Schrödingers kat: en forklaring i enkle termer

Når folk først hører om „Schrödingers kat“, har de mange spørgsmål: „Er det et rigtigt eksperiment? Hvorfor tale om en kat og en kasse i fysik? Kan en kat virkelig være både levende og død på samme tid?“

I denne artikel vil vi finde ud af, hvad dette berømte tankeeksperiment går ud på, hvorfor det er så vigtigt inden for kvantefysik, og hvordan denne idé kan være nyttig i vores daglige liv.

Kort om forfatteren og eksperimentets betydning

Hovedpersonen i historien er Erwin Schrödinger, en østrigsk fysiker og en af grundlæggerne af kvantemekanik. I 1935 opfandt han en tænkt situation med en kat i en kasse for at demonstrere mærkværdigheden ved kvantelove, når vi forsøger at anvende dem på større objekter og ikke kun på små partikler.

Forestil dig følgende:

1. Der er en uigennemsigtig kasse med en levende kat indeni.
2. I kassen placeres en radioaktiv kilde med 50 % chance for henfald (det vil sige, at den enten aktiveres eller ej inden for en bestemt tid).
3. En detektor, der registrerer henfaldet, aktiverer en mekanisme: hvis henfaldet sker, knuses en beholder med gift, og katten dør. Hvis der ikke sker noget henfald, overlever katten.
4. Kassen er lukket, og ingen kan kigge ind.

Ifølge kvantemekanikkens love (hvis vi tager dem „bogstaveligt“), er katten inde i kassen i en „ophængt tilstand“ — samtidig levende og død, indtil vi åbner låget og ser. Det lyder absurd, men det er netop her, paradokset ligger: Når det handler om mikropartikler, er en sådan „superposition“ (to tilstande på én gang) normal. Men at overføre dette til en kat virker for mærkeligt.

Hvorfor kan katten være både levende og død?

Inden for kvantefysik er der begrebet superposition. Det er, når en partikel (f.eks. en elektron) kan befinde sig i flere tilstande på samme tid, indtil vi måler, hvor den er, og hvilken tilstand den er i. Men en kat er jo ikke en mikroskopisk partikel, vel? Faktisk er det netop denne kontrast, Schrödinger bygger sin idé på: Han ville vise, hvor ulogisk det virker at anvende kvantelove på større objekter i vores hverdag.

Så længe kassen er lukket, ved vi ikke, om mekanismen er blevet aktiveret eller ej. Ifølge kvantemekanikkens matematik er der sandsynlighed for, at katten både er levende og død. Indtil vi kigger ind, kan vi teoretisk set sige, at katten „eksisterer“ i begge tilstande. Men så snart vi åbner kassen, ser vi straks en bestemt tilstand (katten er entydigt levende eller entydigt død).

Og hvad er paradokset?

I den almindelige verden sker tingene enten eller. En kat kan ikke være „halvvejs levende“. Men i kvanteverdenen sker tilsyneladende umulige ting — for eksempel kan en partikel være to steder på én gang. „Schrödingers kat“-paradokset minder os om, at kvanteeffekter ikke altid passer ind i vores dagligdags logik.

Forskere forklarer på forskellige måder, hvorfor vi ikke ser sådanne „mærkværdigheder“ omkring os:

• Københavnerfortolkningen siger: „Systemet vælger bestemt én tilstand i øjeblikket, hvor det observeres“.
• Multiversfortolkningen foreslår, at alle muligheder realiseres i parallelle universer. I ét er katten levende, i et andet er den ikke.
• Dekohærens antyder, at interaktion med omgivelserne „sletter“ kvanteeffekterne og forvandler dem til de begivenheder, vi er vant til.

Det er ikke nødvendigt at gå i detaljer — det vigtige er at forstå, at Schrödingers kat blev opfundet for at vise, at kvantefysik opfører sig helt anderledes, end vi er vant til at tænke på virkeligheden.

Hvad giver det os?

Ved første øjekast er det uklart, hvordan en „mytisk“ kat kan hjælpe os i livet. Alligevel vil vi nedenfor præsentere nogle interessante tanker om dette emne.

At leve med ubestemthed

Schrödingers kat symboliserer en situation, hvor resultatet er uklart til det sidste øjeblik. I livet befinder vi os også ofte i en tilstand af „jeg ved ikke, om det lykkes eller ej“. Nogle gange er det værd at erkende, at uden en bestemt handling vil vi aldrig vide, „om katten er levende eller død“.

Ikke at fokusere på ét enkelt scenario

Kvantefysik antyder mange mulige udviklingsveje. Det minder os om, at der ofte ikke er én „rigtig“ løsning i livet. Der er altid alternativer og nødplaner.

At handle i stedet for at overveje uden ende

Hvis vi konstant er bange for at åbne „kassen“ af frygt for fiasko, vil vi forblive i en ophængt tilstand uden at vide resultatet. Nogle gange er vi nødt til bare at tage skridtet fremad, uanset hvor skræmmende det måtte være.

Interessante fakta

1. Elskede Schrödinger ikke katte? Der er en udbredt myte om, at Erwin Schrödinger „plagede“ katte. I virkeligheden blev hans eksperiment aldrig udført i praksis — det var en rent teoretisk model, opfundet for at illustrere kvanteteoriernes paradokser. Schrödinger brugte blot katten som et eksempel på en velkendt skabning, der ville opleve en fuldstændig absurd situation set ud fra sund fornuft.
2. Erwin Schrödinger og hans bidrag. Han er ikke kun kendt for katten, men også for sin ligning, der beskriver partikelbølgernes opførsel. Det betragtes som en af „hjørnestenene“ i kvantemekanik.
3. Anvendelse i kvanteteknologier. Superpositionsprincippet (når et system kan være i flere tilstande på samme tid) bruges aktivt i udviklingen af kvantecomputere, der lover at være meget kraftigere end de sædvanlige.
4. Forbindelse til Everett's (multivers) fortolkning. I multiversfortolkningen af kvantemekanik, foreslået af Hugh Everett, antages det, at universet „forgrener sig“ til flere parallelle virkeligheder ved hver måling. Det vil sige, at i en verden vil katten være levende, og i en anden vil den være død. Selve ideen om multiversfortolkning blev i lang tid betragtet som science fiction, men nu diskuteres den seriøst med forsøg på at finde eksperimentelle beviser eller modbeviser.
5. Eksperimenter med makroskopiske systemer. Forskere har længe eksperimenteret med kvanteeffekter, hvor de ikke kun anvender dem på fotoner og elektroner, men også på større objekter (for eksempel molekyler eller „små trommer“ lavet af nanomaterialer). Selvom ingen sætter en kat i en kasse, hjælper sådanne eksperimenter med at forstå, hvor store objekter kan være, før „kvante-mærkværdigheder“ forsvinder.
6. Popkultur og memes. „Schrödingers kat“ er blevet en virkelig kultfigur i populærkulturen og nævnes ofte i film, tv-serier, memes og bøger. For eksempel kan den ses i den populærvidenskabelige tv-serie „The Big Bang Theory“ og i mange science fiction-historier, hvor parallelle universer og kvantefænomener nævnes.

Et fragment fra „The Big Bang Theory“

En af de nyeste fortolkninger af Schrödingers tankeeksperiment er fortalt af Sheldon Cooper, en karakter i serien „The Big Bang Theory“ („Teorien om Big Bang“), som han præsenterer for sin mindre vidende nabo Penny.

I denne korte episode diskuterer seriens karakterer „Schrödingers kat“ i en afslappet samtale — naturligvis med den typiske humor for serien. Gennem paradokset forsøger de at forstå forhold og hvordan ubestemthed kan påvirke vigtige beslutninger i livet. Dette fragment viser tydeligt, hvordan et videnskabeligt koncept kan blive et redskab til at tale om kærlighed, venskab og personlige oplevelser.

„Schrödingers kat“ er et klart eksempel på, hvordan videnskab kan udfordre de sædvanlige opfattelser af verden. Den viser, at fakta nogle gange kan være mærkeligere end det, der synes sandsynligt. For os kan det blive et symbol på, at vi nogle gange simpelthen ikke kan vide, hvordan tingene står til, før vi handler konkret.

Så hvis der er en „kasse“ i dit liv, som du er bange for at åbne, kan det være tid til at stoppe med at bekymre dig og kigge indeni. Kun sådan kan vi virkelig finde ud af, hvilken mulighed der blev til virkelighed.