Kot Schrödingera

Kot Schrödingera – eksperyment myślowy, czasem nazywany paradoksem, opublikowany w 1935 roku przez austriackiego fizyka, Erwina Schrödingera, laureata Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1933, w trzech częściach artykułu przeglądowego Obecna sytuacja w mechanice kwantowej^[1]. Ilustruje problem zastosowania interpretacji kopenhaskiej mechaniki kwantowej w odniesieniu do obiektów makroskopowych. Eksperyment ten jest jednym z wielu pomysłów tworzenia „przekładni” ze świata obiektów nano (w skali atomowej) do świata makroskopowego (zbioru wielu elementów, opisywanego w kategoriach prawdopodobieństwa zdarzeń losowych).

Opis eksperymentu[edytuj | edytuj kod]

Schrödinger wymyślił urządzenie oddziałujące na hipotetycznego kota zamkniętego w pojemniku z trucizną (np. z trującym gazem). Do pojemnika wkłada się żywego kota, źródło promieniotwórcze w postaci jednego nietrwałego atomu (który w wyniku rozpadu emituje cząstkę promieniowania jonizującego) oraz detektor promieniowania (np. licznik Geigera-Müllera), który w chwili wykrycia cząstki uwalnia trujący gaz. Po upływie czasu rozpadu połowicznego charakterystycznego dla danego atomu istnieje pięćdziesięcioprocentowe prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, i takie samo prawdopodobieństwo, że jest nadal żywy. Tak sugerowałby tzw. zdrowy rozsądek. Jeśli nastąpi rozpad radioaktywny i licznik go zarejestruje, zostanie uruchomiony mechanizm, który uwolni truciznę – wtedy kot zginie. Jeśli rozpad nie będzie miał miejsca, zwierzę nadal będzie żywe.

Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego – przed otwarciem pojemnika kot jest jednocześnie i martwy, i żywy. Jako obiekt kwantowy znajduje się on równocześnie w każdym z możliwych stanów (tzw. superpozycji). Dopiero otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu – następuje załamanie funkcji falowej kota i dopiero w momencie poczynienia obserwacji kot przyjmuje jeden konkretny stan. W tym przypadku są tylko dwa możliwe stany – kot jest martwy albo żywy.

Zgodnie z regułami tzw. interpretacji kopenhaskiej, do momentu przeprowadzenia pomiaru, tzn. stwierdzenia, co dzieje się z kotem, jego stan jest fundamentalnie nieokreślony – kot jest jednocześnie żywy i martwy. Fizycy mówią o superponowanym stanie żywego i martwego kota. Dopiero pomiar rozstrzygnie jego losy. Występowanie superpozycji stanów jest zjawiskiem powszechnym w świecie obiektów mikroskopowych.

Obecnie stosuje się teorię opisującą dekoherencję środowiskową niezdeterminowanej superpozycji do stanów mieszanych, determinujących zachowania zgodnie z mechaniką klasyczną. Jest ona poparta eksperymentalnie i pozwala ominąć paradoks kota Schrödingera^[2].

Eksperyment kłóci się ze zdrowym rozsądkiem, co wynika z faktu, że jest niemożliwy do przeprowadzenia w świecie makroskopowym. Przedmioty dostępne nam do obserwacji w naszej skali składają się z obiektów podlegających prawom mechaniki kwantowej. Jednak ze względu na bardzo dużą liczbę tych obiektów ich poszczególne stany uśredniają się, nie pozwalając obserwować efektów kwantowych.

Kot Schrödingera w kulturze masowej[edytuj | edytuj kod]

Koncepcja kota Schrödingera będąca zderzeniem klasycznych intuicji z regułami fizyki kwantowej niesie ze sobą intrygujące (choć pozorne) paradoksy. Dlatego koncepcja ta okazała się atrakcyjnym motywem często wykorzystywanym w literaturze, filmach i grach komputerowych. 12 sierpnia 2013 r. kot Schrödingera pojawił się w Google doodle z okazji 126. rocznicy urodzin naukowca^[3].

Kot Schrödingera w filozofii[edytuj | edytuj kod]

To, że kot może być równocześnie martwy i żywy (a nie jest to superpozycja czasu, kiedy był żywy i czasu, kiedy był martwy), jest założeniem filozoficznym diagonalności, wprowadzonym do fizyki kwantowej w zasadzie komplementarności. Założenie, że zasada komplementarności opisuje poprawnie każde doświadczenie, jest błędnym uogólnianiem^[4]^[5].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

↑ Erwin Schrödinger. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik. „Die Naturwissenschaften”. 23, s. 812–827, 1935. DOI: 10.1007/BF01491891.
↑ Art Hobson, Kwanty dla każdego, s. 403–410, Prószyński i S-ka; 2018, ISBN 978-83-8123-376-7.
↑ Erwin Schrödinger i jego kot – 126. rocznica urodzin Schrödingera. crazynauka.pl, 2013-08-12. [dostęp 2013-08-12]. (pol.).
↑ Faye 2014 ↓.
↑ Tadeusz Pabjan. Zasada komplementarności a filozofia. „Postępy Fizyki”. 62 (1), s. 14–22, 2011. Polskie Towarzystwo Fizyczne. ISSN 0032-5430.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

JanJ. Faye JanJ., Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics, Edward N.E.N. Zalta (red.), [w:] Stanford Encyclopedia of Philosophy, Winter 2017 Edition, Metaphysics Research Lab, Stanford University, 24 czerwca 2014, ISSN 1095-5054 [dostęp 2018-01-30] [zarchiwizowane z adresu 2017-12-21] (ang.).
Tadeusz Pabjan, Zasada komplementarności a filozofia, Postępy Fizyki tom 62 zeszyt 1 z 2011 roku.

Literatura[edytuj | edytuj kod]

JohnJ. Gribbin JohnJ., Skąd się wziął kot Schrödingera: geniusz z Wiednia i kwantowa rewolucja, SebastianS. Szymański (tłum.), Warszawa: Prószyński Media, 2014, ISBN 978-83-7839-703-8, OCLC 899831071 .
John Gribbin, W poszukiwaniu kota Schrödingera: realizm w fizyce kwantowej, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań 1997, ISBN 83-7150-312-1.
M. Kalinski, Aharonov-Bohm oscillations in a hydrogen atom in a radiation field through electron self-interference, Phys. Rev. A 57, 2239-2242 (1996).

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Wojciech Grygiel: Kot w paradoksach, czyli o czym nawet nie śnił Schrödinger. Granice Nauki. [dostęp 2016-12-21]. [zarchiwizowane z tego adresu (2018-12-29)].
Piotr Cieśliński: Kto chce skrzywdzić kota Schrödingera?. [w:] Wyborcza.pl > Nauka [on-line]. 2013-08-12. [dostęp 2016-11-30].
Sabine Hossenfelder, Schrödinger’s Cat: Still Not Dead, YouTube, 27 lutego 2021 [dostęp 2021-03-14] (Kot Schrödingera: wciąż nie martwy).

[1] Erwin Schrödinger. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik. „Die Naturwissenschaften”. 23, s. 812–827, 1935. DOI: 10.1007/BF01491891.

[2] Art Hobson, Kwanty dla każdego, s. 403–410, Prószyński i S-ka; 2018, ISBN 978-83-8123-376-7.

[crazynauka.pl-3] Erwin Schrödinger i jego kot – 126. rocznica urodzin Schrödingera. crazynauka.pl, 2013-08-12. [dostęp 2013-08-12]. (pol.).

[CITEREFFaye2014-4] Faye 2014 ↓.

[Pabjan-5] Tadeusz Pabjan. Zasada komplementarności a filozofia. „Postępy Fizyki”. 62 (1), s. 14–22, 2011. Polskie Towarzystwo Fizyczne. ISSN 0032-5430.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

Tło	Mechanika klasyczna Mechanika kwantowa Ciało doskonale czarne Wczesna teoria kwantowa Interferencja Notacja Diraca Hamiltonian
Koncepcje podstawowe	Funkcja falowa Stan kwantowy Stan podstawowy Stan stacjonarny Równanie własne Cząstka w pudle potencjału Cząstki identyczne Kwantowy oscylator harmoniczny Spin Superpozycja Liczby kwantowe Splątanie kwantowe Pomiar Nieoznaczoność Reguła Pauliego Dualizm korpuskularno-falowy Dekoherencja kwantowa Twierdzenie Ehrenfesta Tunelowanie
Doświadczenia	Doświadczenie Younga Doświadczenie Davissona i Germera Doświadczenie Francka-Hertza Doświadczenie Sterna-Gerlacha Eksperymenty testujące twierdzenie Bella Doświadczenie Poppera Kot Schrödingera Problem testowania bomb Elitzura-Vaidmana Gumka kwantowa
Sformułowania	Obraz Schrödingera Obraz Heisenberga Obraz Diraca Mechanika macierzowa Suma po historiach
Równania	Równanie Schrödingera Równanie Pauliego Równanie Kleina-Gordona Równanie Diraca Wzór Rydberga
Interpretacje	Świadomość wywołuje kolaps Spójne historie kwantowe Kopenhaska Statystyczna Zmiennych ukrytych Teoria fali pilotującej de Broglie’a-Bohma Wielu światów Logika kwantowa Obiektywnego zalamania Prawdopodobieństwo kwantowe Relacyjna Stochastyczna Transakcjonalna
Zagadnienia zaawansowane	Informatyka kwantowa Teoria rozpraszania Kwantowa teoria pola Operatory kreacji i anihilacji Chaos kwantowy
Znani uczeni	Planck Bohr Sommerfeld Bose Kramers Heisenberg Born Jordan Pauli Dirac de Broglie Schrödinger von Neumann Wigner Feynman Candlin Bohm Everett Bell Wien