O co chodzi z kotem Schrödingera? Jest to eksperyment, który dotyczy różnych praw fizyki dla mikrokosmosu i makrokosmosu.
Prawa naturalne w makrokosmosie i w mikrokosmosie
Przyjrzyjmy się najpierw makrokosmosowi. Odnosi się to do wszystkiego, co możemy zobaczyć gołym okiem: Wszystkie żywe istoty i przedmioty w naszym codziennym życiu są na pierwszy rzut oka zawsze w jednym miejscu i mają konkretne wartości. Kot Merlin na przykład, mimo czarującego imienia, nie może leżeć jednocześnie na kanapie i w przytulnym łóżku. Nie może ważyć jednocześnie czterech i pięciu kilogramów.
Ale te zasady nie dotyczą mikrokosmosu, a więc tego, co opisuje teoria kwantowa. Teoria kwantowa dotyczy najmniejszych cząstek takich jak atomy czy elektrony. Jednak zgodnie z teorią kwantową mogą one znajdować się w kilku miejscach jednocześnie i mieć różne właściwości. Na przykład atom może się rozpadać i nie rozpadać w tym samym czasie. Fizycy kwantowi określają ten stan jako "koherentną superpozycję".
Kot Schrödingera: na czym polegał eksperyment myślowy Schrödingera?
© Shutterstock
Brzmi dziwnie? Właśnie to chciał wyjaśnić austriacki noblista i fizyk Erwin Schrödinger. W 1935 roku wymyślił eksperyment myślowy, który doprowadza do skrajności różne prawa w makrokosmosie i mikrokosmosie.
Dekady przed trendem umieszczania w sieci filmików z kotami w roli głównej, Schrödinger umieścił żywego kota w pudełku. Aby uspokoić zaniepokojonych miłosników kotów, zwierzak był czysto fikcyjny - ani on, ani pudełko nie istniały. Na dodatek, wynik eksperymetu naukowca kompletnie kłóci się ze zdrowym rozsądkiem i być może właśnie to sprawia, że stał się tak słynny.
Żywy i martwy kot, czyli paradoks kota Schrödingera
Schrödinger opisuje swój eksperymentalny układ w następujący sposób.
W zamkniętym pudełku znajduje się radioaktywny atom, licznik Geigera, podłączony do niego młotek, szklanka z trucizną i oczywiście kot. Gdy radioaktywny atom rozpada się, licznik Geigera wskazuje to i uruchamia młotek, który niszczy słoik z trucizną. W ten sposób trucizna wycieka i powoduje śmierć kota, gdy tylko atom się rozpadnie.
Nie wiadomo jednak, czy i kiedy atom się rozpada. Zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, atom znajduje się jednak we wspomnianej koherentnej superpozycji, podczas gdy my go nie obserwujemy.
© Shutterstock
Naukowcy mówią o "superpozycji": czyli jednocześnie każdym możliwym stanie. A więc kot jest jednocześnie i żywy i martwy lub też nie jest ani żywy, ani martwy. Dopiero otwarcie pudełka powoduje tzw. załamanie funkcji falowej i kot jednoznacznie przyjmuje jeden stan. Wtedy dowiadujemy się, czy kot jest żywy czy też nie.
Co Schrödinger próbuje nam powiedzieć za pomocą eksperymentu z kotem?
Wnioski z eksperymentu mogą wydawać się zagmatwane. Przynajmniej dla laików. Schrödinger chciał bowiem za pomocą fikcyjnego układu eksperymentalnego pokazać konflikt między prawami naturalnymi z makrokosmosu i mikrokosmosu. Ponieważ kot nie jest obiektem kwantowym, nie może być jednocześnie martwy i żywy - nawet jeśli jego stan zależy od obiektu kwantowego. Prawa makrokosmosu jasno regulują, że kot musi być cały czas albo martwy, albo żywy.
Jeśli jednak zagłębić się w świat fizyki, otwierają się nowe wymiary, które opierają się na eksperymencie myślowym kota Schrödingera. Na przykład "teoria wielu światów”, która mówi o tym, że oba możliwe stany stają się rzeczywiste: kot umiera, kot pozostaje żywy. Ale te dwie rzeczywistości mają miejsce w różnych wszechświatach. Konsekwencją tego byłyby niezliczone wszechświaty równoległe.
Kot Schrödingera w kulturze masowej
Kot Schrödingera daje zainteresowanym osobom wiele do myślenia. Ale może być również używany do celów relaksacyjnych: jeśli nie chcesz zagłębiać się w fizykę kwantową, możesz zrelaksować się na kanapie z Kotem Schrödingera. Wisienką na torcie jest oczywiście Twój własny kot na kolanach!
Kot Schrödingera jest bohaterem wielu zabawnych historii. Na przykład w jednym z odcinków sitcomu "Teorii wielkiego podrywu” fizyk Sheldon Lee Cooper próbuje wykorzystać eksperyment myślowy Schrödingera, aby pomóc sąsiadowi w problemach ze związkiem:
Inne seriale, takie jak "Doctor Who" i "Futurama", gry komputerowe, takie jak "World of Warcraft", i znani autorzy, jak Douglas Adams i Terry Pratchett, również wykorzystują aluzje do najsłynniejszego kota ze świata nauki.
