Kot Schrödingera
Kot Schrödingera – eksperyment myślowy, czasem nazywany paradoksem, opublikowany w 1935 roku przez austriackiego fizyka, Erwina Schrödingera, laureata Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1933, w trzech częściach artykułu przeglądowego Obecna sytuacja w mechanice kwantowej[1]. Ilustruje problem zastosowania interpretacji kopenhaskiej mechaniki kwantowej w odniesieniu do obiektów makroskopowych. Eksperyment ten jest jednym z wielu pomysłów tworzenia „przekładni” ze świata obiektów nano (w skali atomowej) do świata makroskopowego (zbioru wielu elementów, opisywanego w kategoriach prawdopodobieństwa zdarzeń losowych).
Opis eksperymentu
edytujSchrödinger wymyślił urządzenie oddziałujące na hipotetycznego kota zamkniętego w pojemniku z trucizną (np. z trującym gazem). Do pojemnika wkłada się żywego kota, źródło promieniotwórcze w postaci jednego nietrwałego atomu (który w wyniku rozpadu emituje cząstkę promieniowania jonizującego) oraz detektor promieniowania (np. licznik Geigera-Müllera), który w chwili wykrycia cząstki uwalnia trujący gaz. Po upływie czasu rozpadu połowicznego charakterystycznego dla danego atomu istnieje pięćdziesięcioprocentowe prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, i takie samo prawdopodobieństwo, że jest nadal żywy. Tak sugerowałby tzw. zdrowy rozsądek. Jeśli nastąpi rozpad radioaktywny i licznik go zarejestruje, zostanie uruchomiony mechanizm, który uwolni truciznę – wtedy kot zginie. Jeśli rozpad nie będzie miał miejsca, zwierzę nadal będzie żywe.
Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego – przed otwarciem pojemnika kot jest jednocześnie i martwy, i żywy. Jako obiekt kwantowy znajduje się on równocześnie w każdym z możliwych stanów (tzw. superpozycji). Dopiero otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu – następuje załamanie funkcji falowej kota i dopiero w momencie poczynienia obserwacji kot przyjmuje jeden konkretny stan. W tym przypadku są tylko dwa możliwe stany – kot jest martwy albo żywy.
Zgodnie z regułami tzw. interpretacji kopenhaskiej, do momentu przeprowadzenia pomiaru, tzn. stwierdzenia, co dzieje się z kotem, jego stan jest fundamentalnie nieokreślony – kot jest jednocześnie żywy i martwy. Fizycy mówią o superponowanym stanie żywego i martwego kota. Dopiero pomiar rozstrzygnie jego losy. Występowanie superpozycji stanów jest zjawiskiem powszechnym w świecie obiektów mikroskopowych.
Obecnie stosuje się teorię opisującą dekoherencję środowiskową niezdeterminowanej superpozycji do stanów mieszanych, determinujących zachowania zgodnie z mechaniką klasyczną. Jest ona poparta eksperymentalnie i pozwala ominąć paradoks kota Schrödingera[2].
Eksperyment kłóci się ze zdrowym rozsądkiem, co wynika z faktu, że jest niemożliwy do przeprowadzenia w świecie makroskopowym. Przedmioty dostępne nam do obserwacji w naszej skali składają się z obiektów podlegających prawom mechaniki kwantowej. Jednak ze względu na bardzo dużą liczbę tych obiektów ich poszczególne stany uśredniają się, nie pozwalając obserwować efektów kwantowych.
Kot Schrödingera w kulturze masowej
edytujKoncepcja kota Schrödingera będąca zderzeniem klasycznych intuicji z regułami fizyki kwantowej niesie ze sobą intrygujące (choć pozorne) paradoksy. Dlatego koncepcja ta okazała się atrakcyjnym motywem często wykorzystywanym w literaturze, filmach i grach komputerowych. 12 sierpnia 2013 r. kot Schrödingera pojawił się w Google doodle z okazji 126. rocznicy urodzin naukowca[3].
Kot Schrödingera w filozofii
edytujTo, że kot może być równocześnie martwy i żywy (a nie jest to superpozycja czasu, kiedy był żywy i czasu, kiedy był martwy), jest założeniem filozoficznym diagonalności, wprowadzonym do fizyki kwantowej w zasadzie komplementarności. Założenie, że zasada komplementarności opisuje poprawnie każde doświadczenie, jest błędnym uogólnianiem[4][5].
Zobacz też
edytuj
Przypisy
edytuj- ↑ Erwin Schrödinger. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik. „Die Naturwissenschaften”. 23, s. 812–827, 1935. DOI: 10.1007/BF01491891.
- ↑ Art Hobson, Kwanty dla każdego, s. 403–410, Prószyński i S-ka; 2018, ISBN 978-83-8123-376-7.
- ↑ Erwin Schrödinger i jego kot – 126. rocznica urodzin Schrödingera. crazynauka.pl, 2013-08-12. [dostęp 2013-08-12]. (pol.).
- ↑ Faye 2014 ↓.
- ↑ Tadeusz Pabjan. Zasada komplementarności a filozofia. „Postępy Fizyki”. 62 (1), s. 14–22, 2011. Polskie Towarzystwo Fizyczne. ISSN 0032-5430.
Bibliografia
edytuj- Jan Faye, Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics, Edward N. Zalta (red.), [w:] Stanford Encyclopedia of Philosophy, Winter 2017 Edition, Metaphysics Research Lab, Stanford University, 24 czerwca 2014, ISSN 1095-5054 [dostęp 2018-01-30] [zarchiwizowane z adresu 2017-12-21] (ang.).
- Tadeusz Pabjan, Zasada komplementarności a filozofia, Postępy Fizyki tom 62 zeszyt 1 z 2011 roku.
Literatura
edytuj- John Gribbin, Skąd się wziął kot Schrödingera: geniusz z Wiednia i kwantowa rewolucja, Sebastian Szymański (tłum.), Warszawa: Prószyński Media, 2014, ISBN 978-83-7839-703-8, OCLC 899831071.
- John Gribbin, W poszukiwaniu kota Schrödingera: realizm w fizyce kwantowej, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań 1997, ISBN 83-7150-312-1.
- M. Kalinski, Aharonov-Bohm oscillations in a hydrogen atom in a radiation field through electron self-interference, Phys. Rev. A 57, 2239-2242 (1996).
Linki zewnętrzne
edytuj- Wojciech Grygiel: Kot w paradoksach, czyli o czym nawet nie śnił Schrödinger. Granice Nauki. [dostęp 2016-12-21]. [zarchiwizowane z tego adresu (2018-12-29)].
- Piotr Cieśliński: Kto chce skrzywdzić kota Schrödingera?. [w:] Wyborcza.pl > Nauka [on-line]. 2013-08-12. [dostęp 2016-11-30].
- Sabine Hossenfelder, Schrödinger’s Cat: Still Not Dead, YouTube, 27 lutego 2021 [dostęp 2021-03-14] (Kot Schrödingera: wciąż nie martwy).