Erwin Schrodinger bio je jedna od ključnih figura u kvantna fizika, čak i prije njegova čuvenog "Schrodingerova mačka"misaoni eksperiment. On je stvorio kvantnu valnu funkciju, koja je sada definirala jednadžbu gibanja u svemiru, ali problem je u tome što je sve kretanje izražavao u obliku niz vjerojatnosti - nešto što ide u izravnu povredu prema načinu na koji većina znanstvenika dana (a možda i danas) voli vjerovati o fizičkoj stvarnosti djeluje.
Sam Schrodinger bio je jedan takav znanstvenik i smislio je koncept Schrodingerove mačke kako bi ilustrirao probleme s kvantnom fizikom. Razmotrimo, dakle, probleme i pogledajmo kako ih je Schrodinger pokušao ilustrirati analogijom.
Kvantna neodređenost
Kvantna valna funkcija prikazuje sve fizičke veličine kao niz kvantnih stanja zajedno s vjerojatnošću da je sustav u datom stanju. Razmotrite jedan radioaktivni atom s poluživotom od jednog sata.
Prema valnoj funkciji kvantne fizike, radioaktivni atom će nakon jednog sata biti u stanju u kojem se raspada i ne propada. Jednom kada se napravi mjerenje atoma, valna će se funkcija srušiti u jedno stanje, ali do tada će ostati superpozicija dvaju kvantnih stanja.
To je ključni aspekt kopenhagenske interpretacije kvantne fizike - to znanstvenik ne zna u kojem se stanju nalazi, ali radije je da fizička stvarnost nije određena dok traje čin mjerenja mjesto. Na neki nepoznat način, sam čin zapažanja je ono što učvršćuje situaciju u jedno ili drugo stanje. Dok se to promatranje ne dogodi, fizička se stvarnost dijeli između svih mogućnosti.
Na Mačku
Schrodinger je to proširio predlažući da se hipotetička mačka postavi u hipotetičku kutiju. U kutiju s mačkom stavili bismo bočicu otrovnog plina, koja bi mačku odmah ubila. Bočica je spojena na uređaj koji je ožičen na Geiger brojaču, uređaju koji se koristi za otkrivanje zračenja. Spomenuti radioaktivni atom smješten je u blizini Gegerovog brojača i tamo ostavljen točno jedan sat.
Ako atom propadne, tada će Gegerov brojač otkriti zračenje, razbiti bočicu i ubiti mačku. Ako se atom ne raspadne, bočica će biti netaknuta i mačka će biti živa.
Nakon jednosatnog razdoblja, atom je u stanju u kojem se raspada i ne propada. Međutim, s obzirom na to kako smo konstruirali situaciju, to znači da je bočica i razbijena i ne razbijena i, na kraju, prema kopenhagenskoj interpretaciji kvantne fizike mačka je i mrtva i živa.
Tumačenja Schrodingerove mačke
Stephen Hawking glasovito je citirano: "Kad čujem za Schrodingerovu mačku, posegnem za svojim pištoljem." Ovo predstavlja misli mnogih fizičara, jer postoji nekoliko aspekata misaonog eksperimenta koji se pojavljuju pitanja. Najveći problem analogije je taj što kvantna fizika obično djeluje samo na mikroskopskoj ljestvici atoma i subatomskih čestica, a ne na makroskopskoj ljestvici mačaka i bočica s otrovima.
Kopenhagenska interpretacija kaže da čin mjerenja nečega uzrokuje kolaps funkcije kvantnog vala. U ovoj se analogiji, zapravo, mjerni čin odvija pomoću Geigerovog brojača. Postoje niz interakcija u nizu događaja - nemoguće je izolirati mačku ili zasebne dijelove sustava tako da je po svojoj prirodi doista kvantno mehanička.
Do trenutka kada mačka sama uđe u jednadžbu, mjerenje je već obavljeno... tisuću puta su izvršena mjerenja - od atoma Geigerovog brojača, aparata za razbijanje bočica, bočica, otrovnih plinova i same mačke. Čak i atomi kutije vrše "mjerenja" kada uzmete u obzir da će, ako mačka padne mrtva, doći u kontakt s različitim atomima nego ako tjeskobno korača oko okvira.
Bez obzira na to je li znanstvenik otvorio okvir ili ne, mačka je ili živa ili mrtva, a ne superpozicija dviju stanja.
Ipak, u nekim strogim pogledima na interpretaciju iz Kopenhagena, zapravo je potrebno promatranje svjesnog entiteta. Ovaj strogi oblik tumačenja danas je općenito manjinski stav fizičara, iako postoji ostaje neki intrigantan argument s kojim se kolaps kvantnih valnih funkcija može povezati svijest. (Za temeljitiju raspravu o ulozi svijesti u kvantnoj fizici, predlažem Kvantna enigma: fizika susreće svijest napisali Bruce Rosenblum i Fred Kuttner.)
Druga je interpretacija tumačenja Tumačenje mnogih svjetova (MWI) kvantne fizike, što sugerira da se situacija zapravo odvoji na mnoge svjetove. U nekim od ovih svjetova mačka će biti mrtva nakon otvaranja kutije, u drugim će mačka biti živa. Iako je fascinantan za javnost, a svakako i autore znanstvene fantastike, Mnogo svjetova Tumačenje je i manjinsko gledište fizičara, iako nema posebnih dokaza za ili protiv toga.
Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.