Είναι νεκρή ή ζωντανή η γάτα του Σρέντινγκερ;
Η γάτα του Σρέντινγκερ είναι νεκρή και ζωντανή μέχρι να την παρατηρήσουν, οπότε είναι μόνο το ένα ή το άλλο.
Η πιο διάσημη γάτα στην ιστορία της φυσικής είναι αναμφισβήτητα η γάτα του Schrödinger. Είμαι σίγουρος ότι το έχετε ακούσει! Ωστόσο, ίσως να μην είστε σίγουροι γιατί αυτή η διάσημη γάτα είναι τόσο σημαντική. Θέλετε να μάθετε γιατί είναι τόσο μεγάλη υπόθεση για τον Sheldon Cooper; Λοιπόν, οι απαντήσεις στις ερωτήσεις σας είναι εδώ!
Πρώτα απ 'όλα, η γάτα δεν συμμετείχε σε ένα παραδοσιακό πείραμα, αυτό καθεαυτό, αλλά μάλλον σε ένα πείραμα σκέψης. Σκοπός του ήταν να καταδείξει το παράδοξο μεταξύ του Νευτώνειου σύμπαντος και της κβαντικής μηχανικής, αλλά χωρίς την πραγματική ζομβοποίηση οποιωνδήποτε γατιών της πραγματικής ζωής. Οπότε όχι, ο Σρέντινγκερ δεν ήταν κάποιος τρελός επιστήμονας που βασάνιζε γάτες… ήταν στην πραγματικότητα ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής φυσικής.
ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΚΑΝΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ
Τι είναι αυτή η επιχείρηση «κβαντικής μηχανικής», ρωτάτε; Με απλά λόγια, είναι ένα πεδίο της φυσικής που επιχειρεί να κατανοήσει το σύμπαν μέσω της μελέτης των υποατομικών σωματιδίων. Ακούγεται απλό; Συγγνώμη που σας απογοήτευσα, αλλά όχι, δεν είναι. Η κβαντομηχανική είναι ο υπόκοσμος της φυσικής όπου όλα πάνε στραβά, οι «καθολικοί» νόμοι δεν ισχύουν και τίποτα δεν έχει νόημα.
Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες ισχυρίστηκαν με αυτοπεποίθηση ότι όλα όσα μπορούσαν να γίνουν γνωστά για τον φυσικό κόσμο είχαν ανακαλυφθεί και ότι δεν είχε απομείνει τίποτα για να γίνει κατανοητό. Μερικές δεκαετίες αργότερα, εμφανίστηκε ο Αϊνστάιν, καθώς και κβαντικοί φυσικοί όπως ο Niels Bohr, ο Werner Heisenberg και ο Erwin Schrödinger, και έσκασαν μια μεγάλη τρύπα στην κατανόησή μας για τον φυσικό κόσμο. Η δεκαετία του 1920 ήταν μια περίοδος σύγχυσης για τους επιστήμονες. Όλη η νέα ατομική και υποατομική επιστήμη άφησε μια άσχημη γεύση στο στόμα τους και δεν μπορείτε πραγματικά να τους κατηγορήσετε. Η κβαντομηχανική ΕΙΝΑΙ απίστευτα μυστηριώδης!
SUPERPOSITION
Μια ιδιαίτερα εντυπωσιακή αρχή του κβαντικού πεδίου είναι αυτή της υπέρθεσης. Αυτή η ιδέα υποδηλώνει ότι ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα, εντελώς αδιάκριτες, μέχρι να παρατηρηθεί. Η ιδέα είναι τόσο γελοία που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν μπορούν να τυλίξουν το κεφάλι τους γύρω από την αρχή. Αυτή η παράξενη ιδέα οδηγεί στον δεύτερο κανόνα της κβαντικής μηχανικής – όταν μετράμε ή παρατηρούμε μια συγκεκριμένη ιδιότητα, το κβαντικό αντικείμενο πρέπει να επιλέξει μια κατάσταση από τις πολλές πιθανές καταστάσεις για να την παρατηρήσουμε.
Ταραγμένος? Φανταστείτε ότι έχετε δύο πόρτες μπροστά σας. Πρέπει να διαλέξεις μεταξύ των δύο. Ανά πάσα στιγμή, μπορείτε να είστε μόνο σε οποιαδήποτε από τις πόρτες. Αυτό είσαι εσύ που ενεργείς σαν σωματίδιο. Τώρα, φανταστείτε το νερό να πλημμυρίζει αυτές τις δύο πόρτες. Το νερό θα εισχωρήσει και στις δύο πόρτες ταυτόχρονα. Ένα υποατομικό σωματίδιο είναι σαν το κύμα του νερού που εισχωρεί και στις δύο πόρτες. ΟΜΩΣ, τη στιγμή που παρατηρείς το υποατομικό σωματίδιο, θα έπαυε να συμπεριφέρεται σαν κύμα και θα συμπεριφερόταν ξανά σαν εσένα, ένα σωματίδιο, που μπαίνει μόνο σε μια πόρτα. Ναι, τα υποατομικά σωματίδια είναι ύπουλα μικρά θηρία…
Βασικά, εάν τοποθετήσετε δύο εντελώς πανομοιότυπα άτομα σε δύο κουτιά πανομοιότυπων περιβαλλόντων, όταν ανοίγετε τα δύο κουτιά, θα πρέπει να έχετε το ίδιο αποτέλεσμα, σωστά; Οχι. Καθόλου. Αυτό το αποτέλεσμα δεν οφείλεται στο ότι το πείραμα πήγε στραβά. Αντίθετα, είναι επειδή, παρόλο που τα άτομα είναι ακριβώς τα ίδια όταν δεν παρατηρούνται, η απλή πράξη μέτρησης θα άλλαζε το αποτέλεσμα.
Αυτή η ιδιότητα της υπέρθεσης μπέρδεψε τους επιστήμονες της δεκαετίας του 1920 και εξακολουθεί να μπερδεύει πολλούς ανθρώπους σήμερα, αλλά ο Σρέντινγκερ έσωσε πολλούς μπερδεμένους επιστήμονες με το θρυλικό πλέον σκεπτικό του!
ΓΑΤΑ:ΝΕΚΡΗ ΚΑΙ ΖΩΝΤΑΝΗ;
Πρότεινε ένα πείραμα σκέψης όπου μια γάτα είναι παγιδευμένη σε ένα κουτί με μια φιάλη δηλητηρίου κάτω από ένα σφυρί συνδεδεμένο σε έναν μετρητή Geiger και κάποιο ραδιενεργό υλικό που είχε 50% πιθανότητα αποσύνθεσης (Σημείωση:Οι μετρητές Geiger μετρούν τη ραδιενέργεια). Εάν το υλικό αποσυντεθεί, ο μετρητής Geiger θα έκανε το σφυρί να πέσει πάνω στη φιάλη με δηλητήριο, σκοτώνοντας έτσι τη γάτα με τους δηλητηριώδεις αναθυμιάσεις που απελευθερώθηκαν. Εάν το υλικό δεν αποσυντεθεί, η γάτα θα συνέχιζε να ζει, αλλά ένας παρατηρητής έξω από το κουτί δεν θα είχε ιδέα για το αποτέλεσμα. Τώρα, η υπέρθεση θα υπαγόρευε ότι το ραδιενεργό υλικό διασπάται και δεν διασπάται ταυτόχρονα. Μόνο όταν παρατηρούνταν τα περιεχόμενα του κουτιού θα ήταν δυνατό να εξακριβωθεί εάν το αποτέλεσμα ήταν το ένα ή το άλλο. Επειδή η γάτα σχετίζεται άμεσα με τα υποατομικά σωματίδια στο ραδιενεργό υλικό, θα λέγαμε ότι πριν από την παρατήρηση, η γάτα είναι ζωντανή και νεκρή.
Εδώ βρίσκεται το πρόβλημα. Μια γάτα δεν μπορεί να είναι και ζωντανή και νεκρή. Μια γάτα πρέπει να είναι η μία από την άλλη. Έτσι, ο Schrödinger, με αυτό το σκεπτικό πείραμα, έθεσε το παράδοξο ανάμεσα στο κβαντικό και το μακρο. Είναι εύκολο για εμάς να υποθέσουμε ότι ένα υποατομικό αντικείμενο μπορεί να είναι και σωματίδιο και κύμα, μπορεί να περιστρέφεται δεξιόστροφα και αριστερόστροφα, μπορεί να διασπαστεί και όχι να διασπαστεί ταυτόχρονα. Ωστόσο, όταν το αντιπαραβάλλετε με τον Νευτώνειο κόσμο στον οποίο ζούμε, η αντίφαση είναι τρομακτική.
Εάν το μυαλό σας εξακολουθεί να τυλίγει εξαιτίας αυτής της ιδέας, μην ανησυχείτε, δεν είστε μόνοι! Ο ίδιος ο Schrödinger δεν άντεξε την ιδέα της υπέρθεσης και ανέπτυξε αυτό το πείραμα απλώς για να αποδείξει την άποψή του σχετικά με την παράλογη φύση του.
