Γάτα του Σρέντινγκερ

Η γάτα του Schrödinger είναι ένα πείραμα σκέψης για την κβαντική φυσική. Ο Erwin Schrödinger το πρότεινε το 1935, αντιδρώντας στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης για την κβαντική φυσική.

Ο Schrödinger έγραψε:

Κάποιος μπορεί ακόμη και να δημιουργήσει αρκετά γελοίες υποθέσεις. Μια γάτα είναι κλειδωμένη σε έναν ατσάλινο θάλαμο, μαζί με την ακόλουθη συσκευή (η οποία πρέπει να διασφαλιστεί από την άμεση παρέμβαση της γάτας): σε έναν μετρητή Geiger, υπάρχει ένα μικρό κομμάτι ραδιενεργού ουσίας, τόσο μικρό, που ίσως στη διάρκεια μιας ώρας διασπαστεί μόνο ένα από τα άτομα, αλλά επίσης, με την ίδια πιθανότητα, ίσως κανένα- αν συμβεί αυτό, ο σωλήνας του μετρητή εκφορτίζεται και μέσω ενός ρελέ απελευθερώνει ένα σφυρί που συντρίβει μια μικρή φιάλη υδροκυανικού οξέος. Αν κάποιος έχει αφήσει ολόκληρο αυτό το σύστημα στην τύχη του για μια ώρα, θα έλεγε ότι η γάτα εξακολουθεί να ζει, αν εν τω μεταξύ κανένα άτομο δεν έχει διασπαστεί. Η psi-λειτουργία ολόκληρου του συστήματος θα το εξέφραζε αυτό με το να έχει μέσα του τη ζωντανή και τη νεκρή γάτα (συγγνώμη για την έκφραση) αναμεμειγμένη ή πασαλειμμένη σε ίσα μέρη.

Είναι χαρακτηριστικό αυτών των περιπτώσεων ότι μια απροσδιοριστία που αρχικά περιοριζόταν στον ατομικό τομέα μετατρέπεται σε μακροσκοπική απροσδιοριστία, η οποία μπορεί στη συνέχεια να επιλυθεί με άμεση παρατήρηση. Αυτό μας αποτρέπει από το να δεχόμαστε τόσο αφελώς ως έγκυρο ένα "θολό μοντέλο" για την αναπαράσταση της πραγματικότητας. Από μόνο του, δεν θα ενσωμάτωνε τίποτα ασαφές ή αντιφατικό. Υπάρχει διαφορά μεταξύ μιας κουνημένης ή μη εστιασμένης φωτογραφίας και ενός στιγμιότυπου από σύννεφα και τράπεζες ομίχλης.

- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Η παρούσα κατάσταση στην κβαντομηχανική), Naturwissenschaften
(μεταφρασμένο από τον John D. Trimmer στο Proceedings of the American Philosophical Society)

Με απλά λόγια, ο Σρέντινγκερ δήλωσε ότι αν τοποθετήσετε μια γάτα και κάτι που θα μπορούσε να σκοτώσει τη γάτα (ένα ραδιενεργό άτομο) σε ένα κουτί και το σφραγίσετε, δεν θα ξέρετε αν η γάτα ήταν νεκρή ή ζωντανή μέχρι να ανοίξετε το κουτί, οπότε μέχρι να ανοίξει το κουτί, η γάτα ήταν (κατά μία έννοια) και "νεκρή και ζωντανή". Αυτό χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η επιστημονική θεωρία. Κανείς δεν ξέρει αν οποιαδήποτε επιστημονική θεωρία είναι σωστή ή λάθος μέχρι η εν λόγω θεωρία να δοκιμαστεί και να αποδειχθεί.

Η φυσική μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: την κλασική φυσική και την κβαντομηχανική. Η κλασική φυσική εξηγεί τις περισσότερες φυσικές αλληλεπιδράσεις, όπως γιατί μια μπάλα αναπηδά όταν πέφτει. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη φυσικών αλληλεπιδράσεων, όπως τι θα συμβεί όταν ρίξετε μια μπάλα. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες φυσικές αλληλεπιδράσεις τις οποίες δεν εξηγεί- για παράδειγμα, πώς το φως μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό. Η κβαντομηχανική παρέχει στους φυσικούς έναν τρόπο να εξηγήσουν γιατί συμβαίνουν αυτά τα πράγματα.

Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τι συμβαίνει στο μικρότερο μέρος ενός ατόμου (ένα υποατομικό σωματίδιο) χωρίς να το κοιτάξουμε (να το παρατηρήσουμε ή να το μετρήσουμε). Τα μαθηματικά χρησιμοποιούνται για να δείξουν πόσο πιθανό είναι να συμβεί κάτι στο σωματίδιο. Ένα σωματίδιο θα μπορούσε να περιγραφεί ως 50% πιθανό να βρίσκεται σε ένα μέρος σε μια στιγμή ή 50% πιθανό να βρίσκεται σε ένα μέρος σε μια άλλη στιγμή. Αυτό θα μπορούσε επίσης να εκφραστεί ως διάγραμμα (ή κυματομορφή). Αυτό είναι πολύ βολικό όταν γίνονται υπολογισμοί κβαντικής φυσικής.

Ωστόσο, ο μόνος τρόπος για να είμαστε 100% σίγουροι για το πού βρίσκεται ένα σωματίδιο, είναι να το παρατηρήσουμε. Μέχρι το σημείο που θα το παρατηρήσετε, η ερμηνεία της Κοπεγχάγης λέει ότι το σωματίδιο είναι εκεί και δεν είναι εκεί. Μόνο όταν παρατηρήσετε το σωματίδιο θα ξέρετε αν είναι εκεί ή όχι.

Ενώ αυτό έχει νόημα στην κβαντική φυσική, δεν έχει νόημα στην κλασική φυσική (του πραγματικού κόσμου).

Ο Schrödinger ήθελε να δείξει ότι αυτός ο τρόπος σκέψης για την κβαντομηχανική θα οδηγούσε σε παράλογες καταστάσεις. Σχεδίασε ένα πείραμα σκέψης.

Μια γάτα τοποθετείται σε ένα δωμάτιο που είναι απομονωμένο από τον έξω κόσμο.

Ένας μετρητής Geiger που μετράει την ποσότητα της ραδιενεργού διάσπασης και λίγο από ένα ραδιενεργό στοιχείο βρίσκονται στο δωμάτιο.

Μέσα σε μία ώρα, ένα από τα άτομα του ραδιενεργού υλικού μπορεί να διασπαστεί (ή να διασπαστεί επειδή το υλικό δεν είναι σταθερό), ή μπορεί και όχι.

Εάν το υλικό διασπαστεί, θα απελευθερώσει ένα ατομικό σωματίδιο, το οποίο θα χτυπήσει τον μετρητή Γκάιγκερ, ο οποίος θα απελευθερώσει δηλητηριώδες αέριο, το οποίο θα σκοτώσει τη γάτα.

Το ερώτημα τώρα είναι: στο τέλος της ώρας, είναι η γάτα ζωντανή ή νεκρή; Ο Schrödinger λέει ότι σύμφωνα με την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, όσο η πόρτα είναι κλειστή, η γάτα είναι νεκρή και ζωντανή. Δεν υπάρχει κανένας τρόπος να το μάθουμε μέχρι να ανοίξει η πόρτα. Αλλά ανοίγοντας την πόρτα, το άτομο παρεμβαίνει στο πείραμα. Το άτομο και το πείραμα πρέπει να περιγραφούν σε σχέση το ένα με το άλλο.

Με την εξέταση του πειράματος το άτομο έχει επηρεάσει το πείραμα, επομένως μπορεί να μη μας δώσει τη σωστή απάντηση.

Το πείραμα σκέψης επινοήθηκε από τον Σρέντινγκερ για να καταδείξει την ανοησία της σκέψης για κβαντικές καταστάσεις για μεγάλα αντικείμενα. Έχει επίσης αναφερθεί πολλές φορές στην ποπ κουλτούρα.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι η γάτα του Schrödinger;

Ερ: Τι λέει η ερμηνεία της Κοπεγχάγης για τα σωματίδια;

Ερ: Πώς απέδειξε ο Schrödinger αυτή την αντίληψη;

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι δύο τύποι φυσικής που αναφέρονται σε αυτό το κείμενο;

Ερ: Πώς επηρεάζει η παρατήρηση κάποιου πράγματος ένα πείραμα;

Ερ: Σε τι αναφέρεται η "psi-λειτουργία";

Αναζήτηση με γράμμα