Kot Schrödingera: wyjaśnienie w prosty sposób

bing.com

Kiedy ludzie po raz pierwszy słyszą o „kocie Schrödingera”, mają wiele pytań: „Czy to rzeczywisty eksperyment? Dlaczego w ogóle mówi się o kocie i pudełku w fizyce? Czy kot może być jednocześnie żywy i martwy?”

W tym artykule wyjaśnimy, czym jest ten słynny eksperyment myślowy, dlaczego jest tak ważny w fizyce kwantowej i jak ta idea może nam się przydać w codziennym życiu.

 

Krótko o autorze i znaczeniu eksperymentu

Główny bohater historii — Erwin Schrödinger, austriacki fizyk, jeden z twórców mechaniki kwantowej. W 1935 roku wymyślił hipotetyczną sytuację z kotem w pudełku, aby zademonstrować dziwność praw kwantowych, gdy próbujemy zastosować je do dużych obiektów, a nie tylko do mikroskopijnych cząstek.

Wyobraźmy sobie:

  1. Jest nieprzezroczyste pudełko, wewnątrz którego znajduje się żywy kot.
  2. Do pudełka umieszczono źródło radioaktywne z 50% szansą rozpadu (czyli może zadziałać lub nie w określonym czasie).
  3. Detektor wykrywający rozpad uruchamia mechanizm: jeśli rozpad nastąpi — fiolka z trucizną zostanie rozbita, a kot umrze. Jeśli rozpad nie nastąpi — kot przeżyje.
  4. Pudełko jest zamknięte, i nikt nie może zajrzeć do środka.

Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej (jeśli weźmiemy je „dosłownie”), kot wewnątrz pudełka znajduje się w „zawieszeniu” — jednocześnie żywy i martwy, dopóki nie otworzymy wieka i nie zajrzymy do środka. Brzmi absurdalnie, ale na tym właśnie polega paradoks: gdy mówimy o mikroskopijnych cząstkach, taka „superpozycja” (dwa stany jednocześnie) jest czymś normalnym. Przeniesienie tego na kota wydaje się jednak zbyt dziwne.

Kot Schrödingera: wyjaśnienie w prosty sposób

wikipedia.org

 

Dlaczego kot może być jednocześnie żywy i martwy?

W fizyce kwantowej istnieje pojęcie superpozycji. Oznacza to, że cząstka (na przykład elektron) może znajdować się jednocześnie w kilku stanach, dopóki nie zmierzymy, gdzie jest i w jakiej formie. Ale kot to przecież nie mikroskopijna cząstka, prawda? Właśnie na tym kontraście opiera się idea Schrödingera: chciał pokazać, jak nielogiczne wygląda zastosowanie praw kwantowych do dużych obiektów z naszego codziennego życia.

Dopóki pudełko jest zamknięte, nie wiemy, czy mechanizm zadziałał, czy nie. Z matematycznego punktu widzenia mechaniki kwantowej istnieje prawdopodobieństwo, że kot żyje, i prawdopodobieństwo, że nie żyje. Do momentu, gdy rzeczywiście zajrzymy do środka, teoretycznie można mówić o tym, że kot „istnieje” w obu stanach. Ale gdy tylko otworzymy pudełko — od razu zobaczymy jedno konkretne rozwiązanie (kot na pewno żyje albo na pewno nie żyje).

 

Gdzie tkwi paradoks?

W zwykłym świecie rzeczy albo się dzieją, albo nie. Kot nie może być „w połowie żywy”. Ale w świecie kwantowym rzeczy pozornie niemożliwe — na przykład cząstka znajdująca się jednocześnie w dwóch miejscach — zdarzają się regularnie. „Paradoks kota Schrödingera” przypomina nam, że efekty kwantowe nie zawsze mieszczą się w logice naszego codziennego doświadczenia.

Naukowcy różnie wyjaśniają, dlaczego nie widzimy takich „dziwactw” wokół nas:

  • Interpretacja kopenhaska mówi: „system definitywnie „wybiera” jeden stan w momencie obserwacji”.
  • Interpretacja wieloświatowa zakłada, że wszystkie warianty realizują się w równoległych światach. W jednym kot żyje, w innym — nie.
  • Dekoherecja wskazuje, że interakcja z otoczeniem „wymazuje” efekty kwantowe, przekształcając je w zwykłe dla nas wydarzenia.

Nie trzeba zgłębiać szczegółów — ważne jest zrozumienie, że kot Schrödingera został wymyślony, aby pokazać: fizyka kwantowa zachowuje się zupełnie inaczej, niż jesteśmy przyzwyczajeni myśleć o rzeczywistości.

Kot Schrödingera: wyjaśnienie w prosty sposób

bing.com

 

Co to nam daje?

Na pierwszy rzut oka nie wiadomo, jak „mityczny” kot może nam pomóc w życiu. Jednak poniżej przedstawiamy kilka ciekawych myśli na ten temat.

 

Umiejętność życia z niepewnością

Kot Schrödingera symbolizuje sytuację, gdy wynik nie jest jasny do samego końca. W życiu także często znajdujemy się w stanie „nie wiem, czy się uda, czy nie”. Czasem warto po prostu przyznać, że bez konkretnego działania nigdy się nie dowiemy, „czy kot żyje, czy nie”.

 

Nie przywiązywać się do jednego scenariusza

Mechanika kwantowa sugeruje wiele możliwych dróg rozwoju. Przypomina nam, że w życiu często nie ma „jedynie słusznej” opcji. Zawsze mogą istnieć alternatywy i plany awaryjne.

 

Działać, zamiast bez końca rozmyślać

Jeśli ciągle boimy się otworzyć „pudełko” ze strachu przed porażką, pozostaniemy w zawieszeniu, nie znając wyniku. Czasem trzeba po prostu zrobić krok naprzód, niezależnie od tego, jak bardzo wydaje się to przerażające.

 

Ciekawe fakty

  1. Schrödinger nie lubił kotów? Istnieje popularny mit, że Erwin Schrödinger „znęcał się” nad kotami. W rzeczywistości jego eksperyment nigdy nie został przeprowadzony — była to czysto teoretyczna (umysłowa) model, wymyślona specjalnie, by pokazać paradoksy teorii kwantowej. Schrödinger użył kota po prostu jako przykład dobrze zrozumiałego stworzenia, któremu przytrafiłaby się zupełnie absurdalna sytuacja z punktu widzenia zdrowego rozsądku.
  2. Erwin Schrödinger i jego wkład. Jest znany nie tylko z kota, ale także ze swojego równania, które opisuje falowe zachowanie cząstek. Uznawane jest za jeden z „kamieni węgielnych” mechaniki kwantowej.
  3. Zastosowanie w technologiach kwantowych. Zasada superpozycji (gdy system może znajdować się jednocześnie w wielu stanach) jest aktywnie wykorzystywana w rozwoju komputerów kwantowych, które obiecują być znacznie potężniejsze niż tradycyjne.
  4. Związek z interpretacją wieloświatową. W „interpretacji wieloświatowej” mechaniki kwantowej, zaproponowanej przez Hugh Everetta, zakłada się, że przy każdym pomiarze Wszechświat „rozwidla się” na kilka równoległych rzeczywistości. Oznacza to, że w jednym ze światów kot będzie żywy, a w innym martwy. Sama idea interpretacji wieloświatowej długo była postrzegana jako fantastyka naukowa, jednak obecnie rozważa się ją całkiem poważnie, próbując znaleźć dla niej eksperymentalne potwierdzenie lub obalenie.
  5. Eksperymenty z makroskopowymi systemami. Naukowcy od dawna eksperymentują z efektami kwantowymi, stosując je nie tylko do fotonów i elektronów, ale także do większych obiektów (na przykład do molekuł czy „małych bębnów” z nanomateriałów). Choć nikt nie wkłada kota do pudełka, takie eksperymenty pomagają ustalić, do jakich rozmiarów może rozciągać się „dziwność” świata kwantowego.
  6. Popkultura i memy. „Kot Schrödingera” stał się prawdziwym kultowym obrazem w kulturze masowej i jest często wspominany w filmach, serialach, memach, książkach. Na przykład można go zobaczyć w popularnym serialu „Teoria wielkiego podrywu”, a także w licznych opowieściach science fiction, gdzie wspominane są równoległe wszechświaty i fenomeny kwantowe.

 

Fragment z „Teorii wielkiego podrywu”

Jedną z najnowszych interpretacji eksperymentu myślowego Schrödingera jest opowieść Sheldona Coopera, bohatera serialu „Teoria wielkiego podrywu” („The Big Bang Theory”), który wygłosił ją dla mniej wykształconej sąsiadki Penny.

W tym krótkim odcinku bohaterowie serialu omawiają „kota Schrödingera” w swobodnej rozmowie — oczywiście z humorem charakterystycznym dla tego serialu. Na przykładzie paradoksu próbują zrozumieć relacje oraz to, jak niepewność może wpływać na ważne decyzje w życiu. Ten fragment doskonale pokazuje, jak naukowa koncepcja może stać się narzędziem do rozmów o miłości, przyjaźni i osobistych przeżyciach.

Możesz włączyć napisy w odtwarzaczu wideo i wybrać ich tłumaczenie na dowolny język w ustawieniach

 

„Kot Schrödingera” to doskonały przykład tego, jak nauka potrafi burzyć utarte wyobrażenia o świecie. Pokazuje, że czasami fakty rzeczywistości mogą być dziwniejsze, niż się wydaje. Dla nas może to być symbolem, że czasem po prostu nie możemy wiedzieć, jak sprawy się mają, dopóki nie podejmiemy konkretnych działań.

Więc jeśli w twoim życiu jest „pudełko”, którego boisz się otworzyć, być może nadszedł czas, aby przestać się dręczyć domysłami i jednak zajrzeć do środka. W końcu tylko w ten sposób naprawdę dowiadujemy się, która opcja stała się rzeczywistością.