Erwin Schrodinger var en av nyckelfigurerna i kvantfysik, redan innan hans berömda "Schrodingers Cat"tänkte experiment. Han hade skapat kvantvågfunktionen, som nu var den definierande rörelseekvationen i universum, men problemet är att det uttryckte all rörelse i form av en serie sannolikheter - något som strider direkt mot hur de flesta forskare i dag (och kanske till och med idag) tycker om hur fysisk verklighet verksamt.
Schrodinger själv var en sådan forskare och han kom med begreppet Schrodingers katt för att illustrera frågorna med kvantefysik. Låt oss överväga frågorna och se hur Schrodinger försökte illustrera dem genom analogi.
Kvantbestämning
Kvantvågfunktionen skildrar alla fysiska kvantiteter som en serie av kvanttillstånd tillsammans med en sannolikhet för att ett system befinner sig i ett givet tillstånd. Tänk på en enda radioaktiv atom med en halveringstid på en timme.
Enligt kvantfysikvågfunktionen kommer den radioaktiva atomen att befinna sig i en tillstånd där den är både förfallen och inte förfallen efter en timme. När en mätning av atomen har gjorts kommer vågfunktionen att kollapsa i ett tillstånd, men fram till dess kommer den att kvarstå som en superposition av de två kvanttillstånden.
Detta är en nyckelaspekt i Köpenhamns tolkning av kvantfysik - det är inte bara det som forskaren inte vet vilket tillstånd det är i, men det är snarare att den fysiska verkligheten inte bestäms förrän mätningen tar plats. På något okänt sätt är själva observationshandlingen det som stelnar situationen till ett eller annat tillstånd. Tills den observationen sker sker den fysiska verkligheten mellan alla möjligheter.
Vidare till katten
Schrodinger utvidgade detta genom att föreslå att en hypotetisk katt placerades i en hypotetisk låda. I lådan med katten placerade vi en injektionsflaska med giftgas, som omedelbart skulle döda katten. Injektionsflaskan är ansluten till en apparat som är ansluten till en Geiger-räknare, en anordning som används för att detektera strålning. Den nämnda radioaktiva atomen placeras nära Geiger-disken och lämnas där i exakt en timme.
Om atomen sönder, kommer Geiger-räknaren att upptäcka strålningen, bryta injektionsflaskan och döda katten. Om atomen inte förfaller, kommer injektionsflaskan att vara intakt och katten kommer att leva.
Efter en timmes period är atomen i ett tillstånd där den är både sönderfallen och inte förfallen. Med tanke på hur vi har konstruerat situationen betyder det emellertid att injektionsflaskan är både trasig och inte-trasig och i slutändan enligt Köpenhamns tolkning av kvantefysik katten är både död och levande.
Tolkningar av Schrodingers Cat
Stephen Hawking är känt citerat för att säga "När jag hör om Schrodingers katt, räcker jag till min pistol." Detta representerar tankar från många fysiker, eftersom det finns flera aspekter på tankexperimentet som kommer upp frågor. Det största problemet med analogin är att kvantfysik vanligtvis bara fungerar på den mikroskopiska skalan hos atomer och subatomära partiklar, inte på den makroskopiska skalan hos katter och giftflaskor.
Köpenhamnstolkningen säger att handlingen av att mäta något får kvantvågfunktionen att kollapsa. I denna analogi, verkligen, sker mätningen av Geiger-räknaren. Det finns massor av interaktioner längs händelsekedjan - det är omöjligt att isolera katten eller de separata delarna av systemet så att den verkligen är kvantmekanisk.
När katten själv kommer in i ekvationen har mätningen redan gjorts... tusen gånger över har mätningar gjorts - av atomerna i Geiger-disken, den injektionsapparat som bryter in vialen, injektionsflaskan, giftgasen och katten själv. Till och med kartongens atomer gör "mätningar" när du tänker på att om katten faller över döda kommer den att komma i kontakt med andra atomer än om den går ängsligt runt lådan.
Huruvida forskaren öppnar lådan är inte relevant, katten är antingen levande eller död, inte en superposition av de två tillstånden.
I vissa strikta syn på Köpenhamnstolkningen är det fortfarande en observation av en medveten enhet som krävs. Denna strikta tolkningsform är i allmänhet minoritetssynen bland fysiker idag, även om det finns är fortfarande ett spännande argument som kolumtionen av kvantvågfunktionerna kan vara kopplad till medvetande. (För en mer grundlig diskussion av medvetandets roll i kvantfysik föreslår jag Quantum Enigma: Fysik möter medvetande av Bruce Rosenblum & Fred Kuttner.)
Ännu en tolkning är Många världstolkningar (MWI) av kvantfysik, som föreslår att situationen faktiskt förgrenas till många världar. I vissa av dessa världar kommer katten att vara död när han öppnar lådan, i andra kommer katten att leva. Samtidigt som det är fascinerande för allmänheten, och säkert för science fiction-författare, de många världarna Tolkning är också en minoritetssyn bland fysiker, men det finns inga specifika bevis för eller Emot det.
Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.