Miselni eksperiment, znan kot Schrödingerjeva mačka, je eden najbolj znanih in napačno razumljenih konceptov v kvantni mehaniki. Z globokim razmišljanjem o tem so raziskovalci prišli do spektakularnih spoznanj o fizični resničnosti.
Kdo si je omislil mačko Schrödinger?
Avstrijski fizik Erwin Schrödinger, ki je pomagal pri iskanju discipline kvantne mehanike, je svojo mačjo zmedo prvič zamislil leta 1935 kot komentar na težave, ki jih je prvotno postavil svetilnik Albert Einstein, piše v članku v reviji Quanta.
Večina Einsteinovih in Schrödingerjevih sodelavcev je med razvijanjem novega razumevanja subatomskega kraljestva spoznala, da kvantne entitete kažejo zelo nenavadno vedenje. Danski fizik Niels Bohr se je zavzemal za razumevanje, da delci, kot so elektroni, niso imeli natančno opredeljenih lastnosti, dokler niso bili izmerjeni. Pred tem so delci obstajali v tako imenovanem superpozicijo stanj, na primer s 50-odstotno možnostjo, da se usmerimo "navzgor" in 50% možnost, da se usmerimo "navzdol".
Še posebej Einsteinu to neodločno razlago ni bilo všeč. Želel je vedeti, kako natanko vesolje ve, da nekdo nekaj meri. Schrödinger je to nesmiselnost izpostavil s svojim zloglasnim konceptualnim mačkom.
Recimo, da nekdo naredi čudno kontracepcijo, je Schrödinger zapisal v prispevku iz leta 1935 z naslovom "Trenutno stanje v kvantni mehaniki". Naprava je sestavljena iz škatle z zapečateno vialo cianida, nad katero je obešeno kladivo, pritrjeno na Geigerjev števec, usmerjeno v majhen kep blago radioaktivnega urana. Znotraj škatle je tudi mucka (in ne pozabite, to je miselni eksperiment, ki nikoli ni bil izveden).
Škatla je zapečatena, poskus pa naj bi se izvajal nekaj časa, morda eno uro. V tisti uri ima uran, katerega delci spoštujejo zakone kvantne mehanike, nekaj možnosti, da oddaja sevanje, ki ga bo nato pobral Geigerjev števec, ki bo nato sprožil kladivo in razbil vialo ter ubil mačko z zastrupitvijo s cianidom.
Po mnenju ljudi, kot je Bohr, dokler se škatla ne odpre in status mačke ne "izmeri", bo ostal v superpostavi tako živih kot umrlih. Ljudje, kot sta Einstein in Schrödinger, so se oglasili ob takšni možnosti, ki se ne sklada z vsem, kar nam navadna izkušnja pove - mačke so ali žive ali mrtve, ne pa hkrati hkrati.
"fiziki uantuma je manjkalo pomembna sestavina, zgodba o tem, kako se je uskladila s stvarmi na svetu," je v svoji knjigi "Kaj je resnično?" napisal znanstveni novinar Adam Becker. (Osnovne knjige, 2018). "Kako fenomenalno število atomov, ki ga upravlja kvantna fizika, ustvari svet, ki ga vidimo okoli nas?"
Je mačka Schrödinger resnična?
Mačka Schrödingerja je zarezala k srcu tistega, kar je v Bohovi razlagi resničnosti resnično nenavadno: pomanjkanja jasne ločnice med kvantno in vsakdanjo sfero. Čeprav večina ljudi misli, da daje primer v podporo delcem, ki nimajo jasno opredeljenih lastnosti, dokler jih ne izmerimo, je bil Schrödingerjev prvotni namen ravno obratno - pokazati, da je takšna ideja nesmiselna. Kljub temu so fiziki že več desetletij v veliki meri prezrli to težavo in se premaknili na druge težave.
Toda v 70. letih prejšnjega stoletja so raziskovalci lahko pokazali, da lahko kvantne delce ustvarijo v stanjih, ki si med seboj vedno ustrezajo - torej če eden pokaže usmeritev "navzgor", bo drugi "navzdol" - pojav, ki ga je Schrödinger imenoval zapletanje . Takšno delo je bilo uporabljeno za podpiranje nastajajočega področja kvantnega računanja, ki obljublja izdelavo računskih strojev, ki so veliko hitrejši od trenutnih tehnologij.
Leta 2010 je fizikom uspelo ustvariti tudi različico Schrödingerjeve mačke v resničnem svetu, čeprav na način, ki ne vključuje felicida (aka umor mucka). Znanstveniki iz kalifornijske univerze Santa Barbara so znanstveniki zgradili resonator, v bistvu drobne vilice, velikosti slikovnih pik na računalniškem zaslonu. Dali so jo v superpozicijo, v kateri je hkrati nihala in ni nihala, pri čemer so pokazali, da lahko razmeroma veliki predmeti zasedajo bizarna kvantna stanja.
Novejši poskusi so skupine do 2000 atomov postavili na dva različna mesta hkrati, kar še dodatno zamegli ločnico med mikroskopsko in makroskopsko. Leta 2019 so raziskovalci z univerze v Glasgowu celo uspeli posneti fotografije zapletenih fotonov s posebno kamero, ki je posnela sliko, kadarkoli se je pokazal foton s svojim zapetim partnerjem.
Medtem ko se fiziki in filozofi še niso strinjali, kako razmišljati o kvantnem svetu, so Schrödingerjeva spoznanja prinesla številne plodne raziskovalne poti in bodo to verjetno lahko nadaljevali tudi v bližnji prihodnosti.
