1935-ben - két évvel a Nobel-díj elnyerése után a kvantumfizikához való hozzájárulásáért - osztrák Erwin Schrödinger fizikus javasolta a híres gondolatkísérletet, amelyet Schrödinger macskaparadoxonjának neveznek.
Mi Schrödinger macskaparadoxona?
A paradoxon az egyik legismertebb dolog a kvantummechanikában a populáris kultúrában, de nem pusztán szürreális és vicces annak leírása, hogy a kvantumvilág hogyan viselkedik, valójában a kvantum domináns értelmezésének kulcsfontosságú kritikáját éri mechanika.
Tartós, mert az egyszerre élő és elhullott macska abszurd elképzelését javasolja, de van néhány filozófiai súly, mert bizonyos értelemben ez a kvantummechanika azt sugallhatja lehetséges.
Schrödinger éppen ezért állt elő a gondolatkísérlettel. Sok más fizikához hasonlóan őt sem elégítette ki teljesen a kvantummechanika koppenhágai értelmezése, és kereste a módját annak, ahogyan a központi hiba benne a valóság leírásának egyik módja.
A kvantummechanika koppenhágai értelmezése
A kvantummechanika koppenhágai értelmezése még mindig a legszélesebb körben elfogadott kísérlet annak értelmezésére, hogy a kvantumfizika valójában mit jelent fizikai értelemben.
Lényegében azt mondja, hogy a hullámfüggvény (amely leírja a részecske állapotát) és a Schrödinger egyenlet (amelyet a hullámfüggvény meghatározásához használsz) mindent elárul, amit egy kvantumról tudhatsz állapot. Ez elsőre ésszerűen hangozhat, de ez sok olyan dolgot magában foglal a valóság természetével kapcsolatban, amely sok embernek nem felel meg.
Például egy részecske hullámfüggvénye elterjed az űrben, és ezért a koppenhágai értelmezés azt állítja, hogy egy részecskének nincs végleges helye, amíg nem végeznek mérést.
Méréskor hullámfüggvény összeomlik, és a részecske a lehetséges állapotok egyikébe esik azonnal, és ezt csak valószínűséggel lehet megjósolni.
Az értelmezés azt mondja, hogy a kvantumrészecskéknek valójában nincsenek olyan megfigyelhető értékek, mint a helyzet, a lendület vagy a spin amíg észrevételt nem tesznek. Egy sor lehetséges állapotban léteznek, az úgynevezett „szuperpozíciónak”, és lényegében lehetnek egyszerre gondolnak rájuk, bár súlyozzák annak elismerését, hogy egyes államok valószínűbbek, mint mások.
Vannak, akik szigorúbban veszik ezt az értelmezést, mint mások - például a hullámfüggvényt egyszerűen elméletként lehetne tekinteni konstrukció, amely lehetővé teszi a tudósok számára a kísérletek eredményeinek megjóslását - de az értelmezés nagyjából így tekint a kvantumra elmélet.
Schrödinger macskája
A gondolatkísérlet során Schrödinger azt javasolta, hogy egy macskát helyezzenek egy dobozba, ezért elrejtették a megfigyelők elől (elképzelhető, hogy ez is hangszigetelő doboz), valamint egy méreg injekciós üveget. A méreg ampulla el van kötve, hogy megtörje és megöli a macskát, ha egy bizonyos kvantum esemény bekövetkezik, amelyet Schrödinger egy radioaktív atom bomlásának tekintett, amely egy Geiger számlálóval detektálható.
Mint a kvantumfolyamat, a radioaktív bomlás időzítését egyetlen konkrét esetben sem lehet megjósolni, csak sok mérés átlagaként. Tehát anélkül, hogy a bomlást és a méregtörés fioláját ténylegesen észlelnénk, szó szerint nem lehet tudni, hogy ez történt-e a kísérlet során.
Ugyanúgy, ahogy a részecskéket a kvantumelméletben a mérés előtt nem egy adott helyen tartják, hanem a a lehetséges állapotok kvantum szuperpozíciója, a radioaktív atom a „bomlott” és „nem leromlott.
Mindegyik valószínűségét olyan szintre lehet megjósolni, amely sok mérés során pontos lesz, de nem egy adott esetre. Tehát, ha a radioaktív atom szuperpozícióban van, és a macska élete teljes mértékben ettől az állapottól függ, ez azt jelenti, hogy a macska állapota is állapotok szuperpozíciójában van? Más szavakkal, a macska kvantum szuperpozícióban van-e élve és holtan?
Az állapotok egymásra helyezése csak kvantum szinten történik, vagy a gondolatkísérlet azt mutatja, hogy ennek logikailag a makroszkopikus objektumokra is vonatkoznia kell? Ha nem vonatkozhat makroszkopikus tárgyakra, miért ne? És legfőképpen: Ez nem egy kicsit nevetséges?
Miért fontos?
A gondolatkísérlet a kvantummechanika filozófiai szívébe jut. Az egyik könnyen érthető forgatókönyvben a koppenhágai értelmezéssel kapcsolatos lehetséges kérdéseket csupaszon lefektetik, és a magyarázat híveinek marad néhány magyarázat. Az egyik oka annak, hogy a népi kultúrában kibírta, kétségtelenül az, hogy élénken megmutatja a különbséget a kvantummechanika miként írja le a kvantumrészecskék állapotát, és a makroszkopikus leírása között tárgyakat.
Ugyanakkor foglalkozik azzal is, hogy mit ért a kvantummechanikában a „mérés” alatt. Ez egy fontos fogalom, mert a hullámfüggvény összeomlásának folyamata alapvetően attól függ, hogy megfigyeltek-e valamit.
Kell-e az embereknek fizikailag megfigyelni egy kvantumesemény eredménye (például a Geiger-számláló leolvasása), vagy egyszerűen csak kölcsönhatásba kell lépnie valamilyen makroszkopikus dologgal? Más szavakkal, a macska „mérőeszköz” ebben a forgatókönyvben - így oldódik meg a paradoxon?
Ezekre a kérdésekre valójában nincs széles körben elfogadott válasz. A paradoxon tökéletesen megragadja, hogy mi a kvantummechanika, amit nehéz megtapasztalni az emberek számára, akik hozzászoktak ahhoz, hogy megtapasztalják makroszkopikus világ, sőt, akinek az agya végül úgy fejlődött, hogy megértse a világot, amelyben élsz, és nem a szubatomi világért. részecskék.
Az EPR-paradoxon
Az EPR-paradoxon egy másik gondolatkísérlet, amelynek célja a kvantummechanika problémáinak bemutatása, és Albert Einsteinről, Borisz Podolszkijról és Nathan Rosenről kapta a nevét, akik kidolgozták a paradoxont. Ez kapcsolódik a kvantumos összefonódás, amelyet Einstein híresen „kísérteties cselekedetnek nevezett távolról”.
A kvantummechanikában két részecske „összefonódhat”, így a párok bármelyike nem írható le a egyéb - kvantumállapotaikat egy közös hullámfüggvény írja le, amely nem osztható szét egy részecskére és egy részre egy másik.
Például egy meghatározott kusza állapotban lévő két részecskének meg lehet mérni a „spinjét”, és ha megmérik az egyiket mint „felfelé” forogni, a másiknak „lefelé” kell forognia, és fordítva, bár ez nincs előre meghatározva.
Ezt egyébként kissé nehéz elfogadni, de mi lenne, ha az EPR paradoxona szerint a két részecskét hatalmas távolság választaná el egymástól. Az első mérést elvégzik, és kiderül, hogy „forognak lefelé”, de utána nagyon röviddel (olyan gyorsan, hogy még egy fény is) jel nem tudott volna időben eljutni egyik helyről a másikra) a másodikon mérést végeznek részecske.
Honnan „tudja” a második részecske az első mérés eredményét, ha lehetetlen, hogy egy jel a kettő között haladt volna?
Einstein úgy vélte, ez bizonyítja, hogy a kvantummechanika „hiányos”, és hogy „rejtett változók” játszanak, amelyek megmagyarázzák az ilyen látszólag logikátlan eredményeket. John Bell azonban 1964-ben megtalálta a módját az Einstein által javasolt és elrejtett változók jelenlétének tesztelésére talált egy egyenlőtlenséget, amely megtörve bebizonyítja, hogy az eredmény nem elérhető rejtett változóval elmélet.
Az ennek alapján végzett kísérletek azt mutatták, hogy Bell egyenlőtlensége megtört, és így a paradoxon csak egy másik aspektusa a kvantummechanikának, amely úgy tűnik furcsa, de egyszerűen a kvantummechanika működése.