Γάτα του Σρέντινγκερ

Το νοητικό πείραμα

Σύμφωνα με τον Σρέντινγκερ:
Κάποιος μπορεί να κατασκευάσει αρκετά γελοίες περιπτώσεις. Μια γάτα κλειδώνεται σε ένα ατσάλινο θάλαμο, μαζί με την εξής διάταξη (η οποία βρίσκεται με ασφάλεια εκτός εμβέλειας της γάτας): σε έναν μετρητή γκάιγκερ υπάρχει μια ελάχιστη ποσότητα ραδιενεργής ουσίας, τόσο μικρής, που κατά τη διάρκεια μιας ώρας ένα από τα άτομα διασπάται, αλλά επίσης ισοπίθανα, ίσως και όχι. Αν συμβεί αυτό ο μετρητής ενεργοποιείται και μέσω ενός διακόπτη (ρελέ) απελευθερώνει ένα σφυρί που σπάει μια μικρή φιάλη με υδροκυάνιο. Αν κάποιος αφήσει αυτό το σύστημα μόνο του για μια ώρα, μπορεί να υποθέσει ότι η γάτα είναι ακόμα ζωντανή, εάν στο μεταξύ δεν έχει διασπαστεί κάποιο άτομο. Η κυματοσυνάρτηση του συστήματος μπορεί να το εκφράσει, αν υπάρχει σε αυτή και η ζωντανή και η νεκρή γάτα (συγχωρήστε μου την έκφραση) αναμεμιγμένες ή διάχυτες εξίσου.
Κλασικά τέτοιες περιπτώσεις απροσδιοριστίας αρχικά περιορισμένες στο ατομικό επίπεδο, μετασχηματίζονται σε μακροσκοπικές απροσδιοριστίες, οι οποίες μπορούν να επιλυθούν με απευθείας παρατήρηση. Αυτό μας εμποδίζει από το να δεχτούμε έτσι αφελώς ένα "θολό μοντέλο" που αναπαριστά την πραγματικότητα. Από μόνο του δεν συμπεριλαμβάνει τίποτα ασαφές ή αντιφατικό. Υπάρχει διαφορά μεταξύ μιας κουνημένης και "out-of-focus" φωτογραφίας και μεταξύ ενός στιγμιότυπου σύννεφων και ομίχλης.
— Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The present situation in quantum mechanics), Naturwissenschaften
(translated by John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
Το περίφημο νοητικό πείραμα του Σρέντινγκερ θέτει το ερώτημα, "πότε ένα κβαντικό σύστημα σταματάει να υπάρχει σε μια κβαντική υπέρθεση καταστάσεων και γίνεται το ένα ή το άλλο;" (Ποιο τεχνικά, πότε μια πραγματικά κβαντική κατάσταση σταματά να είναι γραμμικός συνδυασμός καταστάσεων, που παριστούν διαφορετικές κλασικές καταστάσεις και αντ' αυτού αρχίζει να έχει μοναδική κλασική συμπεριφορά;) Αν η γάτα επιζεί, θυμάται μόνο ότι ήταν ζωντανή. Αλλά επεξηγήσεις του παράδοξου EPR που είναι συνεπείς με την κλασική μικροσκοπική κβαντομηχανική απαιτούν ότι μακροσκοπικά αντικείμενα, όπως οι γάτες και οι φορητοί υπολογιστές, δεν έχουν πάντα μοναδική κλασική περιγραφή. Το νοητικό πείραμα απεικονίζει αυτό το φαινομενικό παράδοξο. Η διαίσθησή μας προστάζει ότι κανένας παρατηρητής δε μπορεί να βρίσκεται σε μίξη καταστάσεων, όμως η γάτα, όπως φαίνεται από το νοητικό πείραμα, μπορεί να είναι αυτή η μίξη. Χρειάζεται η γάτα να γίνει παρατηρητής, ή από μόνη της η ύπαρξη σε μια καλά καθορισμένη κλασική κατάσταση απαιτεί κάποιον εξωτερικό παρατηρητή; Κάθε εναλλακτική λύση φαίνεται παράλογη για τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος εντυπωσιάστηκε από την ικανότητα του νοητικού πειράματος να τονίζει αυτά τα θέματα. Σε γράμμα του προς τον Σρέντινγκερ το 1950, έγραψε:
Είσαι ο μοναδικός σύγχρονος φυσικός, πέραν του Λάουε, ο οποίος μπορεί να δει ότι κάποιος δε μπορεί απλά να προσπεράσει την υπόθεση της πραγματικότητας, αν θέλει είναι ειλικρινής. Οι περισσότεροι δε βλέπουν το επικίνδυνο παιχνίδι που παίζουν με την πραγματικότητα-πραγματικότητα ως κάτι ανεξάρτητο από αυτό που είναι πειραματικά καθιερωμένο. Η ερμηνεία τους, ωστόσο, αντικρούεται τόσο κομψά από το δικό σου σύστημα του ραδιενεργού ατόμου + ενισχυτή + πυρίτιδα + γάτα στο κουτί, στο οποίο η κυματοσυνάρτηση του συστήματος περιέχει και την ζωντανή γάτα και την κομματιασμένη. Κανένας δε μπορεί να αμφιβάλει ότι η παρουσία ή απουσία της γάτας, είναι κάτι ανεξάρτητο της πράξης του παρατηρητή.
Αίσθηση προκαλεί το γεγονός ότι η πυρίτιδα δεν αναφέρεται στον μηχανισμό του Σρέντινγκερ, ο οποίος χρησιμοποιεί μετρητή Γκάιγκερ ως ενισχυτή και υδροκυάνιο ως πυρίτιδα. Η πυρίτιδα αναφέρθηκε στην αρχική υπόθεση του Σρέντινγκερ 15 χρόνια νωρίτερα και προφανώς ο Αϊνστάιν το συνέχισε στην τωρινή συζήτηση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο Αϊνστάιν όχι μόνο ποτέ δεν συμπάθησε την κβαντική μηχανική αλλά βάσει των πειραματικών αποδείξεων του θεωρήματος του Μπελ (John Stewart Bell) η άποψη του Αϊνστάιν περί κβαντικής σύμπλεξης αποδείχθηκε θεμελιωδώς λάθος.

Αντίλογος

"Πράγματι, η θέση και η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου δεν είναι δυνατό να καθοριστούν την ίδια χρονική στιγμή, αλλά κάτι τέτοιο σημαίνει απλώς ότι αυτές  δεν είναι οι κατάλληλες ποσότητες που πρέπει να χρησιμοποιούμε για την περιγραφή του. Αυτό που χαρακτηρίζει το ηλεκτρόνιο ή οποιοδήποτε σύνολο σωματιδίων κάθε χρονική στιγμή είναι μια κυματοσυνάρτηση. Αν υπάρχει ένας άνθρωπος που παρατηρεί τα σωματίδια, τότε η κατάσταση ολόκληρου του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του παρατηρητή, περιγράφεται από μια ενιαία κυματοσυνάρτηση."
Steven Weinberg, Όνειρα για μια Τελική Θεωρία, 1995 - κάτοπτρο (Dreams of a Final Theory, 1992 - Pantheon Books) (ISBN 9607023943)/(ISBN 9780679744085)