1935. - dvije godine nakon što je dobio Nobelovu nagradu za doprinos kvantnoj fizici - austrijska Fizičar Erwin Schrödinger predložio je poznati misaoni eksperiment poznat kao Schrödingerov paradoks mačaka.
Što je Schrödingerov paradoks mačaka?
Paradoks je jedna od najpoznatijih stvari o kvantnoj mehanici u popularnoj kulturi, ali nije tek nadrealna i smiješna način da se opiše kako se ponaša kvantni svijet, zapravo pogađa ključnu kritiku dominantne interpretacije kvanta mehanika.
Izdržava jer predlaže apsurdnu ideju istodobno žive i mrtve mačke, ali ima neke filozofska težina, jer je to u određenom smislu doista nešto što bi kvantna mehanika mogla sugerirati moguće.
Schrödinger je smislio misaoni eksperiment upravo iz tog razloga. Kao i mnogi drugi fizičari, nije bio u potpunosti zadovoljan kopenhagenskom interpretacijom kvantne mehanike i tražio je način da prenese ono što je vidio kao središnja mana u njemu kao način opisivanja stvarnosti.
Tumačenje kvantne mehanike u Kopenhagenu
Kopenhagenska interpretacija kvantne mehanike i dalje je najprihvaćeniji pokušaj da se shvati što kvantna fizika zapravo znači u fizičkom smislu.
U osnovi kaže da valna funkcija (koja opisuje stanje čestice) i Schrödinger jednadžba (pomoću koje određujete valnu funkciju) govori vam sve što možete znati o kvantu država. U početku bi ovo moglo zvučati razumno, ali to podrazumijeva puno stvari o prirodi stvarnosti koje mnogim ljudima ne stoje dobro.
Na primjer, valna funkcija čestice širi se prostorom, pa tako interpretacija u Kopenhagenu navodi da čestica nema definitivno mjesto dok se ne izvrši mjerenje.
Kada izvršite mjerenje, uzrokujete kolaps valne funkcije i čestica trenutno pada u jedno od nekoliko mogućih stanja, a to se može predvidjeti samo u smislu vjerojatnosti.
Tumačenje kaže da kvantne čestice zapravo nemaju vrijednosti uočljivih kao što su položaj, impuls ili spin dok se ne izvrši promatranje. Postoje u nizu potencijalnih stanja, u onome što se naziva „superpozicijom“ i u biti mogu biti o njima se razmišljalo odjednom, premda im je ponderirano priznati da su neke države vjerojatnije od drugi.
Neki ovu interpretaciju shvaćaju strože od drugih - na primjer, valnu funkciju jednostavno se može promatrati kao teoretsku konstrukcija koja znanstvenicima omogućuje predviđanje rezultata pokusa - ali ovo je široko tumačenje kvantuma teorija.
Schrödingerova mačka
U misaonom eksperimentu Schrödinger je predložio da se mačka stavi u boks, tako da je ona bila skrivena od promatrača (možete zamisliti da je i ovo zvučno izolirana kutija), zajedno s bočicom s otrovom. Bočica s otrovom namještena je da slomi i ubije mačku ako se dogodi određeni kvantni događaj, što je Schrödinger smatrao raspadom radioaktivnog atoma koji se može otkriti Geiger-ovim brojačem.
Kao kvantni proces, vrijeme radioaktivnog raspada ne može se predvidjeti ni u jednom konkretnom slučaju, samo kao prosjek tijekom mnogih mjerenja. Dakle, bez ikakvog načina da se zapravo otkriju raspadanje i bočica s otrovom, doslovno ne postoji način da se zna je li se to dogodilo u eksperimentu.
Na isti način kao što se ne smatra da se čestice nalaze na određenom mjestu prije mjerenja u kvantnoj teoriji, ali kvantna superpozicija mogućih stanja, može se smatrati da je radioaktivni atom u superpoziciji „raspadnutog“ i „ne propala. "
Vjerojatnost svake od njih mogla bi se predvidjeti do razine koja bi bila točna tijekom mnogih mjerenja, ali ne i za određeni slučaj. Dakle, ako je radioaktivni atom u superpoziciji, a život mačke u potpunosti ovisi o ovom stanju, znači li to da je i mačje stanje u superpoziciji stanja? Drugim riječima, je li mačka u kvantnoj superpoziciji živih i mrtvih?
Događa li se superpozicija stanja samo na kvantnoj razini ili misaoni eksperiment pokazuje da bi se logično trebao primijeniti i na makroskopske objekte? Ako se ne može primijeniti na makroskopske predmete, zašto ne? I najviše od svega: Nije li sve ovo pomalo smiješno?
Zašto je to važno?
Misaoni eksperiment seže u filozofsko srce kvantne mehanike. U jednom lako razumljivom scenariju izloženi su potencijalni problemi s interpretacijom iz Kopenhagena, a zagovornicima objašnjenja preostaje neko objašnjenje. Jedan od razloga zašto je to podnijeto u popularnoj kulturi nesumnjivo je što zorno pokazuje razliku između načina na koji kvantna mehanika opisuje stanje kvantnih čestica i načina na koji opisujete makroskopske predmeta.
Međutim, također se bavi pojmom onoga što podrazumijevate pod „mjerenjem“ u kvantnoj mehanici. Ovo je važan koncept, jer proces kolapsa valne funkcije u osnovi ovisi o tome je li nešto primijećeno.
Trebaju li ljudi fizički promatrati ishod kvantnog događaja (na primjer, čitanje Geigerovog brojača) ili jednostavno treba komunicirati s nečim makroskopskim? Drugim riječima, je li mačka "mjerni uređaj" u ovom scenariju - je li tako riješen paradoks?
Na ova pitanja zapravo nema široko prihvaćenog odgovora. Paradoks savršeno bilježi ono što je u vezi s kvantnom mehanikom teško za želudac ljudima koji su navikli iskusiti makroskopski svijet i zaista čiji su se mozgovi na kraju razvili da razumiju svijet u kojem živite, a ne svijet subatomskog čestice.
EPR paradoks
EPR paradoks je još jedan misaoni eksperiment namijenjen prikazivanju problema s kvantnom mehanikom, a ime je dobio po Albertu Einsteinu, Borisu Podolskom i Nathanu Rosenu, koji su osmislili paradoks. Ovo se odnosi na kvantna zapletenost, koju je Einstein slavno nazivao "sablasnom akcijom na daljinu".
U kvantnoj mehanici, dvije se čestice mogu "zaplesti", tako da bilo koja od para ne može biti opisana bez pozivanja na drugo - njihova su kvantna stanja opisana zajedničkom valnom funkcijom koja se ne može odvojiti u jedno za jednu česticu i jedno za još.
Na primjer, dvjema česticama u određenom zapetljanom stanju može se izmjeriti "spin" i ako se izmjeri jedna kao da se okreće "gore", drugi se mora okretati "dolje" i obrnuto, iako to nije prethodno određeno.
To je ionako malo teško prihvatiti, ali što ako su, predlaže se EPR paradoks, dvije čestice odvojene na velikoj udaljenosti. Prvo mjerenje se vrši i otkriva "okretanje prema dolje", ali zatim vrlo brzo nakon toga (toliko brzo da čak i svjetlost signal nije mogao putovati s jednog mjesta na drugo u vremenu) mjeri se na drugom čestica.
Kako druga čestica "zna" rezultat prvog mjerenja ako je nemoguće da je signal putovao između njih?
Einstein je vjerovao da je to dokaz da je kvantna mehanika "nepotpuna" i da su u igri "skrivene varijable" koje će objasniti naizgled nelogične rezultate poput ovih. Međutim, 1964. godine John Bell pronašao je način za ispitivanje prisutnosti skrivenih varijabli koje je Einstein predložio i pronašao nejednakost koja bi, ako se slomi, dokazala da rezultat nije moguće dobiti sa skrivenom varijablom teorija.
Eksperimenti izvedeni na temelju toga otkrili su da je Bellova nejednakost slomljena, pa je paradoks samo još jedan aspekt kvantne mehanike koji čini se čudno, ali jednostavno je način na koji kvantna mehanika djeluje.