Erwin Schrodinger bol jednou z kľúčových osobností v roku 2007 kvantová fyzika, ešte pred jeho slávnym “Schrodingerova mačka"experiment s myšlienkami." Vytvoril funkciu kvantovej vlny, ktorá bola teraz určujúcou rovnicou pohybu vo vesmíre, ale problém spočíva v tom, že všetky pohyby vyjadroval vo forme séria pravdepodobností - niečo, čo je v priamom rozpore s tým, ako väčšina vedcov dňa (a možno aj dnes) verí v to, ako fyzická realita operuje.
Samotný Schrodinger bol jedným takým vedcom a vymyslel koncept Schrodingerovej mačky na ilustráciu problémov kvantovej fyziky. Pozrime sa potom na tieto problémy a uvidíme, ako sa ich Schrodinger snažil ilustrovať analogicky.
Kvantové neurčitosti
Funkcia kvantovej vlny zobrazuje všetky fyzikálne veličiny ako sériu kvantových stavov spolu s pravdepodobnosťou, že systém bude v danom stave. Zoberme si jeden rádioaktívny atóm s polčasom rozpadu jednu hodinu.
Podľa funkcie vlnovej kvantovej fyziky bude rádioaktívny atóm po jednej hodine v stave, v ktorom sa rozpadne aj nerozpadne. Po vykonaní merania atómu sa vlnová funkcia zrúti do jedného stavu, ale dovtedy zostane ako superpozícia dvoch kvantových stavov.
Toto je kľúčový aspekt kodanskej interpretácie kvantovej fyziky - nie je to len to, čo vedec nevie v ktorom stave je, ale skôr je to tak, že fyzická realita nie je určená, kým sa nezačne konať akt merania miesto. Neznámym spôsobom samotné pozorovanie je to, čo upevňuje situáciu do jedného alebo druhého štátu. Kým sa toto pozorovanie neuskutoční, je fyzická realita rozdelená medzi všetky možnosti.
Na Cat
Schrodinger to rozšíril navrhnutím umiestnenia hypotetickej mačky do hypotetickej skrinky. Do škatule s mačkou by sme vložili fľaštičku jedovatého plynu, ktorá mačku okamžite zabije. Injekčná liekovka je pripojená k prístroju, ktorý je zapojený do Geigerovho počítača, zariadenia používaného na detekciu žiarenia. Spomenutý rádioaktívny atóm sa umiestni blízko Geigerovho počítača a nechá sa tam presne jednu hodinu.
Ak sa atóm rozpadne, Geigerov počítač zistí žiarenie, rozbije liekovku a zabije mačku. Ak sa atóm nerozpadne, liekovka bude neporušená a mačka bude nažive.
Po jednej hodinovej perióde je atóm v stave, v ktorom sa rozpadá a nerozpadá. Avšak vzhľadom na to, ako sme situáciu skonštruovali, to znamená, že injekčná liekovka je rozbitá aj nefunkčná a nakoniec podľa kodanskej interpretácie kvantovej fyziky. mačka je mŕtvy a živý.
Interpretácie Schrodingerovej mačky
Stephen Hawking sa skvele cituje ako „Keď počujem o Schrodingerovej mačke, siaham po svojej puške.“ To predstavuje myšlienky mnohých fyzikov, pretože existuje niekoľko aspektov myšlienkového experimentu, ktoré vychádzajú záležitosti. Najväčší problém s analógiou je v tom, že kvantová fyzika typicky pracuje iba v mikroskopickej mierke atómov a subatomárnych častíc, nie v makroskopickej mierke mačiek a liekoviek s jedmi.
Kodanská interpretácia uvádza, že akt merania niečoho spôsobuje zrútenie funkcie kvantovej vlny. V tejto analógii skutočne dochádza k meraniu pomocou Geigerovho počítadla. V reťazci udalostí existuje množstvo interakcií - nie je možné izolovať mačku alebo jednotlivé časti systému tak, aby bola skutočne kvantovo mechanická.
Kým mačka sama vstúpi do rovnice, meranie už bolo vykonané... tisíckrát sa uskutočnili merania - atómy Geigerovho počítadla, prístroj na rozbíjanie liekoviek, liekovka, jedovatý plyn a samotná mačka. Dokonca aj atómy škatule robia „merania“, keď si uvedomíte, že ak mačka spadne nad mŕtvych, príde do kontaktu s rôznymi atómami, ako keby úzko obkročila okolo škatule.
Či vedec otvorí krabicu, nie je relevantné, mačka je buď nažive alebo mŕtva, nie je superpozíciou týchto dvoch stavov.
Podľa niektorých prísnych názorov na kodanskú interpretáciu sa však vyžaduje pozorovanie vedomej bytosti. Táto prísna forma tlmočenia je dnes vo fyzike vo menšine, aj keď je tu zostáva určitým zaujímavým argumentom, s ktorým môže byť spojené zrútenie kvantových vĺn vedomia. (Na dôkladnejšiu diskusiu o úlohe vedomia v kvantovej fyzike navrhujem Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness Bruce Rosenblum a Fred Kuttner.)
Ďalším výkladom je Interpretácia mnohých svetov (MWI) kvantovej fyziky, ktorá navrhuje, aby sa situácia skutočne rozvetvila do mnohých svetov. V niektorých z týchto svetov bude mačka po otvorení škatule mŕtvy, v iných bude mačka nažive. Kým fascinuje verejnosť a určite autori sci-fi, veľa svetov Tlmočenie je tiež fyzikálnym názorom menšiny, hoci neexistujú konkrétne dôkazy alebo proti tomu.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.