Myšlienkový experiment známy ako Schrödingerova mačka je jedným z najslávnejších a nepochopených konceptov kvantovej mechaniky. Tým, že o tom hlboko premýšľajú, vedci dospeli k veľkolepým poznatkom o fyzickej realite.
Kto prišiel s Schrödingerovou mačkou?
Rakúsky fyzik Erwin Schrödinger, ktorý pomohol založiť disciplínu kvantovej mechaniky, prvýkrát koncipoval svoj mačací hlavolam v roku 1935 ako komentár k problémom, ktoré pôvodne predstavoval luminár Albert Einstein, podľa článku v časopise Quanta.
Pri rozvíjaní nového chápania subatomárnej ríše si väčšina Einsteinových a Schrödingerových kolegov uvedomila, že kvantové entity vykazujú mimoriadne čudné správanie. Dánsky fyzik Niels Bohr bojoval za pochopenie, že častice ako elektróny nemali dobre definované vlastnosti, kým sa nezmerali. Predtým existovali častice v takzvanej superpozícii štátov, s napríklad 50% pravdepodobnosťou, že budú orientované „hore“ a 50% pravdepodobnosťou, že budú orientované „dole“.
Najmä Einsteinovi sa toto nerozhodné vysvetlenie nepáčilo. Chcel vedieť, ako presne vesmír vie, že niekto niečo meria. Schrödinger túto absurditu vyzdvihol svojou notoricky známou koncepčnou mačkou.
Predpokladajme, že človek stavia podivné kontrakcie, napísal Schrödinger v dokumente z roku 1935 s názvom „Súčasná situácia v kvantovej mechanike“. Prístroj sa skladá z škatule s uzavretou injekčnou liekovkou s kyanidom, nad ktorou je zavesené kladivo pripojené k Geigerovmu počítadlu zamerané na malú zhluk mierne rádioaktívneho uránu. Vo vnútri škatule je aj mačiatko (a pamätajte, že toto je myšlienkový experiment, ktorý sa v skutočnosti nikdy neuskutočnil).
Krabica je zapečatená a experiment sa nechá bežať určitý čas, možno jednu hodinu. V túto hodinu má urán, ktorého častice dodržiavajú zákony kvantovej mechaniky, určitú šancu na vyžarovanie žiarenia, ktoré potom zachytí Geigerov počítač, ktorý následne uvoľní kladivo a rozbije liekovku, čím zabije mačku otravou kyanidom.
Podľa ľudí ako Bohr, kým sa škatuľka neotvorí a stav mačky nebude „zmeraný“, zostane v superpozícii žijúcich aj mŕtvych. Ľudia ako Einstein a Schrödinger odmietli takúto možnosť, ktorá nie je v súlade so všetkým, čo nám hovorí naša bežná skúsenosť - mačky sú buď živé, alebo mŕtve, nie obidve súčasne.
„Fyzike uantum chýbala dôležitá súčasť, príbeh o tom, ako sa usporiadala s vecami na svete,“ napísal vedecký novinár Adam Becker vo svojej knihe „Čo je skutočné?“. (Basic Books, 2018). "Ako fenomenálny počet atómov, riadený kvantovou fyzikou, vedie k svetu, ktorý vidíme okolo nás?"
Je Schrödingerova mačka skutočná?
Schrödingerova mačka sa sústredila na to, čo bolo bizarné s Bohrovou interpretáciou reality: nedostatok jasnej deliacej čiary medzi kvantovou a každodennou ríšou. Zatiaľ čo väčšina ľudí si myslí, že poskytuje príklad na podporu častíc, ktoré nemajú jasne definované vlastnosti, kým sa nezmerajú, Schrödingerov pôvodný zámer bol presným opakom - ukázať, že takáto myšlienka bola nezmyselná. Fyzici však po mnoho desaťročí tento problém do značnej miery ignorovali a presúvali sa k iným quandárom.
Ale od 70. rokov 20. storočia vedci dokázali, že kvantové častice sa môžu vytvárať v stavoch, ktoré si navzájom vždy zodpovedajú - takže ak jedna vykazuje orientáciu „nahor“, druhá bude „nadol“ - jav, ktorý Schrödinger nazval zapletenie. , Takáto práca sa použila na podporu vznikajúcej oblasti kvantového počítania, ktorá sľubuje výrobu výpočtových strojov, ktoré sú oveľa rýchlejšie ako súčasné technológie.
V roku 2010 sa fyzikom podarilo vytvoriť aj reálnu verziu Schrödingerovej mačky, hoci spôsobom, ktorý nezahŕňa felicíd (aka, vražda mačiatok). Kalifornská univerzita v Santa Barbare vedci postavili rezonátor, v podstate malú ladiacu vidličku, veľkosť pixla na obrazovke počítača. Uviedli ho do superpozície, v ktorej oscilovalo a zároveň kmitalo, čo ukazuje, že relatívne veľké objekty môžu obsadzovať bizarné kvantové stavy.
Najnovšie experimenty umiestnili skupiny do 2 000 atómov na dve rôzne miesta súčasne, čím sa ešte viac stierala deliaca čiara medzi mikroskopickou a makroskopickou. V roku 2019 sa vedcom na univerzite v Glasgowe dokonca podarilo nasnímať fotografiu zapletených fotónov pomocou špeciálnej kamery, ktorá zachytila fotografiu vždy, keď sa fotón ukázal so svojim zapleteným partnerom.
Zatiaľ čo fyzici a filozofi sa ešte musia dohodnúť na tom, ako premýšľať o kvantovom svete, Schrödingerove poznatky priniesli veľa plodných výskumných ciest a je pravdepodobné, že tak budú robiť aj v dohľadnej budúcnosti.
