Kot Schrödingera
Kot Schrödingera to eksperyment myślowy z fizyką kwantową. Erwin Schrödinger zaproponował go w 1935 roku, w reakcji na kopenhaską interpretację fizyki kwantowej.
Schrödinger napisał:
Można nawet zakładać całkiem niedorzeczne sprawy. Kot zamknięty jest w stalowej komorze wraz z następującym urządzeniem (które musi być zabezpieczone przed bezpośrednią ingerencją kota): w liczniku Geigera znajduje się maleńki kawałek substancji radioaktywnej, tak mały, że być może w ciągu godziny tylko jeden z atomów się rozpada, ale także, z równym prawdopodobieństwem, być może żaden; jeśli tak się stanie, to licznik wyładowuje się i poprzez przekaźnik uwalnia młotek rozbijający małą kolbę kwasu cyjanowodorowego. Gdyby pozostawić cały ten układ samemu sobie na godzinę, można by powiedzieć, że kot nadal żyje, gdyby w międzyczasie nie rozpadł się żaden atom. Psi-funkcja całego systemu wyrażałaby się poprzez zmieszanie w nim żywego i martwego kota (wybaczcie to wyrażenie) lub rozmazywanie go w równych częściach.
Jest to typowe dla tych przypadków, że nieokreśloność pierwotnie ograniczona do domeny atomowej przekształca się w nieokreśloność makroskopijną, którą można następnie rozwiązać za pomocą bezpośredniej obserwacji. To uniemożliwia nam tak naiwnie akceptować jako ważny "rozmyty model" do reprezentowania rzeczywistości. Samo w sobie nie ucieleśniałoby to niczego niejasnego lub sprzecznego. Istnieje różnica pomiędzy zdjęciem wstrząsającym lub nieostrym, a migawką chmur i banków mgły.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Obecna sytuacja w mechanice kwantowej), Naturwissenschaften
(tłumaczenie: John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
Mówiąc prościej, Schrödinger stwierdził, że jeśli umieścimy kota i coś, co mogłoby go zabić (radioaktywny atom) w pudełku i zapieczętujemy go, nie będziemy wiedzieć, czy kot był martwy czy żywy, dopóki nie otworzymy pudełka, tak że do momentu otwarcia pudełka, kot był (w pewnym sensie) zarówno "martwy jak i żywy". Jest to używane do przedstawienia jak działa teoria naukowa. Nikt nie wie, czy jakaś teoria naukowa jest dobra czy zła, dopóki nie będzie można jej przetestować i udowodnić.
Fizykę można podzielić na dwa rodzaje: fizykę klasyczną i mechanikę kwantową. Fizyka klasyczna wyjaśnia większość oddziaływań fizycznych, na przykład dlaczego kula odbija się, gdy spada. Może być również używana do przewidywania oddziaływań fizycznych, jak to, co się stanie, gdy upuścisz piłkę. Istnieją jednak pewne oddziaływania fizyczne, których nie wyjaśnia; na przykład, jak światło może zostać zamienione w elektryczność. Mechanika kwantowa zapewnia fizykom sposób na wyjaśnienie, dlaczego te rzeczy się zdarzają.
Interpretacja kopenhaska jest używana do wyjaśnienia, co dzieje się z najmniejszą częścią atomu (cząstką subatomową) bez oglądania się na nią (obserwowania jej lub mierzenia). Matematyka jest używana do pokazania, jak bardzo prawdopodobne jest, że coś się stanie z tą cząstką. Cząstka może być opisana jako 50% prawdopodobieństwo, że znajdzie się w jednym miejscu w jednym czasie, lub 50% prawdopodobieństwo, że znajdzie się w jednym miejscu w innym czasie. Można to również wyrazić w formie wykresu (lub postaci fali). Jest to bardzo wygodne przy wykonywaniu obliczeń z zakresu fizyki kwantowej.
Jednak jedynym sposobem, aby być w 100% pewnym, gdzie znajduje się cząstka, jest jej obserwacja. Aż do momentu, w interpretacji kopenhaskiej stwierdza się, że cząstka tam jest, a nie ma jej. Tylko wtedy, gdy ją obserwujemy, wiemy, czy tam jest, czy nie.
O ile w fizyce kwantowej ma to sens, o tyle w fizyce klasycznej (realnej) nie ma to sensu.
Schrödinger chciał pokazać, że taki sposób myślenia o mechanice kwantowej doprowadzi do absurdalnych sytuacji. Zaprojektował eksperyment myślowy.
Kot zostaje umieszczony w pomieszczeniu, które jest oddzielone od świata zewnętrznego.
W pomieszczeniu znajduje się licznik Geigera, który liczy ilość rozpadu radioaktywnego i odrobinę pierwiastka radioaktywnego.
W ciągu jednej godziny jeden z atomów materiału radioaktywnego może ulec rozkładowi (lub rozpadowi z powodu braku stabilności materiału), lub też nie.
Jeśli materiał się rozpadnie, to uwolni cząsteczkę atomową, która uderzy w licznik geigera, która uwolni trujący gaz, który zabije kota.
Teraz pytanie brzmi: czy pod koniec godziny kot jest żywy czy martwy? Schrödinger mówi, że zgodnie z interpretacją kopenhaską, dopóki drzwi są zamknięte, kot jest martwy i żywy. Nie ma sposobu, aby się dowiedzieć, dopóki drzwi nie zostaną otwarte. Ale otwierając drzwi, człowiek ingeruje w eksperyment. Osoba i eksperyment muszą być opisane w odniesieniu do siebie nawzajem.
Patrząc na eksperyment, człowiek wpłynął na niego, dlatego może nie dać nam prawidłowej odpowiedzi.
Eksperyment myślowy został wynaleziony przez Schrödingera, aby pokazać głupotę myślenia o stanach kwantowych dla dużych obiektów. Został on również wielokrotnie przywołany w popkulturze.
Kot, z licznikiem Geigera, i trochę trucizny w zapieczętowanym pudełku. Mechanika kwantowa mówi, że po pewnym czasie kot jest zarówno żywy, jak i martwy. Osoba zaglądająca do pudełka albo znajdzie kota żywego, albo martwego, jednak zakłada się, że jest on zarówno żywy, jak i martwy, zanim zaglądniesz do pudełka.
Prawdziwej wielkości figurka kota w ogrodzie Huttenstrasse 9 w Zurychu, gdzie mieszkał Erwin Schrödinger w latach 1921-1926. W zależności od warunków świetlnych kot pojawia się żywy lub martwy.
Powiązane strony
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest kot Schrödingera?
O: Kot Schrödingera to eksperyment myślowy dotyczący fizyki kwantowej, zaproponowany przez Erwina Schrödingera w 1935 roku w reakcji na kopenhaską interpretację fizyki kwantowej. Polega on na hipotetycznym scenariuszu, w którym kot zostaje umieszczony w stalowej komorze z urządzeniem, które zawiera materiał radioaktywny i może potencjalnie zabić kota. Pytanie postawione w eksperymencie brzmi: czy po otwarciu komory kot będzie żywy czy martwy.
P: Co mówi o cząstkach interpretacja kopenhaska?
O: Zgodnie z interpretacją kopenhaską nie można wiedzieć na pewno, w jakim stanie znajdzie się cząstka, dopóki nie zostanie zaobserwowana, dlatego przed obserwacją można powiedzieć, że istnieje ona w obu stanach jednocześnie.
P: W jaki sposób Schrödinger wykazał tę koncepcję?
O: Schrödinger zademonstrował tę koncepcję poprzez eksperyment myślowy polegający na umieszczeniu kota w szczelnie zamkniętym pudełku z materiałem radioaktywnym. Zasugerował, że dopóki pudełko nie zostanie otwarte, nie będzie wiadomo, czy kot jest martwy, czy żywy, więc do tego czasu będzie istniał w obu stanach jednocześnie.
P: Jakie są dwa rodzaje fizyki, o których mowa w tym tekście?
O: Dwa rodzaje fizyki, o których mowa w tym tekście, to fizyka klasyczna i mechanika kwantowa. Fizyka klasyczna wyjaśnia większość oddziaływań fizycznych i może przewidzieć oddziaływania fizyczne, natomiast mechanika kwantowa dostarcza wyjaśnień dla niektórych oddziaływań fizycznych, których fizyka klasyczna nie może wyjaśnić.
P: Jak obserwacja czegoś wpływa na eksperyment?
O: Obserwacja czegoś może wpłynąć na eksperyment, ponieważ obserwując eksperyment, ktoś może zakłócić jego wyniki poprzez swoją obecność i działania podczas obserwacji. Oznacza to, że wszelkie wyniki uzyskane w takim eksperymencie mogą niekoniecznie dokładnie odzwierciedlać rzeczywistość, ponieważ wpłynęły na nie czynniki zewnętrzne.
P: Do czego odnosi się "psi-funkcja"?
O: Psi-funkcja to równania matematyczne służące do opisania prawdopodobieństwa wystąpienia czegoś w mechanice kwantowej, bez konieczności patrzenia na to (obserwowania).
