Το πείραμα σκέψης που είναι γνωστό ως γάτα του Schrödinger είναι μία από τις πιο διάσημες και παρεξηγημένες έννοιες της κβαντικής μηχανικής. Μελετώντας βαθιά για αυτό, οι ερευνητές έχουν έρθει σε θεαματικές ιδέες για τη φυσική πραγματικότητα.
Ποιος ήρθε με τη γάτα του Schrödinger;
Ο Αυστριακός φυσικός Erwin Schrödinger, ο οποίος βοήθησε να βρεθεί η πειθαρχία της κβαντικής μηχανικής, αρχικά συνέλαβε το αινίγμα του αιλουροειδούς το 1935 ως σχολιασμό των προβλημάτων που είχε αρχικά ο φωτισμός Albert Einstein, σύμφωνα με ένα άρθρο στο περιοδικό Quanta.
Κατά την ανάπτυξη της νέας τους κατανόησης του υποατομικού χώρου, οι περισσότεροι συνάδελφοι του Αϊνστάιν και του Schrödinger συνειδητοποίησαν ότι οι κβαντικές οντότητες εμφάνιζαν εξαιρετικά περίεργες συμπεριφορές. Ο Δανός φυσικός Niels Bohr υποστήριξε την κατανόηση ότι σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια δεν είχαν καλά καθορισμένες ιδιότητες μέχρι να μετρηθούν. Πριν από αυτό, τα σωματίδια υπήρχαν σε αυτό που είναι γνωστό ως υπέρθεση κρατών, με, για παράδειγμα, 50% πιθανότητα προσανατολισμού "προς τα πάνω" και 50% πιθανότητα προσανατολισμού "προς τα κάτω".
Ειδικότερα, ο Αϊνστάιν δεν μου άρεσε αυτή την αναποφάσιστη εξήγηση. Ήθελε να μάθει πώς, ακριβώς, το σύμπαν γνωρίζει ότι κάποιος μετρά κάτι. Ο Schrödinger τόνισε αυτό το παράλογο με την περιβόητη εννοιολογική γάτα του.
Ας υποθέσουμε ότι κάποιος χτίζει ένα περίεργο αντίγραφο, ο Schrödinger έγραψε σε ένα έγγραφο του 1935 με τίτλο «Η Τρέχουσα Κατάσταση στην Κβαντική Μηχανική». Η συσκευή αποτελείται από ένα κιβώτιο με ένα σφραγισμένο φιαλίδιο κυανιούχου, πάνω από το οποίο αναρτάται μια σφυρί που συνδέεται με ένα μετρητή Geiger με στόχο ένα μικρό κομμάτι ήπια ραδιενεργό ουράνιο. Μέσα στο κουτί υπάρχει και ένα γατάκι (και θυμηθείτε, αυτό είναι ένα πείραμα σκέψης που δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ).
Το κουτί είναι σφραγισμένο και το πείραμα αφήνεται να τρέξει για ορισμένο χρονικό διάστημα, ίσως μια ώρα. Την ώρα εκείνη, το ουράνιο, του οποίου τα σωματίδια υπακούουν στους νόμους της κβαντικής μηχανικής, έχει κάποια πιθανότητα να εκπέμπει ακτινοβολία που στη συνέχεια θα συλλέγεται από τον μετρητή Geiger, ο οποίος με τη σειρά του θα απελευθερώσει το σφυρί και θα σπάσει το φιαλίδιο, σκοτώνοντας τη γάτα από δηλητηρίαση με κυανιούχα.
Σύμφωνα με ανθρώπους όπως ο Bohr, μέχρι να ανοίξει το κουτί και η κατάσταση της γάτας "μετριέται", θα παραμείνει σε μια υπέρθεση τόσο των ζωντανών όσο και των νεκρών. Άνθρωποι όπως ο Αϊνστάιν και ο Schrödinger μίλησαν σε μια τέτοια πιθανότητα, η οποία δεν συμφωνεί με ό, τι μας λέει η συνηθισμένη εμπειρία - οι γάτες είναι είτε ζωντανές είτε νεκροί, όχι και οι δύο ταυτόχρονα.
"η φυσική του uantum στερήθηκε μια σημαντική συνιστώσα, μια ιστορία για το πώς παρατάσσεται με πράγματα στον κόσμο", γράφει ο επιστημονικός δημοσιογράφος Adam Becker στο βιβλίο του "Τι είναι πραγματικό;" (Basic Books, 2018). "Πώς ένας φαινομενικός αριθμός ατόμων, που διέπεται από την κβαντική φυσική, δημιουργεί τον κόσμο που βλέπουμε γύρω μας;"
Είναι η γάτα του Schrödinger πραγματική;
Η γάτα του Schrödinger έκοψε την καρδιά της περίεργης ερμηνείας της πραγματικότητας από τον Bohr: την έλλειψη μιας σαφούς διαχωριστικής γραμμής μεταξύ των κβαντικών και των καθημερινών πεδίων. Ενώ οι περισσότεροι πιστεύουν ότι αποτελεί παράδειγμα για τη στήριξη σωματιδίων που δεν έχουν σαφώς προσδιορισμένες ιδιότητες έως ότου μετρηθούν, η αρχική πρόθεση του Schrödinger ήταν ακριβώς το αντίθετο - για να δείξει ότι μια τέτοια ιδέα ήταν ασύλληπτη. Ωστόσο, εδώ και πολλές δεκαετίες, οι φυσικοί αγνόησαν σε μεγάλο βαθμό αυτό το πρόβλημα, προχωρώντας σε άλλα προβλήματα.
Αλλά ξεκινώντας τη δεκαετία του '70, οι ερευνητές μπόρεσαν να δείξουν ότι τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να δημιουργηθούν σε κράτη που αντιστοιχούν πάντα μεταξύ τους - έτσι εάν κάποιος δείχνει έναν "επάνω" προσανατολισμό, ο άλλος θα είναι "κάτω" - ένα φαινόμενο που ο Schrödinger ονομάζεται εμπλοκή . Τέτοιες εργασίες χρησιμοποιήθηκαν για την υποστήριξη του αναδυόμενου τομέα της κβαντικής πληροφορικής, η οποία υπόσχεται να παράγει υπολογιστικές μηχανές πολύ πιο γρήγορα από τις σημερινές τεχνολογίες.
Το 2010, οι φυσικοί κατάφεραν επίσης να δημιουργήσουν μια πραγματική έκδοση της γάτας του Schrödinger, αν και με τρόπο που δεν περιλαμβάνει φλεϊκοκτόνο (γνωστός και ως «φόνος γάτας»). Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Σάντα Μπάρμπαρα, επιστήμονες έχτισαν έναν αντηχείο, βασικά ένα μικροσκοπικό πιρούνι συντονισμού, το μέγεθος του εικονοστοιχείου σε μια οθόνη υπολογιστή. Το έβαλαν σε μια υπέρθεση στην οποία ταλαντεύονταν και δεν ταλαντούσαν ταυτόχρονα, δείχνοντας ότι σχετικά μεγάλα αντικείμενα μπορούν να καταλάβουν παράξενες κβαντικές καταστάσεις.
Τα πιο πρόσφατα πειράματα έχουν τοποθετήσει ομάδες έως 2.000 ατόμων σε δύο διαφορετικές θέσεις ταυτόχρονα, θολώντας περαιτέρω τη διαχωριστική γραμμή μεταξύ της μικροσκοπικής και της μακροσκοπικής. Το 2019, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης μπόρεσαν ακόμη και να τραβήξουν μια φωτογραφία εμπλεγμένων φωτονίων χρησιμοποιώντας μια ειδική φωτογραφική μηχανή που έσπασε μια φωτογραφία κάθε φορά που ένα φωτόνιο εμφανίστηκε με το μπερδεμένο σύντροφό της.
Ενώ οι φυσικοί και οι φιλόσοφοι δεν έχουν ακόμη συμφωνήσει για το πώς να σκεφτούν τον κβαντικό κόσμο, οι ιδέες του Schrödinger έδωσαν πολλές γόνιμες ερευνητικές οδούς και είναι πιθανό να συνεχίσουν να το κάνουν στο εγγύς μέλλον.
