Kot Schrödingera
Z Wikipedii
Kot Schrödingera – w mechanice kwantowej słynny eksperyment myślowy (doświadczenie myślowe) z hipotetycznym kotem.
W 1935 roku Erwin Schrödinger opublikował w trzech częściach, artykuł przeglądowy Obecna sytuacja w mechanice kwantowej, w którym przedstawił swoje rozumowanie (eksperyment myślowy). Tak narodził się na poły żywy, na poły martwy kot Schrödingera.
Eksperyment z kotem Schrödingera jest jednym z wielu pomysłów tworzenia "przekładni" ze świata obiektów mikro (w skali atomowej) do świata makroskopowego.
Spis treści |
[edytuj] Opis eksperymentu
Schrödinger wymyślił urządzenie oddziałujące na kota, zamkniętego w pojemniku z trucizną (np. z trującym gazem). Do szczelnego pojemnika wkładamy: żywego kota, źródło promieniotwórcze emitujące średnio jedną cząstkę na godzinę oraz detektor promieniowania (np. licznik Geigera-Müllera), który w chwili wykrycia cząstki uwalnia trujący gaz. Po zamknięciu pojemnika i odczekaniu jednej godziny mamy 50% prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, i takie samo prawdopodobieństwo, że jest nadal żywy. Tak sugerowałby tzw. zdrowy rozsądek. Jeśli nastąpi radioaktywny rozpad i licznik go zarejestruje, zostanie uruchomiony mechanizm, który uwolni truciznę, wtedy kot zginie. Jeśli rozpad nie będzie miał miejsca, zwierzę nadal będzie cieszyło się życiem. Promieniotwórczość jest zjawiskiem kwantowym, więc możemy określić tylko prawdopodobieństwo zajścia rozpadu. Z tym samym też prawdopodobieństwem kot zostanie otruty.
Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego - przed otwarciem pojemnika kot jest jednocześnie i martwy, i żywy. Znajduje się on w dziwnej mieszaninie (tzw. superpozycji) wszystkich możliwych stanów. Dopiero otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu - kot wyskakuje przerażony z pojemnika albo pozostaje w nim martwy. Hipotetyczny kot Schrödingera wcale nie zachowuje się dziwnie - żyje po prostu w tej połowie wszechświatów, w których źródło promieniotwórcze nie wyemitowało cząsteczki, a w drugiej jest martwy.
Zgodnie z regułami tzw. interpretacji kopenhaskiej, do momentu przeprowadzenia pomiaru, tzn. stwierdzenia, co dzieje się z kotem, jego stan jest fundamentalnie nieokreślony - kot jest jednocześnie żywy i martwy. Fizycy mówią o mieszanym stanie żywego i martwego kota. Dopiero pomiar rozstrzygnie jego losy. Występowanie mieszaniny, superpozycji stanów jest zjawiskiem powszechnym w świecie mikroskopowych obiektów.
Eksperyment kłóci ze zdrowym rozsądkiem, co wynika z faktu, że jest niemożliwy do przeprowadzenia w świecie makroskopowym. Przedmioty dostępne nam do obserwacji w naszej skali składają się obiektów podlegających prawom mechaniki kwantowej. Jednak, ze względu na bardzo dużą ilość tych obiektów, ich poszczególne stany uśredniają się, nie pozwalając obserwować efektów kwantowych.
[edytuj] Interpretacja doświadczenia
Zagadnienie eksperymentu i jego interpretacja jest dosyć złożona i niezwykle subtelna. Kot jest jednocześnie żywy i martwy. Jak można to rozumieć? Cokolwiek to miałoby znaczyć, można podać interpretację tego eksperymentu. Aby jednak ją podać, należy odnieść się do pojęć z mechaniki kwantowej, jak stany kwantowe, funkcja falowa, superpozycja, nie mówiąc przy tym np. co się rozumie przez stwierdzenie, że funkcja falowa istnieje. Większość fizyków nie zastanawia się jak jest naprawdę.
Kot Schrödingera z uwagi na jego makroskopowe rozmiary, niezwykle silnie oddziałuje z otoczeniem. Zachodzi zjawisko kwantowe nazywane dekoherencją (ang. decoherence); Uwzględnienie dekoherencji w opisie powoduje że wcale nie jest tak, że kot jest żywy i martwy jednocześnie, ale jest albo żywy albo martwy, zgodnie ze zdrowym rozsądkiem. Kot może jednak być żywy i martwy jednocześnie zanim nastąpi dekoherencja. Jest to jednak (dla układu makroskopowego) czas rzędu 10 − 100 s czyli niefizycznie krótki.
Realistyczny stan kwantowy kota Schrödingera może być generowany przez pole elektromagnetyczne w atomie wodoru w polu fali spolaryzowanej liniowo przy użyciu Paczki Trojańskiej, kiedy to elektron rozdziela się na dwie klasyczne części poruszające się w przeciwnych kierunkach po orbicie kołowej.
Podobnie jak skrzypce, podczas zderzenia połówek elektronu atom generuje barwę promieniowania czyli silne wysokie harmoniczne prowadzącej fali aż do częstości równej wielokrotności głównej liczby kwantowej Bohra.
[edytuj] Literatura
- John Gribbin, W poszukiwaniu kota Schrödingera: realizm w fizyce kwantowej, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań 1997, ISBN 83-7150-312-1.
- M. Kalinski, Aharonov-Bohm oscillations in a hydrogen atom in a radiation field through electron self-interference, Phys. Rev. A 57, 2239-2242 (1996).
- T. Pratchett, Kot w stanie czystym, Prószyński i S-ka, 1989.
[edytuj] Zobacz też
