Erwin Schrodinger volt az egyik kulcsszerep kvantumfizika, még a híres "Schrodinger macska"gondolatkísérlet. Megalapította a kvantumhullám függvényt, amely most a meghatározó mozgási egyenlet volt az univerzumban, de a probléma az, hogy az összes mozgást egy valószínűségek sorozata - valami, amely közvetlenül sérti azt, hogy a napjaink legtöbb tudósa (és talán még ma is) szeretne hinni abban, hogy a fizikai valóság működik.
Maga Schrodinger volt az egyik ilyen tudós és a Schrodinger-macska koncepciójával állt elő, hogy szemléltesse a kvantumfizika kérdéseit. Akkor vizsgáljuk meg a kérdéseket, és nézzük meg, hogy Schrodinger miként próbálta azokat analógia útján bemutatni.
Quantum Indeterminancy
A kvantumhullám-függvény az összes fizikai mennyiséget kvantumállapot-sorozatként ábrázolja, azzal a valószínűséggel, hogy a rendszer egy adott állapotban van. Vegyünk egy radioaktív atomot, amelynek felezési ideje egy óra.
A kvantumfizikai hullámfüggvény szerint egy óra elteltével a radioaktív atom olyan állapotban lesz, ahol romlik és nem romlik el. Miután megtörtént az atom mérése, a hullámfüggvény egy állapotba fog esni, de addig is a két kvantumállapot szuperpozíciója marad.
Ez a kvantumfizika koppenhágai értelmezésének kulcseleme - nem csak az, hogy a tudós nem tudja melyik állapotban van, de inkább az, hogy a fizikai valóságot addig nem határozzák meg, amíg a mérési cselekedet meg nem történik hely. Valamely ismeretlen módon a megfigyelés maga az, ami megszilárdítja a helyzetet egy vagy másik állapotba. Amíg ez a megfigyelés meg nem történik, a fizikai valóság megoszlik minden lehetőség között.
A macskához
Schrodinger kiterjesztette ezt azzal, hogy javasolta egy hipotetikus macskát egy hipotetikus dobozba. A macskába helyezett dobozba mérgező gáz injekciós üveget helyezünk, amely azonnal megöli a macskát. Az injekciós üveget egy eszközhöz rögzítik, amelyet a Geiger-számlálóba vezetnek, amely a sugárzás kimutatására szolgál. A fent említett radioaktív atomot a Geiger-pult közelében helyezik el, és pontosan egy órán át ott hagyják.
Ha az atom lebomlik, akkor a Geiger-számláló érzékeli a sugárzást, megtöri az injekciós üveget és megöli a macskát. Ha az atom nem bomlik, akkor az ampulla sértetlen lesz, és a macska életben lesz.
Az egy órás periódus után az atom olyan állapotban van, hogy romlott és nem romlott. Tekintettel arra, hogy miként alakítottuk ki a helyzetet, ez azt jelenti, hogy az injekciós üveg törött és nem is törött, és végül a kvantumfizika koppenhágai értelmezése szerint a macska halott és él.
A Schrodinger's Cat
Stephen Hawking híresen idézve: "Amikor Schrodinger macskájáról hallom, fegyverrel kezelem." Ez képviseli a sok fizikus gondolatai, mert a gondolatkísérletnek számos szempontja felveti a figyelmét problémák. Az analógia legnagyobb problémája az, hogy a kvantumfizika általában csak az atomok és szubatomi részecskék mikroszkopikus skáláján működik, nem a macskák és a mérgező fiókok makroszkopikus skáláján.
A koppenhágai értelmezés kimondja, hogy valami mérés eredményeként a kvantumhullám funkció összeomlik. Ebben az analógiában valóban a mérést a Geiger-számláló végzi. Rengeteg kölcsönhatás létezik az eseménylánc mentén - lehetetlen elkülöníteni a macskát vagy a rendszer külön részeit úgy, hogy valóban kvantummechanikus jellegűek legyenek.
Mire a macska belép az egyenletbe, a mérést már elvégezték... ezer alkalommal végeztek méréseket - a Geiger-számláló atomjai, az injekciós üvegtörő készülék, az üveg, a mérgezőgáz és a macska között. Még a doboz atomjai is mérnek, amikor figyelembe vesszük, hogy ha a macska holtan esik, akkor különféle atomokkal fog érintkezésbe kerülni, mint ha aggódóan mozog a doboz körül.
Az, hogy a tudós kinyitja-e a dobozt, nem releváns, a macska vagy él, vagy meghalt, nem pedig a két állam szuperpozíciója.
Ennek ellenére a koppenhágai értelmezés szigorú nézeteiben valójában egy tudatos egység megfigyelése szükséges. Az értelmezés szűk formája általában a mai fizikusok kisebbségi véleménye, bár van továbbra is érdekes érv, amelyhez a kvantumhullám-funkciók összeomlása kapcsolódhat öntudat. (A tudat kvantumfizikában játszott szerepének alaposabb megvitatására azt javaslom Quantum Enigma: A fizika találkozik a tudattal szerző: Bruce Rosenblum és Fred Kuttner.)
Még egy másik értelmezés a Sok világ értelmezése (MWI) kvantumfizika, amely azt sugallja, hogy a helyzet valójában sok világba osztódik. Ezen világok egy részében a macska halott lesz a doboz kinyitásakor, másokban a macska életben lesz. Miközben lenyűgözi a nyilvánosságot és természetesen a tudományos fantasztikus írókat, a Sok világ Az értelmezés szintén kisebbségi vélemény a fizikusok körében, bár nincs konkrét bizonyíték a vagy számára ellene.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.