Erwin Schrodinger oli yksi vuoden 2002 avainhenkilöistä kvanttifysiikka, jopa ennen hänen kuuluisaaan "Schrodinger's kissa"ajatuskoe. Hän oli luonut kvanttiaaltofunktion, joka oli nyt määrittelevä liikeyhtälö maailmankaikkeudessa, mutta ongelmana on, että se ilmaisi kaiken liikkeen muodossa sarjoja todennäköisyyksiä - jotain, joka rikkoo suoraan sitä, kuinka suurin osa nykypäivän tutkijoista (ja mahdollisesti jopa tänään) haluaa uskoa siihen, kuinka fyysinen todellisuus toimii.
Schrodinger itse oli yksi sellaisista tutkijoista, ja hän keksi konseptin Schrodinger's Cat kuvaamaan kvanttifysiikan aiheita. Tarkastellaan sitten kysymyksiä ja katsotaan, kuinka Schrodinger pyrki kuvaamaan niitä analogisesti.
Quantum Indeterminancy
Kvanttaalto-funktio kuvaa kaikki fysikaaliset suureet kvantitila-sarjana, samoin kuin todennäköisyys, että järjestelmä on tietyssä tilassa. Tarkastellaan yhtä radioaktiivista atomia, jonka puoliintumisaika on yksi tunti.
Kvantfysikaalisen aaltofunktion mukaan radioaktiivinen atomi on tunnin kuluttua tilassa, jossa se on sekä rappeutunut että hajoamaton. Kun atomi on mitattu, aaltofunktio romahtaa yhteen tilaan, mutta siihen asti se pysyy kahden kvanttitilan superpositiona.
Tämä on avainkysymys Kvanttigenin kvanttifysiikan tulkinnassa - se ei ole vain sitä, että tutkija ei tiedä missä tilassa se on, mutta on pikemminkin, että fyysinen todellisuus ei määritetä ennen kuin mittaus tapahtuu paikka. Jollakin tuntemattomalla tavalla juuri havainnot ovat se, mikä vahvistaa tilanteen toiseen tilaan. Siihen saakka, kunnes havainto tapahtuu, fyysinen todellisuus on jaettu kaikkien mahdollisuuksien kesken.
Kissalle
Schrodinger laajensi tätä ehdottamalla hypoteettisen kissan sijoittamista hypoteettiseen laatikkoon. Laitamme kissan kanssa olevaan laatikkoon myrkkykaasupullon, joka tappaisi kissan heti. Injektiopullo on kiinnitetty laitteeseen, joka on kytketty Geiger-laskuriin, laitteeseen, jota käytetään säteilyn havaitsemiseen. Edellä mainittu radioaktiivinen atomi sijoitetaan lähellä Geiger-laskuria ja jätetään sinne tarkalleen tunniksi.
Jos atomi hajoaa, Geiger-laskuri havaitsee säteilyn, rikkoa injektiopullon ja tappaa kissan. Jos atomi ei hajoa, injektiopullo on ehjä ja kissa on elossa.
Yhden tunnin jakson jälkeen atomi on tilassa, jossa se on sekä rappeutunut että ei rappeutunut. Kuitenkin ottaen huomioon, kuinka olemme rakentaneet tilanteen, tämä tarkoittaa, että injektiopullo on sekä rikkoutunut että rikkoutumaton ja lopulta kvantfysiikan Kööpenhaminan tulkinnan mukaan kissa on sekä kuollut että elossa.
Tulkinnat Schrodinger's Cat
Stephen Hawking lainataan kuuluisasti sanomalla "Kun kuulen Schrodingerin kissasta, tavoitan aseeni." Tämä edustaa monien fyysikkojen ajatukset, koska ajattelukokeessa on useita näkökohtia, jotka tuovat esiin kysymyksiä. Suurin ongelma analogialla on se, että kvanttifysiikka toimii tyypillisesti vain atomien ja subatomien hiukkasten mikroskooppisessa mittakaavassa, ei kissojen ja myrkkypullojen makroskooppisessa mittakaavassa.
Kööpenhaminan tulkinnassa todetaan, että jotain mittaava toimenpide aiheuttaa kvantti-aaltofunktion romahtamisen. Tässä analogiassa todella mittaus tapahtuu Geiger-laskurilla. Tapahtumaketjussa on useita vuorovaikutuksia - kissan tai järjestelmän erillisten osien eristäminen on mahdotonta niin, että se on luonteeltaan todella kvanttomekaaninen.
Siihen mennessä, kun kissa itse syöttää yhtälön, mittaus on jo tehty... Tuhat kertaa yli, mittaukset on tehty Geiger-laskurin, injektiopullonmurtajalaitteen, pullon, myrkkykaasun ja itse kissan atomien avulla. Jopa laatikon atomit tekevät "mittauksia", kun ajatellaan, että jos kissa kaatuu kuolleena, se tulee kosketuksiin erilaisten atomien kanssa kuin jos se asettuu kiihkeästi laatikon ympärille.
Sillä, avataanko tiedemies laatikko vai ei, ei ole merkitystä, kissa on joko elossa tai kuollut, ei kahden tilan superpositio.
Joissakin Kööpenhaminan tulkinnan tiukeissa näkemyksissä vaaditaan kuitenkin tietoisen kokonaisuuden havaintoa. Tämä tulkinnan tiukka muoto on nykyään yleensä vähemmistöjen näkemys fyysikoista, vaikkakin on edelleen mielenkiintoinen argumentti siihen, että kvanttiaaltotoimintojen romahtaminen voidaan yhdistää tietoisuus. (Ehdotan perusteellisempaa keskustelua tietoisuuden roolista kvantfysiikassa Quantum Enigma: Fysiikka kohtaa tietoisuuden kirjoittanut: Bruce Rosenblum ja Fred Kuttner.)
Vielä yksi tulkinta on Monien maailmojen tulkinta (MWI) kvantfysiikan tutkimus, joka ehdottaa, että tilanne todella jakautuu moniin maailmoihin. Joissakin näistä maailmoista kissa on kuollut laatikon avaamisen yhteydessä, toisissa kissat ovat elossa. Vaikka Monet maailmat ovat kiehtovia yleisölle ja tietenkin tieteiskirjailijoille, ne ovat Tulkinta on vähemmistönäkökulma myös fyysikoissa, tosin ei ole erityisiä todisteita tai sitä vastaan.
Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine