Ervins Šrodingers bija viens no galvenajiem skaitļiem kvantu fizika, pat pirms viņa slavenā "Šrodingera kaķis"domas eksperiments. Viņš bija izveidojis kvantu viļņu funkciju, kas tagad bija Visuma kustības vienādojuma vienādojums, bet problēma ir tā, ka tā visu kustību izteica kā varbūtību virkne - kaut kas tieši pārkāpj to, kā vairumam mūsdienu zinātnieku (un, iespējams, pat šodien) patīk ticēt, kā fiziskā realitāte darbojas.
Pats Šrodingers bija viens no šādiem zinātniekiem, un viņš nāca klajā ar Šrodingera kaķa koncepciju, lai ilustrētu kvantu fizikas problēmas. Tad apskatīsim jautājumus un redzēsim, kā Šrodingers centās tos parādīt, izmantojot analoģiju.
Kvantu nenoteiktība
Kvantu viļņa funkcija attēlo visus fiziskos lielumus kā kvantu stāvokļu virkni kopā ar varbūtību, ka sistēma atrodas noteiktā stāvoklī. Apsveriet vienu radioaktīvu atomu, kura pussabrukšanas periods ir viena stunda.
Saskaņā ar kvantu fizikas viļņu funkciju pēc stundas radioaktīvais atoms būs tādā stāvoklī, ka tas ir gan sabrukis, gan nesamazinājies. Pēc atoma mērīšanas viļņu funkcija sabruks vienā stāvoklī, bet līdz tam tā paliks kā divu kvantu stāvokļu superpozīcija.
Šis ir kvantu fizikas Kopenhāgenas interpretācijas galvenais aspekts - tas nav tikai tas, ko zinātnieks nezina kurā stāvoklī tas atrodas, bet drīzāk fiziskā realitāte netiek noteikta, kamēr nenotiek mērīšanas akts vieta. Kaut kādā nezināmā veidā pats novērošanas akts ir tas, kas situāciju nostiprina vienā vai otrā stāvoklī. Kamēr šis novērojums nenotiek, fiziskā realitāte tiek sadalīta starp visām iespējām.
Uz kaķi
Šrodingers to pagarināja, ierosinot hipotētisku kaķi ievietot hipotētiskā kastē. Kastītē ar kaķi mēs ieliktu indes gāzes flakonu, kas kaķi uzreiz nogalinātu. Flakons ir piesaistīts aparātam, kas ir savienots ar Geigera skaitītāju - ierīci, ko izmanto radiācijas noteikšanai. Iepriekš minēto radioaktīvo atomu novieto netālu no Geigera letes un atstāj tur tieši vienu stundu.
Ja atoms samazinās, Geigera skaitītājs uztvers starojumu, salauza flakonu un nogalina kaķi. Ja atoms nesadalās, flakons būs neskarts, un kaķis būs dzīvs.
Pēc vienas stundas atoms ir tādā stāvoklī, ka tas ir gan sabrukis, gan nesamazinājies. Tomēr, ņemot vērā to, kā mēs esam izveidojuši situāciju, tas nozīmē, ka flakons ir sadalīts un nav salauzts, un galu galā saskaņā ar Kopenhāgenas interpretāciju par kvantu fiziku kaķis ir gan miris, gan dzīvs.
Šrodingera kaķa interpretācijas
Stīvens Hokings tiek plaši citēts, sakot: "Kad es dzirdu par Šrodingera kaķi, es tiecos pēc sava ieroča." Tas apzīmē daudzu fiziķu domas, jo minētajam eksperimentam ir vairāki aspekti jautājumiem. Lielākā analoģijas problēma ir tā, ka kvantu fizika parasti darbojas tikai atomu un subatomisko daļiņu mikroskopiskā mērogā, nevis kaķu un indes flakonu makroskopiskajā mērogā.
Kopenhāgenas interpretācijā teikts, ka kaut ko izmērot notiek tā, ka kvantu viļņa funkcija sabrūk. Šajā analoģijā mērīšanas darbību patiešām veic ar Geigera skaitītāju. Notikumu ķēdē ir virkne mijiedarbību - kaķi vai atsevišķas sistēmas daļas nav iespējams izolēt tā, lai tam būtu patiesi kvantu mehānisks raksturs.
Līdz brīdim, kad kaķis pats ieiet vienādojumā, mērījums jau ir veikts... Tūkstoš reizes ir veikti mērījumi - ar Geigera skaitītāja atomiem, flakona sadalīšanas aparātu, flakonu, saindēšanās gāzi un pašu kaķi. Pat kastes atomi veic "mērījumus", ja ņem vērā, ka, ja kaķis apkrīt miris, tas nonāks saskarē ar dažādiem atomiem, nekā tad, ja tas nemierīgi iet gar lodziņu.
Nav svarīgi, vai zinātnieks atver lodziņu, kaķis ir dzīvs vai miris, nevis abu stāvokļu superpozīcija.
Tomēr dažos šauros Kopenhāgenas interpretācijas skatījumos tas faktiski ir apzinātas vienības novērojums. Šī šaurā interpretācijas forma parasti ir mazākumtautību uzskats starp fiziķiem, kaut arī pastāv joprojām ir daži intriģējoši argumenti, ar kuriem var būt saistīta kvantu viļņu funkciju sabrukšana apziņa. (Sīkākai diskusijai par apziņas lomu kvantu fizikā es iesaku Kvantu mīkla: fizika sastopas ar apziņu autori Brūss Rozenblūms un Freds Kuttners.)
Vēl viena interpretācija ir Daudzu pasaules interpretācija (MWI) kvantfizikas faktors, kas liek domāt, ka situācija faktiski sadala daudzās pasaulēs. Dažās no šīm pasaulēm kaķis būs miris, atverot kasti, citās - kaķis būs dzīvs. Kaut arī aizrauj sabiedrību un, protams, zinātniskās fantastikas autorus, Daudzās pasaules Interpretācija ir arī mazākumtautību uzskats starp fiziķiem, lai gan nav īpašu pierādījumu par vai pret to.
Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.