая через двойную щель, они сдают рисунок, нетипичный для частиц, прилетающих то через одну, то через другую прорезь. Вместо этого образуется интерференционная картина.
Вы, а нам приходится заключить, что каждый электрон проходит через обе щели одновременно. Саму ты не исламе, это и есть суперпозиция. Такой же опыт с волнами получится еще проще и нагляднее, ведь волна — это не конкретная. Или в целом понятно, как пики и впадины разных волн отменяют друг друга, создавая интерференционные полосы. Мы прекрасно знаем, что если электрон не измеряется, правда, ведет себя как волна и описывается волновой функцией.
Эксперимент Юнга таким образом наглядно демонстрирует, как волновая природа позволяет отдельным электронам проходить через две щели одновременно, так что суперпозиции все в порядке. Следующее понятие — запутанность. Представьте два электрона, летящих друг другу навстречу с одинаковой скоростью. Мы точно знаем, что они отскочат друг от друга, но не знаем в каком именно направлении, как траектории.
Этом те же волновые функции, которые могут дать нам лишь некоторую вероятность. Было стоит нам измерить импульс одного электрона, мы тут же узнаем импульс 2. Он всегда будет равным и противоположным, этого иначе нарушается закон сохранения импульса. На первый взгляд ничего особенного, но не забывайте, что то измерение импульса и каждого из них находились суперпозиции. Измерение одного электрона заставляет моментально коллапсировать волновую функцию другого, пусть даже между ними расстояние в несколько световых лет.
Это и называется квантовая запутанность. Уа сути, после взаимодействия друг с другом, электронов больше нет собственных волновых функций. Их состояние теперь можно описать одной общей. В этом и заключается суть запутанности, и это объясняет, как измерение одного электрона может моментально сказаться на втором. О самом деле коллапсирует всего одна волновая функция. И если продолжать эту мысль, получится, что вообще существует лишь одна волновая функция, которая описывает состояние всей вселенной.
В буквальном смысле всего, что есть. Но если рассматривать отдельно взятую частицу, то говорить об отдельных функциях, их все-таки можем. Заработывание происходит момент взаимодействий этой частицы с чем-то еще. Итак, что же получается? Во-первых, эффект суперпозиции наглядно демонстрируют волны, а запутанность не будет разумевать, что две частицы я должны описать единым функцией. Это фундаментальная составляющая квантовой теории, с которой описывают системы с помощью волновых финансы, ведущих себя согласно уравнению Шредингера.
Последний фрагмент измерения. Напомню, чтобы связать мотив теку квантовых расчетов с реальными наблюдениями, пришлось согласиться с океаном двух сводов правил. Но разве не странно, что одна и та же система подчиняется разом законам в зависимости от того, не смотрит на нее кто-то или нет?
Если копнуть чуть глубже, любое измерение — это просто взаимодействие одних квантовой систем, вроде электронов и фотонов света, другими такими же системами. А мы уже знаем, как это происходит. Их функции эволюционируют согласно уравнению Шрёдингера. Так зачем нам тогда вообще все эти особые правила для измерений уран? Если убрать их из эксперимента, получится, что суперпозиция распавшегося и не распавшаяся радиоактивного атома запутывается с детектором, и, как следствие, самим котом.
Не стоит забывать, что люди вообще-то состоят из атомов и электронов, а значит, частицы в нашем теле тоже подчиняются квантовым законам. С выходит, когда мы открываем коробку, никакие измерения и коллапсирующей функции не важны. Просто запутываемся совсем, что в ней находится. Выходит, мы видим кота как живым или мертвым. Но как такое возможно?
Он горит ли, хоть кому-то довелось увидеть кота одновременно живым и мертвым? А секрет в том, что вы перед коробкой живым котом, а перед коробкой с мертвым находитесь в разных мирах. Я имею ввиду — в разных. Это две реальности, которые никогда не пересекутся. Откуда вдруг возьмется целый новый мир? А вот тут стоит вспомнить про все, что нас окружает: молекулы воздуха, фотоны и другие частицы, которым мы не уделяем. В не они ничто не мешает находиться в суперпозиции частицы, запутаться с окружающей средой, а лето называется дико гиринция.
Вы можете сказать, что в итоге вселенной разветвляется и возникают практически идентичные реальности. Такая интерпретация эксперимента Шрёдингера нравится мне гораздо больше. Радиоактивный атом выходит из состояния стопроцентно не распавшегося, анти суперпозицию распался, не распался, детектор оказывается запутанным с атомом в суперпозиции, ХД Арон. При этом с ним постоянно сталкиваются всевозможные частицы, молекулы воздуха, фотоны и так далее.
Учёные, которые среагируют одним образом, если ты так раз работал, и другим — если нет. То в результате мы там детектор оказывается спутан с окружающей средой. Происходит те когеренции, а волновая функция разделяется на две. В тот же самый момент появляются две идентичные версии вас. В одной на каждый исход эксперимента, и до момента открытия коробки вы и вы абсолютно одинаковы. Вот находится только в одном состоянии каком и узнаем, когда заглянем внутрь. Но чтобы вы не обнаружили здоровья, результат тоже случиться просто увидел, тот, то уже не вы.
Оба человека, который заглядывает в коробку, как бы получились из вас, но они уже не вы и между собой не идентичны. Это так называемая много мировая интерпретация квантовой механики, сформулированная. Ю Эвереттом. Если он прав, и о подобные разветвления реальности происходят с частотой стал, которая вполне может достигать своей бесконечности, постоянные возникновения параллельных практически одинаковых миров.
Он звучит, мягко говоря, странно, по но вообще, это естественным путем и следует из математических расчетов, просто тут их принимают во внимание в отличие от подхода, где от них избавляются и вводят идею коллапса волновой функции. Мы будем одинакового занимать мира, и какая бы интерпретация вам не казалась верной, адрес новый вариант множество миров выглядит яснее, прилегает. Существуют лишь волновые функции и уравнение Шрёдингера, которому они подчиняются. Так что, возможно, преувеличивались, квантовой теории все перепутали, и волновые функции создают куда более полную картину реальности, этим результаты измерений, показывающий лишь ее фрагмент, в котором нам случалось путаться, мы из взаимодействий с частицей в суперпозиции.
А еще вселенная вновь становится детерминистской, и все происходит со стопроцентной вероятностью. Просто мы этого не замечаем, потому что видим только крохотную часть мультивселенной. Мультивселенная. Понимая, что у многих из вас наверняка возникнут вопросы и возражения, это ты решил заручиться помощью эксперта. Привет и добрый, можно проходить? А как я хочу сделать видео много мировой интерпретации квантовой механики и боюсь налажать со в этом?
Я обратился к профессору искал тех и Шону Кэрроллу, который написал целую книгу по этой теме. Вот она, та самая книга, можно купить везде, где продаются книги. И так, предположу, в лучших традициях Ютьюба кто-нибудь обязательно начал бы возражать и задавать вопросы. Угадайте, самой популярной — только сколько получается миров? Лет первые про сохранение энергии. Что происходит с энергией, однозначно известно из математических расчетов. Энергия всей волновой функции остается неизменной от слова совсем. Одна общая энергия — это ведь не то же самое, что энергия, которую воспринимают люди.
В одном из ответвлений Салон никакой новой вселенной не возникает. Просто реальность, как будто бы, берет и делится на две практически identical. Изнутри они почти неразличимы, разве что сфен одной частицы не совпадает, и в каждой реальности меньше энергии, чем в исходной. И все-таки, сколько существует миров и как часто они делятся? Мы понятия не имеем. Польты. Если коротко, мы и сами не рады, что не можем посчитать это наверняка.
Очень и очень часто Евро всякий раз, как частица в суперпозиции, запутывается с окружающей средой. А вот у вас в теле, например, есть радиоактивные изотопы, они распадаются примерно 5 тысяч раз в секунду. Да, каждый из нас радиоактивен. По сути, каждый атом находится в суперпозиции. Некоторые из них распадаются, взаимодействуют с окружающей средой и запутываются. И волновая функция вселенной разветвляется, так что получается только из-за нашей собственной радиоактивности вселенная распадается примерно 5 тысяч раз в секунду.
Происходит ли это бесконечно часто, мы сказать не можем, потому что не знаем, бесконечна ли число всех возможных ветвей. Сто тысяч, миллионов, как минимум места, где они могут появиться — полно. Возможно, их число, конечно. В области квантовой гравитации, космологии и теории всего и прочим полно пробелов, от заполнения которых зависит ответ. Вселенной, точно много, но сколько мы пока не знаем.
Давайте теперь про то, может ли где-нибудь происходить все, что только возможно. Если верно много мировой интерпретации, не может на небе, из этой интерпретации вытекает лишь то, что волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера. Вот и все. А из уравнения следует, что многое может произойти, но не все. Например, электрон никогда не станет протоном. Это нарушение закона сохранения массы, заряда и так далее. Так что, по уравнению, тут вероятность ноль процентов.
Согласно расчетам, есть мир, в котором вы президент. Да, это возможно. То есть, есть реальность, где вы президент. Есть реальность, тут надо уточнить. Президентом все-таки буду не я, а другая версия меня. После разветвления это уже будет другой человек в каком-то мире. Труб вы президент, вроде того. Видите, фильтр мир невероятно низкая амплитуда с минимальной вероятностью, но он существует. Да, она может как раз поэтому такой подход кажется сложнее.
Я бы сказал, в редонии демпинга агентской интерпретации, потому что там все просто. Один мир — или его, мы и ощущаем, и все. Но смотрите, наша вселенная, даже если забыть о квантовой механике, просто наша вселенная, звезды, галактики и так далее. Берем симы не всю ее, видим только какой-то участок, потому что свет ограничен скоростью света, и куда там и заглянуть просто не можем. Вселенная возможно бесконечно, мы не знаем, но однозначно такая вероятность присутствует.
Также есть вероятность, что вся остальная вселенная выглядит примерно так же, как наш кусочек звезд, галактики и так далее. В таком случае есть бесконечное количество почти точных ваших копий. Кто-то президент, кто-то выиграл чемпионат по баскетболу, кто-то супермодель. Не важно, для этого достаточно просто большого количества атомов. Без квантовой механики и всей этой ерунды эта мысль вас пугает, не дает спать по ночам. Но немного, ну ладно, лайки.
Что вообще-то звучит не так дико к параллельные миры. Один, на самом деле, что там, что там играет роль бен. Есть такое когнитивное искажение, не помню как она называется, бай. Но суть в том, что люди воспринимают только три вероятности: ноль процентов, 50 и 100. Найти, поэтому, когда говоришь, что не, что возможно с очень-очень-очень-очень очень маленькой вероятностью, люди такие: а, то есть может быть? Напоминаете будто всего очень-очень-очень. Они не слышали, но суть-то совсем не в этом.
Если у чего-то очень маленькая вероятность, то про это можно вообще забыть. Вопрос: если мир разветвляется здесь и сейчас, происходит ли то же самое где-то еще? Ответ зависит от вас. Да, так себе ответ. Но можно сделать описание, по которому разветвления происходят во всем пространстве одновременно, как сделать на основе этого некоторые предсказания. И все они сбудутся на сто процентов, или можно описать все так, будто ветвления распространяются со скоростью света.
И сделать новые предсказания, но в итоге окажется, что мы предсказываем одно и то же. Разницы вообще никакой. Оба варианта дают одинаковый результат. Это говорит о чем? О том, что бог с ветвями не играет. Есть волновая функция вселенной, вот она действительно существует. И, кинь, вы делите ее на фрагменты, которые мы называем ветвями реальностями или мирами. Это просто нам, людям, так удобнее. Не более того, это в реальности, как таковой — ничего подобного нет.
Приведу пример из. Возьмем эту комнату. Вместо того, чтобы перечислять положение и скорость каждой молекулы воздуха, я могу назвать температуру, давление, влажность. Так просто удобнее общаться, но это не есть полноценное описание действительности. Ветвление реальности — то же самое. Если вас смущает, что есть два способа их описать, напомните себе, что это все люди придумали, потому что так удобнее.