Erwin Schrodinger byl jednou z klíčových postav v roce 2006 kvantová fyzika, ještě před jeho slavným "Schrodingerova kočka"myšlenkový experiment." Vytvořil funkci kvantové vlny, která byla nyní určující rovnicí pohybu ve vesmíru, ale problém je v tom, že vyjadřoval veškerý pohyb ve formě řada pravděpodobností - něco, co jde přímo do rozporu s tím, jak většina vědců dne (a možná i dnes) věří v to, jak fyzická realita funguje.
Sám Schrodinger byl jedním z takových vědců a přišel s konceptem Schrodingerovy kočky pro ilustraci problémů s kvantovou fyzikou. Podívejme se tedy na problémy a uvidíme, jak se Schrodinger snažil je ilustrovat analogicky.
Kvantové neurčitosti
Funkce kvantové vlny zobrazuje všechny fyzické veličiny jako řadu kvantových stavů spolu s pravděpodobností, že systém bude v daném stavu. Zvažte jeden radioaktivní atom s poločasem jedné hodiny.
Podle funkce vlnové kvantové fyziky bude radioaktivní atom po jedné hodině ve stavu, ve kterém se rozkládá i nerozkládá. Jakmile je provedeno měření atomu, vlnová funkce se zhroutí do jednoho stavu, ale do té doby zůstane jako superpozice dvou kvantových stavů.
Toto je klíčový aspekt kodaňské interpretace kvantové fyziky - není to jen to, že vědec neví ve kterém stavu je, ale je to spíše v tom, že fyzická realita není stanovena, dokud akt měření nebere místo. Nějakým neznámým způsobem je samotným aktem pozorování to, co upevňuje situaci do jednoho nebo druhého státu. Dokud toto pozorování nenastane, je fyzická realita rozdělena mezi všechny možnosti.
Na Kočku
Schrodinger to rozšířil tím, že navrhl, aby byla hypotetická kočka umístěna do hypotetické krabice. Do krabice s kočkou jsme vložili lahvičku jedovatého plynu, která by kočku okamžitě zabila. Lahvička je připojena k zařízení, které je zapojeno do Geigerova čítače, což je zařízení používané k detekci záření. Výše uvedený radioaktivní atom je umístěn poblíž Geigerova čítače a ponechán tam přesně jednu hodinu.
Pokud se atom rozpadne, Geigerův počítač detekuje záření, rozbije lahvičku a zabije kočku. Pokud atom neklesne, pak bude lahvička neporušená a kočka bude naživu.
Po hodinové periodě je atom ve stavu, kdy se rozkládá i nerozkládá. Avšak vzhledem k tomu, jak jsme situaci vytvořili, to znamená, že lahvička je jak rozbitá, tak nefunkční a nakonec podle kodaňské interpretace kvantové fyziky. kočka je mrtvá a živá.
Interpretace Schrodingerovy kočky
Stephen Hawking je skvěle citován jako „Když slyším o Schrodingerově kočce, natáhnu se po své zbrani.“ To představuje myšlenky mnoha fyziků, protože existuje několik aspektů myšlenkového experimentu, které vycházejí problémy. Největším problémem s analogií je to, že kvantová fyzika obvykle pracuje pouze v mikroskopickém měřítku atomů a subatomických částic, nikoli v makroskopickém měřítku koček a jedových lahviček.
Kodaňská interpretace uvádí, že akt měření něčeho způsobuje, že se funkce kvantové vlny zhroutila. V této analogii se měření uskutečňuje Geigerovým počítadlem. V řetězci událostí existuje spousta interakcí - není možné izolovat kočku nebo oddělené části systému tak, aby byla skutečně kvantově mechanická.
Než kočka vstoupí do rovnice, měření již bylo provedeno... tisícekrát byly provedeny měření - atomy Geigerova počítadla, přístroj na rozbití lahviček, lahvička, jedovatý plyn a samotná kočka. Dokonce i atomy boxu dělají „měření“, když si uvědomíte, že pokud kočka spadne mrtvá, přijde do kontaktu s různými atomy, než když úzkostně přechází kolem boxu.
Zda vědec otevře krabici, je irelevantní, kočka je buď naživu nebo mrtvá, není superpozicí těchto dvou států.
Podle některých přísných názorů na kodaňskou interpretaci je to vlastně vyžadováno pozorování vědomou entitou. Tato přísná forma interpretace je dnes z pohledu fyziků menšinou, i když tam existuje zůstává určitým zajímavým argumentem, ke kterému může dojít ke kolapsu kvantových vlnových funkcí vědomí. (Pro důkladnější diskusi o úloze vědomí v kvantové fyzice navrhuji Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness Bruce Rosenblum a Fred Kuttner.)
Ještě další interpretace je Interpretace mnoha světů (MWI) kvantové fyziky, která navrhuje, aby se situace ve skutečnosti rozvětvila do mnoha světů. V některých z těchto světů bude kočka po otevření krabice mrtvá, v jiných bude kočka naživu. Zatímco fascinující pro veřejnost a jistě pro autory science fiction, Mnoho světů Interpretace je také menšinový pohled mezi fyziky, ačkoli neexistuje žádný konkrétní důkaz pro nebo proti tomu.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.