O kocie Schrödingera z pewnością słyszało wielu z nas. Można śmiało powiedzieć, że ten eksperyment myślowy z 1935 roku na stałe wpisał się jako element kultury. Jednak czy wiesz dokładnie, na czym polegał i jaki był jego cel?
“Kot Schrödingera” – kim był człowiek, który zamknął kota w pułapce?
Erwin Schrödinger był jednym z najbardziej fascynujących fizyków naszych czasów, choć paradoksalnie, dużo lepiej od niego znamy jego kota. Prywatnie, dużo bardziej roztargniony niż jego kolega po fachu Einstein, oprócz kota posiadał również żonę i kochankę, które ponoć doskonale o sobie wiedziały i w sumie akceptowały ten nietypowy układ. Jeśli wierzyć dziennikom samego zainteresowanego, fizyka była jedynie pobocznym hobby, a na pełny etat Erwin zajmował się poskramianiem niewieścich serc – opisy romansów z kobietami z różnych krajów Europy wypełniają strony prywatnych wspomnień naukowca.
W czasie, gdy w pobliżu nie było żadnych interesujących dziewcząt, zajęty rozgryzaniem zagadek świata fizyki kwantowej, rzadko zwracał uwagę na to, w co jest ubrany. Spóźniał się zatem na wykłady, bo dozorca brał go za włóczęgę i nie wpuszczał do budynku. Mimo iż to właśnie eksperyment myślowy z futrzakiem w roli głównej jest dzisiaj powszechnie kojarzony z postacią Schrödingera, nagrodę Nobla otrzymał za stworzenie równania falowego, znanego dzisiaj jako równanie Schrödingera, tworzącego podwaliny mechaniki kwantowej.
Na czym polega eksperyment myślowy Schrödingera?
Zostawmy jednak samego ekscentrycznego naukowca i przejdźmy do wyjaśnienia, o co chodzi w eksperymencie znanym jako kot Schrödingera.
Otóż wyobraźmy sobie hipotetycznego kota siedzącego w pudełku. Następnie, do pudełka wkładamy jeszcze specjalnie urządzenie zaprojektowane w taki sposób, że istnieje dokładnie 50% szansa na to, że mechanizm uwolni truciznę i uśmierci biednego czworonoga. Spokojnie, to tylko hipoteza.
Sprawdź: Ile trwa lot na Marsa – wszystko o podróży na Marsa. Ile się tam leci i kiedy to będzie możliwe?
Teraz szczelnie zamykamy pudełko – nie wiemy co dzieje się w środku. W makroświecie sprawa wydaje się dosyć oczywista, zwierzak ma dokładnie taką samą szansę na to, że dokona żywota lub przeżyje do momentu, gdy otworzymy pudełko.
Jeżeli jednak w trakcie badania przyjmiemy zasady panujące w nanoświecie, to gdy pudełko jest zamknięte i nie widzimy co dzieje się w środku, obie opcje są prawdziwe, czyli kot jest jednocześnie żywy i martwy. Wydaje się to nie mieć sensu, jednak w fizyce kwantowej jest to na porządku dziennym.
Co było jego celem?
Eksperyment z pudełkiem powstał podczas korespondencji z samym Albertem Einsteinem, a potem został opublikowany w serii artykułów Obecna sytuacja w mechanice kwantowej. Jego celem było – w uproszczeniu – wyjaśnienie mechanizmów zachodzących w nanoskali, używając do tego przykładu pochodzącego ze świata makroskopowego.
Myśląc o nanoskali, wyobrażamy sobie elementy mniejsze niż atom, natomiast w przypadku skali makro myślimy na przykład o kocie. Wyjaśnienie to było niezbędne, ponieważ w mechanice kwantowej dochodzi do paradoksu – badany obiekt znajduje się w tak zwanej superpozycji tj. jednoczenie w każdym ze swoich stanów.
Co to znaczy dla Kota Schrödingera? Dla futrzaka istniały tylko dwa stany – żywy lub martwy. Tym samym, gdyby okazało się, że mamy nanopudełeczko z nanokotem wewnątrz, to do momentu dokonania pomiaru, w tym wypadku zerknięcia do środka, wszelkie znaki na niebie i ziemi wskazywałyby jednoznacznie, że kot żyje i nie żyje.
Dopiero otworzenie pudełka sprawia, że załamujemy funkcję falową, czyli “zmuszamy” badany obiekt do przyjęcia danego stanu. Innym przykładem byłaby woda w wiaderku, która, zanim nie włożymy do środka ręki, byłaby jednocześnie płynem, parą i bryłą lodu – zachowując wszystkie właściwości danego stanu skupienia, aż do momentu, w którym załamiemy jej funkcję falową.
Wygląda na to, że właśnie dlatego, że to wszystko tak bardzo przeczy zdrowemu rozsądkowi niemal za każdym razem przymiotnik „kwantowy” odbija się echem po laboratoriach w filmach science fiction, gdy na ekranie dzieją się niestworzone rzeczy.
Kot Schrödingera w kulturze masowej
To nie przypadek, że Schrödinger wybrał właśnie kota do opisania swojego eksperymentu. Kot dobrze wygląda w nagłówku gazety, kot świetnie prezentuje się w książce do fizyki, a gdyby w 1935 roku istniał Internet, Erwin wiedziałby, że w kota się “klika”. Prostota przekazu zaowocowała licznymi odniesieniami do eksperymentu Schrödingera w książkach, telewizji i grach komputerowych, najczęściej w żartobliwym tonie.
Sprawdź: Co to jest teleportacja i czy jest możliwa? Najważniejsze informacje o pojęciu teleportacji
Nie moglibyśmy zacząć inaczej niż od Teorii Wielkiego Podrywu, gdzie genialny fizyk teoretyczny Sheldon Cooper wyjaśnia kotem Schrödingera swojej przyjaciółce Penny, że jej planowana na wieczór randka będzie zarówno udana, jak i nieudana, dopóki „nie otworzy się pojemnika z kotem”.
W serialu Dr House tytułowy bohater, znany ze swojej zgryźliwości, wyjątkowo docenia żarcik swojego kolegi Willsona, który sugeruje, że ich koleżanka nie może być w dwóch miejscach jednocześnie, chyba że jest martwym kotem.
Trudno przeoczyć nawiązania w literaturze – Neil Gaiman w książce Amerykańscy Bogowie idzie o krok dalej, sugerując, że jeśli naukowcy nie otworzą pudełka, by nakarmić kota, to niedługo paradoks rozwiąże się sam.
Tą samą ścieżką podążał Terry Prachett w Panowie i Damy, sugerując słowami jednego z bohaterów, że po otwarciu pudełka “były trzy stany deterministyczne, w jakich kot mógł się znaleźć: Żywy, Martwy i Piekielnie Wściekły.”
Takich “nerdowskich” żartów nie mogło zabraknąć również w grach komputerowych. W grze Wiedźmin 3: Dziki Gon gracz może natknąć się na liścik, w którym przeczyta, że wszyscy wiedźmini ze szkoły kota zostali zabici, ale co do imć Schrödingera nie można mieć pewności. Natomiast mało rozgarnięty Rufus z Goodbye Deponia po otworzeniu skrzyni pełnej bananów racjonalnie stwierdza, że jeśli dobrze zrozumiał teorię kwantową, to miał 50% szans na znalezienie martwego kota.
Jeśli znacie inne odniesienia do kota Schrödingera w popkulturze albo wpadliście na śmieszny mem, podzielcie się nim w komentarzu!
