Jako zadeklarowaną kociarę bardzo cieszy mnie fakt, że jeden z moich ulubionych futrzaków jest chyba najbardziej znanym zwierzęciem w fizyce kwantowej. Przyjrzyjmy się mu nieco bliżej.
Co to za dziwne zwierzę?
Początek XX wieku przyniósł duże zmiany w fizyce. Do opisu zjawisk fizycznych zaczęto wykorzystywać mechanikę kwantową, której jedną z cech jest dualizm korpuskularno-falowy. Austriacki fizyk Erwin Schrödinger nie do końca zgadzał się z ideą dualizmu i był zwolennikiem teorii falowej. Rozważania na temat mechaniki kwantowej doprowadziły go do opublikowania w 1935 roku eksperymentu myślowego, którego głównym bohaterem jest jednocześnie żywy i martwy kot. Za tym pozornie prostym doświadczeniem kryje się dość skomplikowana teoria. Ale zacznijmy od początku.
Do szczelnie zamykanego pudełka włóżmy kota, jeden atom, który może ulec rozpadowi promieniotwórczemu oraz detektor promieniowania. Jeśli nasz atom ulegnie rozpadowi (mamy na to 50% szans), detektor promieniowania uwolni truciznę, która zabije kota. Zgodnie z założeniami mechaniki kwantowej, dopóki nie sprawdzimy, czy atom się rozpadł, kot jest zarówno żywy, jak i martwy.
Dead or alive?
W mechanice kwantowej większość rzeczy nie jest taka, jak może się wydawać na pierwszy rzut oka. Spotykamy się tu m.in. z zasadą nieoznaczoności, która mówi, że nie możemy jednocześnie zmierzyć prędkości i położenia badanej cząstki. Ale w zamian możemy określić prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w danym miejscu.
Próba jednoznacznego opisania zjawisk kwantowych doprowadziła do zdefiniowania stanu kwantowego. Definicja mówi, że stan kwantowy to
informacja o układzie kwantowym pozwalająca przewidzieć prawdopodobieństwa wyników wszystkich pomiarów, jakie można na tym układzie wykonać
Możemy podzielić stany kwantowe na w pełni określone (czyste), np. kot jest żywy oraz na stany mieszane, w których nie mamy pełnej wiedzy o układzie kwantowym. Prowadzi to do określenia superpozycji, czyli sytuacji w której cząstka może jednocześnie występować w różnych stanach i dopiero pojawienie się obserwatora determinuje ostateczny wynik eksperymentu. Schrödingerowi nie do końca to pasowało i eksperyment z kotem miał pokazać śmieszność kopenhaskiej interpretacji teorii kwantowej.
Skoro obserwator jest tak ważny w mechanice kwantowej, to czy tylko człowiek może nim być? I czy świat istnieje niezależnie od naszej obserwacji? Może jest tylko mieszaniną różnych stanów i zależy od tego kiedy na niego „spojrzymy”. To nowe podejście do mechaniki kwantowej doprowadziło, do powstania hipotezy o wszechświatach równoległych. Ale to już temat na oddzielne rozważania.
A na co dzień…
Jak na swoje ponad 70 lat Kot Schrödingera jest bardziej żywy niż mogłoby się nam wszystkim wydawać. Dzięki swojej nietypowości cały czas rozpala ludzkie emocje i z chęcią pojawia się w kulturze masowej. Doczekał się licznych nawiązań w książkach, filmach, serialach, grach czy muzyce. Został bohaterem opowiadania Opiekun Kota Schrödingera, a wspominają o nim nawet Dr House oraz Sheldon Cooper. A jego fanów bez wątpienia najłatwiej rozpoznać po koszulkach z charakterystycznym wzorem.
grafika w nagłówku via InternetBumperStickers.com
