Eksperyment myślowy znany jako kot Schrödingera jest jednym z najbardziej znanych i niezrozumianych pojęć w mechanice kwantowej. Myśląc o tym głęboko, naukowcy doszli do spektakularnych spostrzeżeń na temat rzeczywistości fizycznej.
Kto wymyślił kota Schrödingera?
Austriacki fizyk Erwin Schrödinger, który pomógł założyć dyscyplinę mechaniki kwantowej, po raz pierwszy wymyślił swoją kotowską zagadkę w 1935 r. Jako komentarz do problemów pierwotnie postawionych przez oprawcę Alberta Einsteina, zgodnie z artykułem w Quanta Magazine.
Rozwijając swoje nowe rozumienie sfery subatomowej, większość współpracowników Einsteina i Schrödingera zdała sobie sprawę, że istoty kwantowe wykazują niezwykle dziwne zachowania. Duński fizyk Niels Bohr bronił zrozumienia, że cząstki takie jak elektrony nie miały dobrze określonych właściwości, dopóki nie zostały zmierzone. Wcześniej cząstki istniały w tak zwanym superpozycji stanów, na przykład z 50% szansą na zorientowanie „w górę” i 50% szansą na zorientowanie „w dół”.
W szczególności Einsteinowi nie podobało się to niezdecydowane wyjaśnienie. Chciał wiedzieć, jak dokładnie wszechświat wie, że ktoś coś mierzy. Schrödinger podkreślił tę absurdalność swoim słynnym kotem konceptualnym.
Załóżmy, że ktoś buduje dziwny sprzęt, Schrödinger napisał w artykule z 1935 r. Zatytułowanym „Obecna sytuacja w mechanice kwantowej”. Aparat składa się z pudełka z uszczelnioną fiolką z cyjankiem, nad którą zawieszony jest młot przymocowany do licznika Geigera skierowany na niewielką bryłę lekko radioaktywnego uranu. W pudełku jest też kotek (i pamiętaj, że to eksperyment myślowy, który nigdy nie został przeprowadzony).
Pudełko jest zapieczętowane, a eksperyment pozostawia się na określony czas, może godzinę. W tej godzinie uran, którego cząstki są zgodne z prawami mechaniki kwantowej, ma pewną szansę na emisję promieniowania, które zostanie następnie wychwycone przez licznik Geigera, który z kolei zwolni młotek i roztrzaska fiolkę, zabijając kota przez zatrucie cyjankiem.
Według ludzi takich jak Bohr, dopóki pudełko nie zostanie otwarte i status kota nie zostanie „zmierzony”, pozostanie on w superpozycji zarówno żywych, jak i zmarłych. Ludzie tacy jak Einstein i Schrödinger zastanawiali się nad taką możliwością, która nie zgadza się ze wszystkim, co mówi nam nasze zwykłe doświadczenie - koty są żywe lub martwe, a nie oba jednocześnie.
„w fizyce uantum brakowało ważnego elementu, historii o tym, jak zrównała się ona z innymi rzeczami na świecie”, napisał dziennikarz naukowy Adam Becker w swojej książce „What Is Real?” (Basic Books, 2018). „W jaki sposób fenomenalna liczba atomów rządzonych przez fizykę kwantową tworzy świat, który widzimy wokół nas?”
Czy kot Schrödingera jest prawdziwy?
Kot Schrödingera trafił w sedno tego, co dziwne było w interpretacji rzeczywistości przez Bohra: brak wyraźnej linii podziału między światem kwantowym a codziennym. Podczas gdy większość ludzi uważa, że stanowi przykład na poparcie cząstek pozbawionych jasno określonych właściwości, dopóki nie zostaną zmierzone, pierwotna intencja Schrödingera była dokładnie odwrotna - aby pokazać, że taki pomysł był bezsensowny. Jednak przez wiele dziesięcioleci fizycy w dużej mierze ignorowali ten problem, przechodząc do innych problemów.
Ale od lat siedemdziesiątych badacze byli w stanie wykazać, że cząstki kwantowe można tworzyć w stanach, które zawsze odpowiadają sobie nawzajem - więc jeśli jedna pokazuje orientację „w górę”, druga będzie „w dół” - zjawisko, które Schrödinger nazwał splątaniem . Prace te zostały wykorzystane do wsparcia rozwijającej się dziedziny obliczeń kwantowych, która obiecuje stworzyć maszyny obliczeniowe, które są znacznie szybsze niż obecne technologie.
W 2010 r. Fizykom udało się również stworzyć rzeczywistą wersję kota Schrödingera, aczkolwiek w sposób, który nie wiąże się z przestępstwem (morderstwo kotów). Uniwersytet Kalifornijski, Santa Barbara, naukowcy zbudowali rezonator, w zasadzie maleńki kamerton wielkości piksela na ekranie komputera. Umieszczają go w superpozycji, w której zarówno oscyluje, jak i nie oscyluje jednocześnie, pokazując, że stosunkowo duże obiekty mogą zajmować dziwne stany kwantowe.
Niedawne eksperymenty umieściły grupy do 2000 atomów w dwóch różnych miejscach jednocześnie, dodatkowo zacierając granicę między mikroskopem a makroskopem. W 2019 r. Naukowcom z Uniwersytetu w Glasgow udało się nawet zrobić zdjęcie splątanych fotonów za pomocą specjalnego aparatu, który robił zdjęcie za każdym razem, gdy pojawiał się foton ze swoim splątanym partnerem.
Podczas gdy fizycy i filozofowie nie uzgodnili jeszcze sposobu myślenia o świecie kwantowym, spostrzeżenia Schrödingera stworzyły wiele owocnych ścieżek badawczych i prawdopodobnie nadal będą to robić w dającej się przewidzieć przyszłości.
