Kucing Schrodinger (Sederhana): Apa Itu & Mengapa Penting?

Pada tahun 1935 – dua tahun setelah memenangkan Hadiah Nobel untuk kontribusinya pada fisika kuantum – Austria Fisikawan Erwin Schrödinger mengusulkan eksperimen pemikiran terkenal yang dikenal sebagai paradoks kucing Schrödinger.

Paradoks ini adalah salah satu hal yang paling terkenal tentang mekanika kuantum dalam budaya populer, tetapi ini bukan hanya sesuatu yang surealis dan lucu. cara untuk menggambarkan bagaimana dunia kuantum berperilaku, itu benar-benar menyerang kritik kunci dari interpretasi dominan kuantum mekanika.

Itu bertahan karena mengusulkan ide absurd tentang kucing yang hidup dan mati secara bersamaan, tetapi memiliki beberapa bobot filosofis karena, dalam arti tertentu, ini benar-benar sesuatu yang mungkin disarankan oleh mekanika kuantum adalah bisa jadi.

Schrödinger datang dengan eksperimen pemikiran untuk alasan ini. Seperti banyak fisikawan lainnya, dia tidak sepenuhnya puas dengan interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum, dan dia mencari cara untuk menyampaikan apa yang dia lihat sebagai

Interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum masih merupakan upaya yang paling banyak diterima untuk memahami apa sebenarnya arti fisika kuantum dalam pengertian fisik.

Ini pada dasarnya mengatakan bahwa fungsi gelombang (yang menggambarkan keadaan partikel) dan Schrödinger persamaan (yang Anda gunakan untuk menentukan fungsi gelombang) memberi tahu Anda semua yang dapat Anda ketahui tentang kuantum negara. Ini mungkin terdengar masuk akal pada awalnya, tetapi ini menyiratkan banyak hal tentang sifat realitas yang tidak cocok dengan banyak orang.

Misalnya, fungsi gelombang partikel menyebar melintasi ruang, sehingga interpretasi Kopenhagen menyatakan bahwa partikel tidak memiliki lokasi definitif sampai pengukuran dilakukan.

Saat Anda melakukan pengukuran, Anda menyebabkan fungsi gelombang runtuh, dan partikel jatuh ke salah satu dari beberapa kemungkinan keadaan secara instan, dan ini hanya dapat diprediksi dalam bentuk probabilitas.

Interpretasi mengatakan bahwa partikel kuantum sebenarnya tidak memiliki nilai yang dapat diamati seperti posisi, momentum, atau putaran sampai pengamatan dilakukan. Mereka ada dalam berbagai keadaan potensial, dalam apa yang disebut "superposisi" dan pada dasarnya dapat menjadi dianggap sebagai semuanya sekaligus, meskipun ditimbang untuk mengakui bahwa beberapa negara bagian lebih mungkin daripada orang lain.

Beberapa mengambil interpretasi ini lebih ketat daripada yang lain - misalnya, fungsi gelombang hanya dapat dilihat sebagai teori konstruksi yang memungkinkan para ilmuwan untuk memprediksi hasil eksperimen – tetapi ini secara umum bagaimana interpretasi memandang kuantum teori.

Dalam eksperimen pemikiran, Schrödinger mengusulkan untuk menempatkan kucing di dalam sebuah kotak, sehingga disembunyikan dari pengamat (Anda dapat membayangkan ini juga sebagai kotak kedap suara) bersama dengan sebotol racun. Botol racun dicurangi untuk menghancurkan dan membunuh kucing jika peristiwa kuantum tertentu terjadi, yang menurut Schrödinger sebagai peluruhan atom radioaktif yang dapat dideteksi dengan penghitung Geiger.

Sebagai proses kuantum, waktu peluruhan radioaktif tidak dapat diprediksi dalam kasus tertentu, hanya sebagai rata-rata pada banyak pengukuran. Jadi tanpa cara untuk benar-benar mendeteksi pembusukan dan botol racun yang pecah, secara harfiah tidak ada cara untuk mengetahui apakah itu terjadi dalam percobaan.

Dengan cara yang sama seperti partikel tidak dianggap berada di lokasi tertentu sebelum pengukuran dalam teori kuantum, tetapi a superposisi kuantum dari keadaan yang mungkin, atom radioaktif dapat dianggap berada dalam superposisi "meluruh" dan "tidak busuk."

Probabilitas masing-masing dapat diprediksi ke tingkat yang akurat pada banyak pengukuran tetapi tidak untuk kasus tertentu. Jadi jika atom radioaktif berada dalam superposisi, dan kehidupan kucing sepenuhnya bergantung pada keadaan ini, apakah ini berarti keadaan kucing juga berada dalam keadaan superposisi? Dengan kata lain, apakah kucing dalam superposisi kuantum hidup dan mati?

Apakah superposisi keadaan hanya terjadi pada tingkat kuantum, atau apakah eksperimen pikiran menunjukkan bahwa hal itu juga berlaku secara logis pada objek makroskopik? Jika tidak bisa diterapkan pada objek makroskopis, kenapa tidak? Dan yang terpenting: Bukankah ini agak konyol?

Eksperimen pemikiran sampai ke jantung filosofis mekanika kuantum. Dalam satu skenario yang mudah dipahami, masalah potensial dengan interpretasi Kopenhagen disingkapkan dan pendukung penjelasan dibiarkan dengan beberapa penjelasan yang harus dilakukan. Salah satu alasan mengapa hal itu bertahan dalam budaya populer tidak diragukan lagi karena hal itu dengan jelas menunjukkan perbedaannya antara bagaimana mekanika kuantum menggambarkan keadaan partikel kuantum, dan cara Anda menggambarkan makroskopik objek.

Namun, ini juga membahas gagasan tentang apa yang Anda maksud dengan "pengukuran" dalam mekanika kuantum. Ini adalah konsep yang penting, karena proses keruntuhan fungsi gelombang pada dasarnya bergantung pada apakah sesuatu telah diamati.

Apakah orang perlu? mengamati secara fisik hasil dari peristiwa kuantum (misalnya, membaca penghitung Geiger), atau apakah itu hanya perlu berinteraksi dengan sesuatu yang makroskopik? Dengan kata lain, apakah kucing adalah “alat pengukur” dalam skenario ini – apakah paradoks ini diselesaikan?

Sebenarnya tidak ada jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan ini yang diterima secara luas. Paradoks ini dengan sempurna menangkap apa itu mekanika kuantum yang sulit diterima oleh manusia yang terbiasa mengalami dunia makroskopik, dan memang, yang otaknya akhirnya berevolusi untuk memahami dunia tempat Anda tinggal dan bukan dunia subatomik partikel.

Paradoks EPR adalah eksperimen pemikiran lain yang dimaksudkan untuk menunjukkan masalah dengan mekanika kuantum, dan dinamai menurut Albert Einstein, Boris Podolsky, dan Nathan Rosen, yang merancang paradoks tersebut. Ini berhubungan dengan keterikatan kuantum, yang oleh Einstein dengan terkenal disebut sebagai "aksi seram di kejauhan."

Dalam mekanika kuantum, dua partikel dapat "terjerat", sehingga salah satu dari pasangan tidak dapat dijelaskan tanpa mengacu pada lainnya – keadaan kuantumnya dijelaskan oleh fungsi gelombang bersama yang tidak dapat dipisahkan menjadi satu untuk satu partikel dan satu untuk lain.

Misalnya, dua partikel dalam keadaan terjerat tertentu dapat diukur "putarannya", dan jika salah satunya diukur seperti memiliki putaran "naik", yang lain harus berputar "turun", dan sebaliknya, meskipun ini tidak ditentukan sebelumnya.

Ini agak sulit diterima, tetapi bagaimana jika, paradoks EPR mengusulkan, kedua partikel dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh. Pengukuran pertama dilakukan dan mengungkapkan "berputar ke bawah," tetapi kemudian segera setelah itu (begitu cepat bahkan cahaya sinyal tidak dapat melakukan perjalanan dari satu lokasi ke lokasi lain dalam waktu) pengukuran dilakukan pada detik partikel.

Bagaimana partikel kedua “mengetahui” hasil pengukuran pertama jika tidak mungkin sebuah sinyal bergerak di antara keduanya?

Einstein percaya ini adalah bukti bahwa mekanika kuantum "tidak lengkap", dan bahwa ada "variabel tersembunyi" yang berperan yang akan menjelaskan hasil yang tampaknya tidak logis seperti ini. Namun, pada tahun 1964, John Bell menemukan cara untuk menguji keberadaan variabel tersembunyi yang diusulkan Einstein dan menemukan ketidaksetaraan yang, jika dipecah, akan membuktikan bahwa hasilnya tidak dapat diperoleh dengan variabel tersembunyi teori.

Eksperimen yang dilakukan atas dasar ini telah menemukan bahwa ketidaksetaraan Bell rusak, dan paradoks hanyalah aspek lain dari mekanika kuantum yang tampaknya aneh tapi hanya cara mekanika kuantum bekerja.