Tankeeksperimentet kjent som Schrödingers katt er et av de mest kjente og misforståtte konseptene innen kvantemekanikk. Ved å tenke dypt på det, har forskere kommet til spektakulære innsikter om fysisk virkelighet.
Hvem kom på Schrödingers katt?
Den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger, som hjalp til med å finne kvantemekanikkens disiplin, ble først unnfanget av sitt katteforhold i 1935 som en kommentar til problemer som opprinnelig ble utført av luminæren Albert Einstein, ifølge en artikkel i Quanta Magazine.
Mens de utviklet sin nye forståelse av det subatomære riket, hadde de fleste av Einstein og Schrödingers kolleger innsett at kvanteenheter utviste ekstremt underlig atferd. Den danske fysikeren Niels Bohr forkjempet en forståelse av at partikler som elektroner ikke hadde veldefinerte egenskaper før de ble målt. Før det fantes partiklene i det som er kjent som en superposisjon av tilstander, med for eksempel 50% sjanse for å bli orientert "opp" og 50% sjanse for å bli orientert "ned".
Einstein likte spesielt ikke denne ubesluttsomme forklaringen. Han ville vite hvordan universet vet nøyaktig at noen måler noe. Schrödinger fremhevet denne absurditeten med sin beryktede konseptkatt.
Anta at man bygger en underlig kontrast, skrev Schrödinger i et papir fra 1935 kalt "The Current Situation in Quantum Mechanics." Apparatet består av en boks med et forseglet hetteglass med cyanid, over det er hengt en hammer festet til en Geiger-teller rettet mot en liten klump mildt radioaktivt uran. Inne i boksen er det også en pus (og husk at dette er et tankeeksperiment som aldri ble utført).
Boksen er forseglet, og eksperimentet får stå i en viss tid, kanskje en time. I den timen har uranet, hvis partikler overholder kvantemekanikkens lover, en viss sjanse for å avgi stråling som deretter blir plukket opp av Geiger-disken, som igjen vil frigjøre hammeren og knuse hetteglasset og drepe katten ved cyanidforgiftning.
I følge folk som Bohr, til boksen er åpnet og kattens status er "målt", vil den forbli i en superposisjon av både levende og avdøde. Folk som Einstein og Schrödinger skrøt av en slik mulighet, som ikke stemmer overens med alt vår vanlige erfaring forteller oss - katter er enten levende eller døde, ikke begge på samme tid.
"uantum fysikk manglet en viktig komponent, en historie om hvordan den stilte opp med ting i verden," skrev vitenskapsjournalist Adam Becker i sin bok "What Is Real?" (Basic Books, 2018). "Hvordan gir et fenomenalt antall atomer, styrt av kvantefysikk, opphav til verden vi ser rundt oss?"
Er Schrödingers katt ekte?
Schrödingers katt skar kjernen i det som var bisart med Bohrs tolkning av virkeligheten: mangelen på en klar skillelinje mellom kvante- og hverdagsrikene. Mens de fleste tror det gir et eksempel til støtte for partikler som mangler klart definerte egenskaper inntil de blir målt, var Schrödingers opprinnelige intensjon helt motsatt - for å vise at en slik idé var tullløs. Likevel, i mange tiår, ignorerte fysikere stort sett dette problemet og gikk videre til andre kvartaler.
Men fra 1970-tallet klarte forskere å vise at kvantepartikler kan opprettes i tilstander som alltid tilsvarer hverandre - så hvis en viser en "opp" -orientering, vil den andre være "ned" - et fenomen som Schrödinger kalte forviklinger . Slikt arbeid har blitt brukt for å underbygge det nye feltet for kvanteberegning, som lover å produsere beregningsmaskiner som er langt raskere enn dagens teknologi.
I 2010 klarte fysikere også å lage en ekte versjon av Schrödingers katt, om enn på en måte som ikke involverer forbrytelse (alias, kattemord). University of California, Santa Barbara, forskere bygde en resonator, i utgangspunktet en liten innstillingsgaffel, størrelsen på pikselet på en dataskjerm. De satte den inn i en superposisjon der den både var svingende og ikke svingende samtidig, og viser at relativt store gjenstander kan okkupere bisarre kvantetilstander.
Nyere eksperimenter har satt grupper på opptil 2000 atomer to forskjellige steder på samme tid, og ytterligere uskarphet skillelinjen mellom det mikroskopiske og det makroskopiske. I 2019 klarte forskere ved University of Glasgow til og med å ta et bilde av sammenfiltrede fotoner ved hjelp av et spesielt kamera som knipset et bilde hver gang et foton dukket opp sammen med sin sammenfiltrede partner.
Mens fysikere og filosofer ennå ikke er enige om hvordan de skal tenke på kvanteverdenen, har Schrödingers innsikt gitt mange fruktbare forskningsmuligheter og vil sannsynligvis fortsette å gjøre det i overskuelig fremtid.
