Schrödingerin kissana tunnettu ajatuskoe on yksi tunnetuimmista ja väärin ymmärretyistä käsitteistä kvanttimekaniikassa. Pohtiessaan sitä syvästi, tutkijat ovat tulleet näyttäviin näkemyksiin fyysisestä todellisuudesta.
Kuka keksi Schrödingerin kissan?
Itävallan fyysikko Erwin Schrödinger, joka auttoi kvanttimekaniikan tutkimuksen löytämisessä, aikoi ensimmäisen kerran kasvojensa suunnitelmasta vuonna 1935 kommentoida ongelmia, jotka alun perin aiheutti heijastava Albert Einstein, Quanta Magazine -lehden artikkelin mukaan.
Kehittäessään uutta käsitystään subatomisesta valtakunnasta, suurin osa Einsteinin ja Schrödingerin kollegoista oli huomannut, että kvanttiyksiköt käyttivät erittäin outoa käyttäytymistä. Tanskalainen fyysikko Niels Bohr puolusti ymmärrystä siitä, että hiukkasilla, kuten elektroneilla, ei ollut määriteltyjä ominaisuuksia ennen kuin ne mitattiin. Ennen sitä hiukkaset olivat olemassa niin kutsuttujen tilojen superpositiossa, esimerkiksi 50%: n todennäköisyydellä olla suunnattu "ylös" ja 50%: n todennäköisyydellä orientoituneena "alas".
Erityisesti Einstein ei pitänyt tästä päättämättömästä selityksestä. Hän halusi tietää kuinka tarkalleen maailmankaikkeus tietää, että joku mittaa jotain. Schrödinger korosti tätä järjetöntä pahamaineisella käsitteellisellä kissallaan.
Oletetaan, että rakennetaan omituinen ratkaisu, Schrödinger kirjoitti vuonna 1935 julkaisussa "Kvanttimekaniikan nykyinen tilanne". Laite koostuu laatikosta, jossa on suljettu syanidipullo, jonka yläpuolelle on ripustettu vasara, joka on kiinnitetty Geiger-laskuriin ja jonka tarkoituksena on pieni pieni määrä lievästi radioaktiivista uraania. Laatikon sisällä on myös kitty (ja muista, tämä on ajattelukoe, jota ei koskaan ole toteutettu).
Laatikko suljetaan, ja kokeen annetaan kestää tietyn ajan, ehkä tunnin. Siinä tunnissa uraanilla, jonka hiukkaset noudattavat kvanttimekaniikan lakeja, on jonkin verran mahdollisuuksia säteillä säteilyä, jonka Geiger-laskuri ottaa sitten vastaan. Tämä puolestaan vapauttaa vasaran ja murskaa pullon tappaen kissan. syanidimyrkytyksellä.
Bohrin kaltaisten ihmisten mukaan, kunnes laatikko avataan ja kissan tila "mitataan", se pysyy sekä elävien että kuolleiden superpositiossa. Einsteinin ja Schrödingerin kaltaiset ihmiset lepäsivät sellaista mahdollisuutta, joka ei vastaa kaikkea mitä tavalliset kokemuksemme kertovat - kissat ovat joko elossa tai kuolleina, eivät molemmat samanaikaisesti.
"Uantumfysiikasta puuttui tärkeä komponentti, tarina siitä, kuinka se rinnastui maailman asioihin", kirjoitti tiedetoimittaja Adam Becker kirjassaan "Mikä on todellista?" (Peruskirjat, 2018). "Kuinka ilmiömäinen määrä atomeja, joita kvanttifysiikka hallitsee, saa aikaan ympäröimämme maailman?"
Onko Schrödingerin kissa todellinen?
Schrödingerin kissa leikkasi sydäntä siihen, mikä oli omituista Bohrin todellisuuden tulkinnassa: selkeän raja-arvon puuttuminen kvantti- ja arkipäivän välillä. Vaikka useimpien mielestä se tarjoaa esimerkin hiukkasille, joilla ei ole selkeästi määriteltyjä ominaisuuksia, kunnes ne mitataan, Schrödingerin alkuperäinen tarkoitus oli täysin päinvastainen osoittaakseen, että tällainen ajatus oli järjetöntä. Fyysikot jättivät kuitenkin vuosikymmenien ajan suurelta osin huomiotta tämän ongelman ja siirtyivät muihin ideoihin.
Mutta 1970-luvulta alkaen tutkijat pystyivät osoittamaan, että kvanttihiukkaset voidaan luoda tiloissa, jotka aina vastaavat toisiaan - joten jos toisessa näkyy "ylöspäin" suuntautuminen, toinen on "alas" - ilmiö, jota Schrödinger kutsui takertumiseksi . Tällaista työtä on käytetty tukemaan kehittyvää kvanttilaskenta-alaa, joka lupaa tuottaa laskentakoneet, jotka ovat paljon nopeampia kuin nykyinen tekniikka.
Vuonna 2010 fyysikot onnistuivat myös luomaan reaalimaailman version Schrödingerin kissasta, tosin tavalla, joka ei sisällä rikoksia (eli kittymurhaa). Kalifornian yliopiston Santa Barbaran tutkijat rakensivat resonaattorin, pohjimmiltaan pienen virityshaarukan, pikselin koon tietokoneen näytölle. He panivat sen superpositioon, jossa se oli sekä värähtelevä että ei värähtelevä samanaikaisesti, mikä osoittaa, että suhteellisen suuret esineet voivat käyttää omituisia kvanttiloja.
Uudemmat kokeet ovat asettaneet korkeintaan 2000 atomin ryhmät kahteen eri paikkaan samaan aikaan, hämärtäen edelleen rajaa mikroskooppisen ja makroskooppisen välillä. Glasgow'n yliopiston tutkijat onnistuivat jopa vuonna 201 ottamaan kuvan takertuneista fotoneista erityisellä kameralla, joka napsautti kuvan aina, kun fotoni ilmestyi takertuneen kumppaninsa kanssa.
Vaikka fyysikot ja filosofit eivät ole vielä päässeet sopimukseen siitä, kuinka ajatella kvantimaailmaa, Schrödingerin näkemykset ovat tuottaneet monia hedelmällisiä tutkimuskenttiä ja todennäköisesti jatkavat niin tekemistä lähitulevaisuudessa.
