Der Prozess der natürlichen Selektion findet in der Natur statt. Wie kann man ihre natürliche Selektion bestehen? Disruptive oder disruptive Auswahl

Wie Heisenberg uns erklärte, ist die Beschreibung von Objekten in der Quantenmikrowelt aufgrund des Unschärfeprinzips anderer Natur als die übliche Beschreibung von Objekten in der Newtonschen Makrowelt. Anstelle von Raumkoordinaten und Geschwindigkeit, die wir zu beschreiben gewohnt sind mechanisches Uhrwerk B. eine Kugel auf einem Billardtisch, werden Objekte in der Quantenmechanik durch die sogenannte Wellenfunktion beschrieben. Der Wellenkamm entspricht der maximalen Wahrscheinlichkeit, zum Zeitpunkt der Messung ein Teilchen im Raum zu finden. Die Bewegung einer solchen Welle wird durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben, die uns sagt, wie sich der Zustand eines Quantensystems im Laufe der Zeit ändert.

Nun zur Katze. Jeder weiß, dass Katzen sich gerne in Kisten verstecken (). Auch Erwin Schrödinger wusste Bescheid. Darüber hinaus nutzte er dieses Merkmal mit rein nordischem Fanatismus in einem berühmten Gedankenexperiment. Der Kern davon war, dass es sich um eine Katze handelte, die in einer Kiste mit einer höllischen Maschine eingesperrt war. Die Maschine ist über ein Relais mit einem Quantensystem verbunden, beispielsweise einem radioaktiv zerfallenden Stoff. Die Zerfallswahrscheinlichkeit ist bekannt und beträgt 50 %. Die höllische Maschine funktioniert, wenn Quantenzustand das System verändert sich (Zerfall tritt ein) und die Katze stirbt vollständig. Wenn man das System „Katzenkiste-höllische Maschine-Quanten“ eine Stunde lang sich selbst überlässt und bedenkt, dass der Zustand eines Quantensystems durch Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, dann wird klar, dass es davon abhängt, ob die Katze lebt oder nicht dieser Moment Mit der Zeit wird es wahrscheinlich nicht funktionieren, genauso wie es nicht möglich sein wird, den Fall einer Münze auf Kopf oder Zahl im Voraus genau vorherzusagen. Das Paradoxon ist ganz einfach: Die Wellenfunktion, die ein Quantensystem beschreibt, vermischt zwei Zustände einer Katze – sie ist gleichzeitig lebendig und tot, genau wie ein gebundenes Elektron mit gleiche Wahrscheinlichkeit kann sich überall im Raum mit gleichem Abstand befinden Atomkern. Wenn wir die Kiste nicht öffnen, wissen wir nicht genau, wie es der Katze geht. Ohne Beobachtungen (Messungen) eines Atomkerns durchzuführen, können wir seinen Zustand nur durch Überlagerung (Mischung) zweier Zustände beschreiben: eines zerfallenen und eines nicht zerfallenen Kerns. Eine Katze in der Atomsucht ist gleichzeitig lebendig und tot. Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten?

Die Kopenhagener Interpretation des Experiments sagt uns, dass das System aufhört, eine Mischung von Zuständen zu sein, und einen von ihnen in dem Moment auswählt, in dem eine Beobachtung stattfindet, die auch eine Messung ist (die Box öffnet sich). Das heißt, die bloße Tatsache der Messung verändert die physikalische Realität und führt zum Zusammenbruch Wellenfunktion(Die Katze wird entweder tot oder bleibt am Leben, ist aber keine Mischung aus beidem mehr)! Denken Sie darüber nach: Das Experiment und die damit verbundenen Messungen verändern die Realität um uns herum. Persönlich stört diese Tatsache mein Gehirn viel mehr als Alkohol. Auch dem bekannten Steve Hawking fällt es schwer, dieses Paradoxon zu durchleben, indem er wiederholt, dass er, als er von Schrödingers Katze hört, seine Hand nach Browning ausstreckt. Die Heftigkeit der Reaktion des herausragenden theoretischen Physikers ist darauf zurückzuführen, dass seiner Meinung nach die Rolle des Beobachters beim Zusammenbruch der Wellenfunktion (Zusammenbruch in einen von zwei probabilistischen Zuständen) stark übertrieben ist.

Als Professor Erwin 1935 seine Katzenfolter erfand, war das natürlich eine witzige Art, Unvollkommenheit zu zeigen Quantenmechanik. Tatsächlich kann eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein. Als Ergebnis einer der Interpretationen des Experiments wurde deutlich, dass ein Widerspruch zwischen den Gesetzen der Makrowelt (zum Beispiel dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik – die Katze ist entweder lebendig oder tot) und der Mikrowelt besteht. Welt (die Katze ist gleichzeitig lebendig und tot).

Das Obige wird in der Praxis verwendet: im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie. Über ein Glasfaserkabel wird ein Lichtsignal in einer Überlagerung zweier Zustände gesendet. Wenn sich Angreifer irgendwo in der Mitte mit dem Kabel verbinden und dort einen Signalabgriff machen, um die übertragenen Informationen abzuhören, dann kollabiert die Wave-Funktion (aus der Sicht). Kopenhagener Interpretation es wird eine Beobachtung gemacht) und das Licht geht in einen der Zustände. Durch die Durchführung statistischer Lichttests am Empfangsende des Kabels kann festgestellt werden, ob sich das Licht in einer Überlagerung von Zuständen befindet oder bereits beobachtet und an einen anderen Punkt übertragen wurde. Dadurch ist es möglich, Kommunikationsmittel zu schaffen, die ein unbemerktes Abhören und Abhören von Signalen ausschließen.

Eine weitere aktuelle Interpretation Gedankenexperiment Schrödinger ist eine Geschichte von Sheldon Cooper, dem Helden der Serie „Theory Urknall„ („Urknalltheorie“), die er seiner weniger gebildeten Nachbarin Penny vorstellte. Der Sinn von Sheldons Geschichte besteht darin, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf menschliche Beziehungen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau passiert, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin ist die Beziehung sowohl gut als auch schlecht.

Es gab eine Art „sekundäre“ Qualität. Er selbst beschäftigte sich selten mit bestimmten Dingen wissenschaftliches Problem. Sein Lieblingsgenre Arbeit war eine Reaktion auf jemandes wissenschaftliche Forschung, Entwicklung dieser Arbeit oder ihrer Kritik. Obwohl Schrödinger selbst von Natur aus ein Individualist war, brauchte er immer die Gedanken und die Unterstützung eines anderen weitere Arbeit. Trotz dieses eigenartigen Ansatzes gelang es Schrödinger, viele Entdeckungen zu machen.

Biografische Informationen

Schrödingers Theorie ist mittlerweile nicht nur Studierenden der Physik- und Mathematikfakultäten bekannt. Es wird für jeden interessant sein, der sich für Populärwissenschaft interessiert. Diese Theorie wurde erstellt berühmter Physiker E. Schrödinger, der als einer der Begründer der Quantenmechanik in die Geschichte einging. Der Wissenschaftler wurde am 12. August 1887 in der Familie des Besitzers einer Wachstuchfabrik geboren. Der zukünftige Wissenschaftler, der für sein Rätsel auf der ganzen Welt berühmt ist, interessierte sich schon als Kind für Botanik und Zeichnen. Sein erster Mentor war sein Vater. 1906 begann Schrödinger sein Studium an der Universität Wien, während dessen er begann, sich für die Physik zu begeistern. Als der Erste kam Weltkrieg, der Wissenschaftler diente als Artillerist. IN Freizeit studierte die Theorien von Albert Einstein.

Zu Beginn des Jahres 1927 hatte sich in der Wissenschaft eine dramatische Situation entwickelt. E. Schrödinger glaubte, dass die Grundlage der Theorie über Quantenprozesse Die Idee der Wellenkontinuität sollte dienen. Heisenberg hingegen glaubte, dass die Grundlage für dieses Wissensgebiet das Konzept der Diskretheit von Wellen sowie die Idee von Quantensprüngen sein sollten. Niels Bohr akzeptierte keine der beiden Positionen.

Fortschritte in der Wissenschaft

Für seine Entwicklung des Konzepts der Wellenmechanik erhielt Schrödinger 1933 den Nobelpreis. Der in den Traditionen der klassischen Physik aufgewachsene Wissenschaftler konnte jedoch nicht in anderen Kategorien denken und betrachtete die Quantenmechanik nicht als vollwertigen Wissenszweig. Er konnte sich mit dem dualen Verhalten der Teilchen nicht zufrieden geben und versuchte, es ausschließlich auf das Wellenverhalten zu reduzieren. In seiner Diskussion mit N. Bohr formulierte Schrödinger es so: „Wenn wir vorhaben, diese zu erhalten Quantensprünge, dann bereue ich im Allgemeinen, dass ich mein Leben mit der Atomphysik verbunden habe.“

Weitere Arbeiten des Forschers

Darüber hinaus war Schrödinger nicht nur einer der Begründer der modernen Quantenmechanik. Er war der Wissenschaftler, der den Begriff „Objektivität der Beschreibung“ in den wissenschaftlichen Gebrauch einführte. Das ist eine Chance Wissenschaftliche Theorien beschreiben die Realität ohne die Beteiligung eines Beobachters. Sein weitere Forschung widmeten sich der Relativitätstheorie, thermodynamischen Prozessen und der nichtlinearen Born-Elektrodynamik. Wissenschaftler haben auch mehrere Versuche unternommen, etwas zu erschaffen einheitliche Theorie Felder. Darüber hinaus sprach E. Schrödinger sechs Sprachen.

Das berühmteste Rätsel

Schrödingers Theorie, in der dieselbe Katze vorkommt, entstand aus Kritik am Wissenschaftler Quantentheorie. Eines seiner Hauptpostulate besagt, dass sich das System zwar nicht beobachtet, aber in einem Zustand der Überlagerung befindet. Nämlich in zwei oder mehr Staaten, die die Existenz voneinander ausschließen. Der Stand der Überlagerung in der Wissenschaft hat folgende Definition: Dies ist die Fähigkeit eines Quants, das auch ein Elektron, ein Photon oder beispielsweise ein Atomkern sein kann, sich in einem Moment, in dem niemand beobachtet, gleichzeitig in zwei Zuständen oder sogar an zwei Punkten im Raum zu befinden Es.

Objekte in verschiedenen Welten

Für einen gewöhnlichen Menschen ist es sehr schwierig, eine solche Definition zu verstehen. Schließlich jedes Objekt materielle Welt kann entweder an einem Punkt im Raum oder an einem anderen sein. Dieses Phänomen lässt sich wie folgt veranschaulichen. Der Beobachter nimmt zwei Kisten und legt in eine davon einen Tennisball. Es wird klar sein, dass es sich in der einen Box befindet und nicht in der anderen. Aber wenn Sie ein Elektron in einen der Behälter geben, dann wird es wahr sein die folgende Aussage: Dieses Teilchen befindet sich gleichzeitig in zwei Kisten, egal wie paradox es auch erscheinen mag. Ebenso befindet sich ein Elektron in einem Atom zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht an einem genau definierten Punkt. Es dreht sich um den Kern und befindet sich gleichzeitig an allen Punkten der Umlaufbahn. In der Wissenschaft wird dieses Phänomen als „Elektronenwolke“ bezeichnet.

Was wollte der Wissenschaftler beweisen?

Dadurch wird das Verhalten kleiner und großer Objekte vollständig umgesetzt unterschiedliche Regeln. IN Quantenwelt Es gibt einige Gesetze, aber im Makrokosmos gibt es ganz andere. Es gibt jedoch kein Konzept, das den Übergang von der Welt erklären würde materielle Gegenstände, den Menschen vertraut, dem Mikrokosmos. Schrödingers Theorie wurde entwickelt, um die Unzulänglichkeit der Forschung auf dem Gebiet der Physik aufzuzeigen. Der Wissenschaftler wollte zeigen, dass es eine Wissenschaft gibt, deren Ziel es ist, kleine Objekte zu beschreiben, und dass es ein Wissensgebiet gibt, das gewöhnliche Objekte untersucht. Vor allem dank der Arbeit des Wissenschaftlers wurde die Physik in zwei Bereiche unterteilt: Quantenphysik und Klassik.

Schrödingers Theorie: Beschreibung

Der Wissenschaftler beschrieb 1935 sein berühmtes Gedankenexperiment. Bei der Umsetzung stützte sich Schrödinger auf das Superpositionsprinzip. Schrödinger betonte, dass das Photon, solange wir es nicht beobachten, entweder ein Teilchen oder eine Welle sein kann; sowohl rot als auch grün; sowohl rund als auch eckig. Dieses Prinzip der Unsicherheit, das sich direkt aus dem Konzept des Quantendualismus ergibt, wurde von Schrödinger in seinem verwendet berühmtes Rätselüber die Katze. Die Bedeutung des Experiments ist in Kürze wie folgt:

  • Eine Katze wird in eine geschlossene Kiste sowie einen Behälter mit Blausäure und einer radioaktiven Substanz gebracht.
  • Der Kern kann innerhalb einer Stunde zerfallen. Die Wahrscheinlichkeit dafür liegt bei 50 %.
  • Zerfällt ein Atomkern, wird dies von einem Geigerzähler registriert. Der Mechanismus funktioniert und die Giftkiste wird zerbrochen. Die Katze wird sterben.
  • Wenn der Verfall nicht eintritt, wird Schrödingers Katze am Leben sein.

Nach dieser Theorie befindet sich die Katze, bis sie beobachtet wird, gleichzeitig in zwei Zuständen (tot und lebendig), genau wie der Kern eines Atoms (zerfallen oder nicht zerfallen). Dies ist natürlich nur nach den Gesetzen der Quantenwelt möglich. Im Makrokosmos kann eine Katze nicht gleichzeitig lebendig und tot sein.

Das Paradoxon des Beobachters

Um das Wesentliche von Schrödingers Theorie zu verstehen, ist es auch notwendig, das Beobachterparadoxon zu verstehen. Das bedeutet, dass Objekte der Mikrowelt nur dann gleichzeitig zwei Zustände einnehmen können, wenn sie nicht beobachtet werden. In der Wissenschaft ist beispielsweise das sogenannte „Experiment mit 2 Spalten und einem Beobachter“ bekannt. Die Wissenschaftler richteten einen Elektronenstrahl auf eine undurchsichtige Platte, in die zwei vertikale Schlitze eingearbeitet waren. Auf dem Schirm hinter der Platte malten die Elektronen ein Wellenmuster. Mit anderen Worten: Sie hinterließen schwarze und weiße Streifen. Als die Forscher beobachten wollten, wie Elektronen durch die Schlitze flogen, zeigten die Teilchen auf dem Bildschirm nur zwei vertikale Streifen. Sie verhielten sich wie Teilchen, nicht wie Wellen.

Kopenhagener Erklärung

Die moderne Erklärung von Schrödingers Theorie wird die Kopenhagener Erklärung genannt. Basierend auf dem Beobachterparadoxon klingt es so: Solange niemand den Kern eines Atoms im System beobachtet, befindet es sich gleichzeitig in zwei Zuständen – zerfallen und nicht zerfallen. Die Aussage, dass eine Katze gleichzeitig lebt und tot ist, ist jedoch äußerst falsch. Schließlich werden im Makrokosmos nie die gleichen Phänomene beobachtet wie im Mikrokosmos.

Deshalb wir reden über nicht um das „Katzen-Kern“-System, sondern um die Tatsache, dass ein Geigerzähler und der Atomkern miteinander verbunden sind. Der Kernel kann zum Zeitpunkt der Messung den einen oder anderen Zustand wählen. Jedoch gegebene Wahl findet nicht in dem Moment statt, in dem der Experimentator die Kiste mit Schrödingers Katze öffnet. Tatsächlich findet die Öffnung der Box im Makrokosmos statt. Mit anderen Worten, in einem System, das sehr weit von der atomaren Welt entfernt ist. Daher wählt der Kern seinen Zustand genau in dem Moment aus, in dem er auf den Geigerzähler-Detektor trifft. Somit hat Erwin Schrödinger das System in seinem Gedankenexperiment nicht vollständig genug beschrieben.

Allgemeine Schlussfolgerungen

Daher ist es nicht ganz richtig, das Makrosystem mit der mikroskopischen Welt zu verbinden. Im Makrokosmos Quantengesetze verlieren ihre Macht. Nur im Mikrokosmos kann der Atomkern gleichzeitig zwei Zustände einnehmen. Das Gleiche gilt nicht für die Katze, da sie ein Objekt des Makrokosmos ist. Deshalb sieht es nur auf den ersten Blick so aus, als ob die Katze im Moment des Öffnens der Box von einer Überlagerung in einen der Zustände übergeht. In Wirklichkeit wird sein Schicksal in dem Moment bestimmt, in dem der Atomkern mit dem Detektor interagiert. Die Schlussfolgerung lässt sich wie folgt ziehen: Der Zustand des Systems in Erwin Schrödingers Rätsel hat nichts mit der Person zu tun. Es kommt nicht auf den Experimentator an, sondern auf den Detektor – das Objekt, das den Kern „beobachtet“.

Fortsetzung des Konzepts

Schrödinger-Theorie in einfachen Worten wird wie folgt beschrieben: Während der Beobachter nicht auf das System blickt, kann es sich gleichzeitig in zwei Zuständen befinden. Ein anderer Wissenschaftler, Eugene Wigner, ging jedoch noch weiter und beschloss, Schrödingers Konzept völlig ad absurdum zu führen. „Entschuldigung!“ sagte Wigner, „Was ist, wenn sein Kollege neben dem Experimentator steht und die Katze beobachtet?“ Der Partner weiß nicht genau, was der Experimentator selbst in dem Moment sah, als er die Kiste mit der Katze öffnete. Schrödingers Katze entsteht aus der Überlagerung. Allerdings nicht für einen Mitbeobachter. Erst in dem Moment, in dem dieser das Schicksal der Katze bekannt wird, kann das Tier endgültig als lebendig oder tot bezeichnet werden. Darüber hinaus leben Milliarden Menschen auf dem Planeten Erde. Und das endgültige Urteil kann erst gefällt werden, wenn das Ergebnis des Experiments Eigentum aller Lebewesen wird. Natürlich kann man allen Menschen kurz das Schicksal der Katze und Schrödingers Theorie erzählen, aber das ist ein sehr langer und arbeitsintensiver Prozess.

Die Prinzipien des Quantendualismus in der Physik wurden durch Schrödingers Gedankenexperiment nie widerlegt. In gewisser Weise kann man sagen, dass jedes Wesen weder lebendig noch tot ist (in Überlagerung), solange es nicht mindestens eine Person gibt, die es beobachtet.

Wir haben alle von der berühmten Schrödinger-Katze gehört, aber wissen wir, was für eine Katze er wirklich ist? Lass es uns herausfinden und versuchen, darüber zu reden berühmte Katze Schrödinger in einfachen Worten.

Schrödingers Katze ist ein Experiment von Erwin Schrödinger, einem der Begründer der Quantenmechanik. Und das ist nicht alltäglich physikalisches Experiment, A geistig.

Man muss zugeben, dass Erwin Schrödinger ein Mann mit einer sehr reichen Vorstellungskraft war.

Was haben wir also als imaginäre Grundlage für die Durchführung eines Experiments? In einer Kiste ist eine Katze untergebracht. Die Box enthält auch einen Geigerzähler mit einigen sehr kleinen Mengen radioaktiven Materials. Die Stoffmenge ist so groß, dass die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls und Nichtzerfalls eines Atoms innerhalb einer Stunde gleich ist. Wenn das Atom zerfällt, beginnt es spezieller Mechanismus, wodurch die Flasche zerbricht Blausäure, und die arme Katze wird sterben. Kommt es nicht zum Zerfall, sitzt die Katze weiterhin ruhig in der Kiste und träumt von Würstchen.

Was ist das Wesen von Schrödingers Katze? Warum überhaupt auf eine so surreale Erfahrung kommen?

Ob die Katze lebt oder nicht, erfahren wir anhand der Versuchsergebnisse erst, wenn wir die Schachtel öffnen. Aus quantenmechanischer Sicht befindet sich eine Katze (wie ein Materieatom) gleichzeitig in zwei Zuständen – gleichzeitig lebendig und tot. Das ist es berühmtes Paradoxon Schrödingers Katze.

Das kann natürlich nicht sein. Erwin Schrödinger führte dieses Gedankenexperiment durch, um die Unvollkommenheit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren zu makroskopischen Systemen aufzuzeigen.

Hier ist Schrödingers eigene Formulierung:

Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze zusammen mit der folgenden teuflischen Maschine (die unabhängig vom Eingreifen der Katze existieren muss) in einer Stahlkammer einsperren: In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz – so klein, dass nur ein Atom in einer Stunde zerfallen kann , aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.

Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt. Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert. Typisch in ähnliche Fälle Dadurch ist die Unsicherheit zunächst begrenzt Atomwelt wird in makroskopische Unsicherheit umgewandelt, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.

Auf jeden Fall eine positive Sache dieses Experiment ist die Tatsache, dass dabei kein einziges Tier zu Schaden gekommen ist.

Um das Material zu festigen, empfehlen wir Ihnen abschließend, sich ein Video aus der guten alten Serie „The Big Bang Theory“ anzusehen.

Und wenn Sie plötzlich Fragen haben oder Ihr Lehrer Ihnen ein Problem zur Quantenmechanik gestellt hat, wenden Sie sich bitte an. Gemeinsam lösen wir alle Probleme viel schneller!

Wenn Sie sich für einen Artikel zu einem Thema aus der Quantenphysik interessieren, dann ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie die TV-Serie „The Big Bang Theory“ lieben. Also hat sich Sheldon Cooper eine neue Interpretation ausgedacht Schrödingers Gedankenexperiment(Ein Video mit diesem Fragment finden Sie am Ende des Artikels). Doch um Sheldons Dialog mit seiner Nachbarin Penny zu verstehen, wenden wir uns zunächst der klassischen Interpretation zu. Also Schrödingers Katze in einfachen Worten.

In diesem Artikel werden wir uns mit Folgendem befassen:

  • Kurzer historischer Hintergrund
  • Beschreibung des Experiments mit Schrödingers Katze
  • Die Lösung für das Schrödinger-Katzen-Paradoxon

Sofort gute Nachrichten. Während des Experiments Schrödingers Katze kam nicht zu Schaden. Denn der Physiker Erwin Schrödinger, einer der Begründer der Quantenmechanik, hat lediglich ein Gedankenexperiment durchgeführt.

Bevor wir uns mit der Beschreibung des Experiments befassen, machen wir einen kleinen Ausflug in die Geschichte.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts gelang es Wissenschaftlern, in die Mikrowelt zu blicken. Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit des „Atom-Elektron“-Modells mit dem „Sonne-Erde“-Modell stellte sich heraus, dass die bekannten Newtonschen Gesetze der klassischen Physik im Mikrokosmos nicht funktionieren. Deshalb ist es erschienen neue Wissenschaft– Quantenphysik und ihre Komponente – Quantenmechanik. Alle mikroskopischen Objekte der Mikrowelt wurden Quanten genannt.

Aufmerksamkeit! Eines der Postulate der Quantenmechanik ist die „Superposition“. Es wird uns nützlich sein, die Essenz von Schrödingers Experiment zu verstehen.

„Überlagerung“ ist die Fähigkeit eines Quants (es kann ein Elektron, ein Photon, ein Atomkern sein), sich nicht in einem, sondern in mehreren Zuständen gleichzeitig zu befinden oder sich gleichzeitig an mehreren Punkten im Raum zu befinden Zeit, wenn ihn niemand beobachtet

Das ist für uns schwer zu verstehen, denn in unserer Welt kann ein Objekt nur einen Zustand haben, zum Beispiel entweder lebendig oder tot sein. Und kann nur in einem sein bestimmter Ort im Weltraum. Sie können über „Superposition“ und die erstaunlichen Ergebnisse quantenphysikalischer Experimente lesen In diesem Artikel.

Hier ist eine einfache Veranschaulichung des Unterschieds zwischen dem Verhalten von Mikro- und Makroobjekten. Legen Sie einen Ball in eine der beiden Boxen. Weil Wenn ein Ball ein Objekt unserer Makrowelt ist, werden Sie mit Sicherheit sagen: „Der Ball liegt nur in einer der Boxen, während die zweite leer ist.“ Nimmt man statt einer Kugel ein Elektron, dann trifft die Aussage zu, dass es sich gleichzeitig in zwei Kästchen befindet. So funktionieren die Gesetze der Mikrowelt. Beispiel: Das Elektron dreht sich in Wirklichkeit nicht um den Atomkern, sondern befindet sich gleichzeitig an allen Punkten der Kugel um den Atomkern. In der Physik und Chemie wird dieses Phänomen „Elektronenwolke“ genannt.

Zusammenfassung. Wir haben festgestellt, dass das Verhalten sehr ist kleines Objekt Und großes Objekt gehorchen verschiedene Gesetze. Die Gesetze der Quantenphysik bzw. die Gesetze der klassischen Physik.

Aber es gibt keine Wissenschaft, die den Übergang von der Makrowelt zur Mikrowelt beschreiben würde. Erwin Schrödinger beschrieb sein Gedankenexperiment also genau, um die Unvollständigkeit der allgemeinen Theorie der Physik aufzuzeigen. Er wollte, dass Schrödingers Paradoxon zeigt, dass es eine Wissenschaft zur Beschreibung großer Objekte gibt ( klassische Physik) und Wissenschaft zur Beschreibung von Mikroobjekten (Quantenphysik). Aber Es gibt nicht genügend wissenschaftliche Erkenntnisse, um den Übergang von Quantensystemen zu Makrosystemen zu beschreiben.

Beschreibung des Experiments mit Schrödingers Katze

Erwin Schrödinger beschrieb 1935 ein Gedankenexperiment mit einer Katze. Die Originalversion der Experimentbeschreibung ist auf Wikipedia dargestellt ( Schrödingers Katze Wikipedia).

Hier ist eine Version der Beschreibung des Schrödinger-Katzen-Experiments in einfachen Worten:

  • Eine Katze wurde in eine geschlossene Stahlbox gelegt.
  • Die Schrödinger-Box enthält ein Gerät mit einem radioaktiven Kern und giftiges Gas, in einen Behälter gegeben.
  • Der Kern kann innerhalb einer Stunde zerfallen oder auch nicht. Wahrscheinlichkeit des Verfalls – 50 %.
  • Wenn der Kern zerfällt, wird dies vom Geigerzähler registriert. Das Relais wird aktiviert und der Hammer zerbricht den Gasbehälter. Schrödingers Katze wird sterben.
  • Wenn nicht, dann wird Schrödingers Katze am Leben sein.

Nach dem Gesetz der „Superposition“ der Quantenmechanik befindet sich der Atomkern (und damit die Katze) zu einem Zeitpunkt, an dem wir das System nicht beobachten, gleichzeitig in zwei Zuständen. Der Kern befindet sich in einem zerfallenen/unzerfallenen Zustand. Und die Katze befindet sich gleichzeitig in einem Zustand, in dem sie lebt/tot ist.

Aber wir wissen mit Sicherheit, dass sich die Katze, wenn die „Schrödinger-Box“ geöffnet wird, nur in einem der folgenden Zustände befinden kann:

  • Wenn der Kern nicht zerfällt, lebt unsere Katze
  • Wenn der Kern zerfällt, ist die Katze tot

Das Paradoxe des Experiments ist das entsprechend Quantenphysik: Vor dem Öffnen der Schachtel ist die Katze gleichzeitig lebendig und tot, aber nach den Gesetzen der Physik unserer Welt ist dies unmöglich. Der Kater kann sich in einem bestimmten Zustand befinden – lebendig oder tot sein. Es gibt keinen gemischten Zustand „Die Katze ist lebendig/tot“ gleichzeitig.

Bevor Sie die Antwort erhalten, schauen Sie sich dieses wunderbare Video zur Veranschaulichung des Paradoxons von Schrödingers Katzenexperiment an (weniger als 2 Minuten):

Die Lösung für das Schrödinger-Katzen-Paradoxon – die Kopenhagener Interpretation

Jetzt die Lösung. Achten Sie auf das besondere Geheimnis der Quantenmechanik - Beobachterparadoxon. Ein Objekt der Mikrowelt (in unserem Fall der Kern) befindet sich gleichzeitig in mehreren Zuständen nur solange wir das System nicht beobachten.

Zum Beispiel, berühmtes Experiment mit 2 Schlitzen und einem Beobachter. Wenn ein Elektronenstrahl auf eine undurchsichtige Platte mit zwei vertikalen Schlitzen gerichtet wurde, malten die Elektronen ein „Wellenmuster“ auf den Bildschirm hinter der Platte – vertikale abwechselnde dunkle und helle Streifen. Doch als die Experimentatoren „sehen“ wollten, wie Elektronen durch die Schlitze fliegen und an der Seite des Bildschirms einen „Beobachter“ installierten, zeichneten die Elektronen kein „Wellenmuster“ auf den Bildschirm, sondern zwei vertikale Streifen. Diese. verhielten sich nicht wie Wellen, sondern wie Teilchen.

Es sieht aus wie Quantenteilchen Sie entscheiden selbst, welchen Zustand sie im Moment der „Vermessung“ annehmen.

Darauf aufbauend klingt die moderne Kopenhagener Erklärung (Interpretation) des Phänomens „Schrödingers Katze“ so:

Während niemand das „Katzen-Kern“-System beobachtet, befindet sich der Kern gleichzeitig in einem zerfallenen/unzerfallenen Zustand. Aber es ist ein Fehler zu sagen, dass die Katze gleichzeitig lebt und tot ist. Warum? Ja, denn Quantenphänomene werden in Makrosystemen nicht beobachtet. Es wäre richtiger, nicht vom „Cat-Core“-System, sondern vom „Core-Detector (Geigerzähler)“-System zu sprechen.

Der Kern wählt zum Zeitpunkt der Beobachtung (oder Messung) einen der Zustände (zerfallen/unzerfallen) aus. Diese Wahl erfolgt jedoch nicht in dem Moment, in dem der Experimentator die Box öffnet (das Öffnen der Box findet in der Makrowelt statt, sehr weit entfernt von der Welt des Kerns). Der Kern wählt seinen Zustand in dem Moment aus, in dem er auf den Detektor trifft. Tatsache ist, dass das System im Experiment nicht ausreichend beschrieben wird.

Somit bestreitet die Kopenhagener Interpretation des Schrödinger-Katze-Paradoxons, dass sich Schrödingers Katze bis zum Öffnen der Schachtel in einem Überlagerungszustand befand – sie befand sich gleichzeitig im Zustand einer lebenden/toten Katze. Eine Katze im Makrokosmos kann und existiert nur in einem Zustand.

Zusammenfassung. Schrödinger hat das Experiment nicht vollständig beschrieben. Es ist nicht korrekt (genauer gesagt, es ist unmöglich, eine Verbindung herzustellen) makroskopisch und Quantensysteme. Quantengesetze gelten in unseren Makrosystemen nicht. In diesem Experiment interagiert nicht „Cat-Core“, sondern „Cat-Detector-Core“. Die Katze stammt aus dem Makrokosmos und das „Detektor-Kern“-System stammt aus dem Mikrokosmos. Und nur in seiner Quantenwelt kann sich ein Kern gleichzeitig in zwei Zuständen befinden. Dies geschieht, bevor der Kern gemessen wird oder mit dem Detektor interagiert. Aber eine Katze in ihrem Makrokosmos kann und existiert nur in einem Zustand. Deshalb, Nur auf den ersten Blick scheint es so zu sein, dass der „lebende oder tote“ Zustand der Katze bereits beim Öffnen der Schachtel festgestellt wird. Tatsächlich wird sein Schicksal in dem Moment bestimmt, in dem der Detektor mit dem Kern interagiert.

Abschließende Zusammenfassung. Der Zustand des Systems „Detektor-Kern-Katze“ ist NICHT mit der Person – dem Beobachter der Box – verbunden, sondern mit dem Detektor – dem Beobachter des Kerns.

Puh. Mein Gehirn fing fast an zu kochen! Aber wie schön ist es, die Lösung des Paradoxons selbst zu verstehen! Wie im alten Schülerwitz über den Lehrer: „Während ich es erzählte, verstand ich es!“

Sheldons Interpretation von Schrödingers Katzenparadoxon

Jetzt können Sie sich zurücklehnen und Sheldons neueste Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment anhören. Der Kern seiner Interpretation besteht darin, dass sie auf Beziehungen zwischen Menschen angewendet werden kann. Verstehen eine gute Beziehung zwischen einem Mann und einer Frau oder schlecht – Sie müssen die Schachtel öffnen (ein Date vereinbaren). Und davor waren sie gleichzeitig gut und böse.

Na, wie gefällt dir dieses „süße Experiment“? Heutzutage würde Schrödinger von Tierschützern für solch brutale Gedankenexperimente mit einer Katze heftig bestraft werden. Oder war es vielleicht keine Katze, sondern Schrödingers Katze?! Armes Mädchen, sie hat genug unter diesem Schrödinger gelitten (((

Wir sehen uns in den nächsten Veröffentlichungen!

Ich wünsche euch allen einen schönen Tag und einen angenehmen Abend!

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24. Juni 2015

Zu meiner Schande muss ich zugeben, dass ich diesen Ausdruck gehört habe, aber überhaupt nicht wusste, was er bedeutete oder zu welchem ​​Thema er verwendet wurde. Lassen Sie mich Ihnen sagen, was ich im Internet über diese Katze gelesen habe ...

« Shroedingers Katze„ – so heißt das berühmte Gedankenexperiment des berühmten österreichischen theoretischen Physikers Erwin Schrödinger, der auch Preisträger ist Nobelpreis. Mithilfe dieses fiktiven Experiments wollte der Wissenschaftler die Unvollständigkeit der Quantenmechanik beim Übergang von subatomaren Systemen zu makroskopischen Systemen zeigen.

Der Originalartikel von Erwin Schrödinger wurde 1935 veröffentlicht. Hier ist das Zitat:

Man kann auch Fälle konstruieren, in denen es durchaus um eine Burleske geht. Lassen Sie eine Katze mit der folgenden teuflischen Maschine in einer Stahlkammer einsperren (was unabhängig vom Eingreifen der Katze der Fall sein sollte): In einem Geigerzähler befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, so klein, dass nur ein Atom in einer Stunde zerfallen kann. aber mit der gleichen Wahrscheinlichkeit kann es nicht zerfallen; In diesem Fall wird das Leserohr entladen und das Relais aktiviert, wodurch der Hammer ausgelöst wird, der den Kolben mit Blausäure zerbricht.

Wenn wir dieses gesamte System eine Stunde lang sich selbst überlassen, können wir sagen, dass die Katze nach dieser Zeit noch am Leben ist, solange das Atom nicht zerfällt. Der allererste Zerfall des Atoms würde die Katze vergiften. Die Psi-Funktion des Gesamtsystems drückt dies aus, indem sie eine lebende und eine tote Katze (verzeihen Sie den Ausdruck) zu gleichen Teilen mischt oder verschmiert. Typisch für solche Fälle ist, dass sich die ursprünglich auf die atomare Welt beschränkte Unsicherheit in makroskopische Unsicherheit verwandelt, die durch direkte Beobachtung beseitigt werden kann. Dies hindert uns daran, das „Unschärfemodell“ naiv als ein Abbild der Realität zu akzeptieren. Dies bedeutet an sich weder etwas Unklares noch Widersprüchliches. Es gibt einen Unterschied zwischen einem verschwommenen oder unscharfen Foto und einem Foto von Wolken oder Nebel.

Mit anderen Worten:

  1. Es gibt eine Kiste und eine Katze. Die Box enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Die experimentellen Parameter wurden so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kernzerfalls in einer Stunde 50 % beträgt. Wenn der Kern zerfällt, öffnet sich ein Gasbehälter und die Katze stirbt. Wenn der Kern nicht zerfällt, bleibt die Katze gesund und munter.
  2. Wir verschließen die Katze in einer Kiste, warten eine Stunde und stellen die Frage: Lebt die Katze oder ist sie tot?
  3. Die Quantenmechanik scheint uns zu sagen, dass sich der Atomkern (und damit die Katze) gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet (siehe Quantenüberlagerung). Bevor wir die Box öffnen, befindet sich das Cat-Core-System mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % im Zustand „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ und mit a im Zustand „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt“. Wahrscheinlichkeit von 50 %. Es stellt sich heraus, dass die Katze, die in der Kiste sitzt, gleichzeitig lebendig und tot ist.
  4. Nach der modernen Kopenhagener Interpretation ist die Katze lebendig/tot ohne Zwischenzustände. Und die Wahl des Zerfallszustands des Kerns erfolgt nicht im Moment des Öffnens der Box, sondern bereits beim Eintritt des Kerns in den Detektor. Denn die Reduzierung der Wellenfunktion des „Katze-Detektor-Kern“-Systems hängt nicht mit dem menschlichen Beobachter der Box zusammen, sondern mit dem Detektor-Beobachter des Kerns.

Wenn der Kern eines Atoms laut Quantenmechanik nicht beobachtet wird, wird sein Zustand durch eine Mischung aus zwei Zuständen beschrieben – einem zerfallenen Kern und einem nicht zerfallenen Kern, also einer Katze, die in einer Kiste sitzt und den Kern eines Atoms verkörpert ist gleichzeitig lebendig und tot. Wenn die Box geöffnet ist, kann der Experimentator nur eines sehen spezifischer Zustand- „Der Kern ist zerfallen, die Katze ist tot“ oder „Der Kern ist nicht zerfallen, die Katze lebt.“

Die Essenz menschliche Sprache: Schrödingers Experiment zeigte, dass die Katze aus quantenmechanischer Sicht sowohl lebendig als auch tot ist, was nicht sein kann. Daher weist die Quantenmechanik erhebliche Mängel auf.

Die Frage ist: Wann hört ein System auf, als Mischung aus zwei Zuständen zu existieren und wählt einen bestimmten? Der Zweck des Experiments besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmechanik ohne einige Regeln unvollständig ist, die angeben, unter welchen Bedingungen die Wellenfunktion zusammenbricht und die Katze entweder tot wird oder am Leben bleibt, aber keine Mischung aus beidem mehr ist. Da klar ist, dass eine Katze entweder lebendig oder tot sein muss (es gibt keinen Zwischenzustand zwischen Leben und Tod), wird dies auch für den Atomkern gelten. Es muss entweder verfallen oder unverfallen sein (Wikipedia).

Eine weitere neuere Interpretation von Schrödingers Gedankenexperiment ist eine Geschichte, die der Urknalltheorie-Charakter Sheldon Cooper seiner weniger gebildeten Nachbarin Penny erzählte. Der Sinn von Sheldons Geschichte besteht darin, dass das Konzept von Schrödingers Katze auf menschliche Beziehungen angewendet werden kann. Um zu verstehen, was zwischen einem Mann und einer Frau passiert, welche Art von Beziehung zwischen ihnen besteht: gut oder schlecht, müssen Sie nur die Schachtel öffnen. Bis dahin ist die Beziehung sowohl gut als auch schlecht.

Unten ist ein Videoclip dieses Urknalltheorie-Austauschs zwischen Sheldon und Penia.

Schrödingers Illustration ist bestes Beispiel Um das Hauptparadoxon der Quantenphysik zu beschreiben: Nach ihren Gesetzen existieren Teilchen wie Elektronen, Photonen und sogar Atome gleichzeitig in zwei Zuständen („lebendig“ und „tot“, wenn Sie sich an die leidende Katze erinnern). Diese Zustände werden Superpositionen genannt.

Amerikanischer Physiker Art Hobson von der University of Arkansas (Arkansas State University) schlug seine Lösung für dieses Paradoxon vor.

„Messungen in der Quantenphysik basieren auf dem Betrieb bestimmter makroskopischer Geräte, beispielsweise eines Geigerzählers, mit deren Hilfe der Quantenzustand mikroskopischer Systeme – Atome, Photonen und Elektronen – bestimmt wird. Die Quantentheorie impliziert, dass wenn man ein mikroskopisches System (Teilchen) mit einem makroskopischen Gerät verbindet, das die beiden unterscheidet verschiedene Staaten System, dann geht das Gerät (z. B. Geigerzähler) in den Zustand Quantenverschränkung und wird auch gleichzeitig in zwei Überlagerungen vorliegen. Allerdings ist es unmöglich, dieses Phänomen direkt zu beobachten, was es inakzeptabel macht“, sagt der Physiker.

Hobson sagt, dass die Katze in Schrödingers Paradoxon die Rolle eines makroskopischen Geräts spielt, eines Geigerzählers, der mit einem radioaktiven Kern verbunden ist, um den Zustand des Zerfalls oder „Nicht-Zerfalls“ dieses Kerns zu bestimmen. In diesem Fall ist eine lebende Katze ein Indikator für „Nichtverfall“ und eine tote Katze ein Indikator für Verfall. Aber der Quantentheorie zufolge muss die Katze ebenso wie der Kern in zwei Überlagerungen von Leben und Tod existieren.

Stattdessen, sagt der Physiker, sollte der Quantenzustand der Katze mit dem Zustand des Atoms verschränkt sein, was bedeutet, dass sie in einer „nichtlokalen Beziehung“ zueinander stehen. Das heißt, wenn sich der Zustand eines der verschränkten Objekte plötzlich ins Gegenteil ändert, ändert sich auch der Zustand seines Paares, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Gleichzeitig verweist Hobson auf eine experimentelle Bestätigung dieser Quantentheorie.

„Das Interessanteste an der Theorie der Quantenverschränkung ist, dass die Zustandsänderung beider Teilchen sofort erfolgt: Kein Licht oder elektromagnetisches Signal hätte Zeit, Informationen von einem System zum anderen zu übertragen. Man kann also sagen, dass es sich um ein Objekt handelt, das durch den Raum in zwei Teile geteilt ist, egal wie groß der Abstand zwischen ihnen ist“, erklärt Hobson.

Schrödingers Katze ist nicht mehr gleichzeitig lebendig und tot. Er ist tot, wenn der Zerfall eintritt, und lebendig, wenn der Zerfall nie eintritt.

Fügen wir hinzu, dass in den letzten dreißig Jahren von drei weiteren Wissenschaftlergruppen ähnliche Lösungen für dieses Paradoxon vorgeschlagen wurden, diese jedoch nicht ernst genommen wurden und in der breiteren Gemeinschaft unbemerkt blieben. wissenschaftliche Kreise. Hobson weist darauf hin, dass die Lösung der Paradoxien der Quantenmechanik, zumindest theoretisch, für ihr tiefgreifendes Verständnis unbedingt erforderlich ist.

Schrödinger

Aber erst kürzlich erklärten Theoretiker, wie die Schwerkraft Schrödingers Katze tötet, aber das ist komplizierter ...

In der Regel erklären Physiker das Phänomen, dass Überlagerung in der Welt der Teilchen möglich, bei Katzen oder anderen Makroobjekten jedoch unmöglich ist, durch Interferenz Umfeld. Wenn ein Quantenobjekt ein Feld durchquert oder mit zufälligen Teilchen interagiert, nimmt es sofort nur einen Zustand an – als ob es gemessen würde. Genau dadurch wird die Überlagerung zerstört, wie Wissenschaftler glaubten.

Aber selbst wenn es irgendwie möglich wäre, ein Makroobjekt in einem Überlagerungszustand von Wechselwirkungen mit anderen Teilchen und Feldern zu isolieren, würde es früher oder später immer noch einen einzigen Zustand annehmen. Zumindest gilt dies für Prozesse, die auf der Erdoberfläche ablaufen.

„Irgendwo im interstellaren Raum hätte eine Katze vielleicht eine Chance, die Quantenkohärenz aufrechtzuerhalten, aber auf der Erde oder in der Nähe eines anderen Planeten ist dies äußerst unwahrscheinlich. Und der Grund dafür ist die Schwerkraft“, erklärt der Hauptautor der neuen Studie, Igor Pikovski vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pikovsky und seine Kollegen von der Universität Wien argumentieren, dass die Schwerkraft dies getan hat zerstörerische Wirkung zu Quantenüberlagerungen von Makroobjekten, und deshalb beobachten wir nicht ähnliche Phänomene im Makrokosmos. Basiskonzept Die neue Hypothese wird übrigens in kurz umrissen Spielfilm„Interstellar“.

Einsteins allgemeine Theorie Die Relativitätstheorie besagt, dass ein extrem massereiches Objekt in seiner Nähe die Raumzeit krümmt. Wenn wir die Situation auf einer kleineren Ebene betrachten, können wir sagen, dass die Zeit für ein Molekül, das sich in der Nähe der Erdoberfläche befindet, etwas langsamer vergeht als für ein Molekül, das sich in der Umlaufbahn unseres Planeten befindet.

Aufgrund des Einflusses der Schwerkraft auf die Raumzeit erfährt ein von diesem Einfluss betroffenes Molekül eine Abweichung seiner Position. Und dies wiederum sollte sich auf seine innere Energie auswirken – Schwingungen von Teilchen in einem Molekül, die sich im Laufe der Zeit ändern. Wenn ein Molekül in einen Zustand der Quantenüberlagerung zweier Orte gebracht wird, dann ist die Beziehung zwischen Ort und innere Energie würde das Molekül bald dazu zwingen, nur noch eine von zwei Positionen im Raum zu „wählen“.

„In den meisten Fällen ist das Phänomen der Dekohärenz damit verbunden Äußerer Einfluss, aber in in diesem Fall Die innere Schwingung der Teilchen interagiert mit der Bewegung des Moleküls selbst“, erklärt Pikovsky.

Dieser Effekt wurde bisher nicht beobachtet, da andere Dekohärenzquellen, wie z Magnetfelder, Wärmestrahlung und die Schwingungen sind normalerweise viel stärker und führen zur Zerstörung von Quantensystemen, lange bevor die Schwerkraft dies tut. Aber Experimentatoren bemühen sich, die Hypothese zu testen.

Ein ähnlicher Aufbau könnte auch verwendet werden, um die Fähigkeit der Schwerkraft zu testen, Quantensysteme zu zerstören. Dazu müssen vertikale und horizontale Interferometer verglichen werden: Im ersten Fall sollte die Überlagerung aufgrund der Zeitdilatation auf verschiedenen „Höhen“ des Pfads bald verschwinden, während im zweiten Fall die Quantenüberlagerung bestehen bleiben kann.

Quellen

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

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