Schrödinger'in kedisi

Başlangıç ve motivasyon

1935 ‘te Schrödinger tasarlamış, kendisinin düşünülmüş deneyini bir tartışma olarak EPR makalesinde yazarların isimleri Einstein, Rodolski ve Rosen.Genel teori diğer adıyla Copenhagen, bir kuantum sistemi reaksiyon gösterene kadar süper pozisyonunda durduğunda ya da gözlendiğinde, dış dünya bir ya da birkaç olası durumda çöker. EPR deneyine göre çok parçacıkla beraber bir sistem geniş bir alana parçalandığında bu süperpozisyon olur. Schrödinger ve Einstein, Einstein’ın EPR hakkındaki makalesini değiştirdiler. Einstein’ın makalesinde belirtildiği gibi stabil olmayan küçük bir fıçı barut bir süre sonra patlayan ve patlamayan süper pozisyonlar içerdi. Daha ayrıntılı açıklamak gerekirse Schrödinger prensipte geniş bir aralıkta kuantum parçacığına bağlı olarak değişen bir süper pozisyon tanımladı. Schrödinger bir senaryo önerdi: kapalı bir kutuda kedinin canlı veya ölü olması radyoaktif atoma bağlı oysaki radyoaktif madde çürümüş ve radyasyon emilmiş veya emilmemiş olabilir. Ona göre kutu açılmadan kedinin ölü olup olmadığını bilemeyiz. Schrödinger kedinin ölü ya da diri olma olasılığı düşüncesini desteklemedi, aksine o kasıtlı olarak kuantum mekaniğinin incelediği varolan saçmalığı örneklendirdi. Ama Schöringer’den beri fizikçiler kuantum mekaniğinin matematiğini yüksek fizik kabul ettiler, bazıları kedinin canlı ya da ölü olması süper pozisyonunu oldukça gerçek kabul etti. Schrödinger’in kedisi, düşünülmüş deney, kuantum fiziğinin modern yorumu olarak Copenhagen yorumuna denk gelir. Fizikçiler Schrödinger’in kedisinin bir yol olarak resimle gösterilmesine ve ayrıntılı özelliklerin karşılaştırılmasına her birinin zayıf ve güçlü yönleriyle karşılaştırılması üzerine anlaştılar.

Düşünülmüş deney

Schrödinger Hatta çok saçma durumlar oluşturulabilir. Bir kedi çelikten bir odaya hapsedilir, onu izleyen bir araçla birlikte, Gieger sayacında küçük, az miktarda radyoaktif bir element vardır, belki de bir saatte atomları parçalanacaktır ama eşit olasılıkta, belki hiçbiri olmayacaktı; eğer gerçekleşirse sayaç tüpü boşalır  ve rölenin serbest bıraktığı çekiç hidrosiyanik şişesini kırar. Eğer biri bir saatte kendi kendine bütün sistemden ayrılırsa denebilir ki kedi hala yaşıyor eğer aynı sırada atom aşınmışsa."
Belirsizlik aslında atomik alanı sınırlandırır, atomik alan mikroskopik belirsizlik haline gelir ve gözlemle kararlaştırılır. Bu bizi gerçekte kabul edilen ‘blurred model‘den korur. İçinde hiçbir şeyi somutlaştırmadı temiz olmayan ya da çelişkili.
Erwin Schrödinger: "Schrödinger’in ünlü düşünce deneyinden bir soru bir kuantum sistemi var olmayı bıraktığı zaman süper pozisyon bir diğeri haline gelebilir mi? (Daha teknik bir deyişle gerçek kuantum durumların lineer kombinasyonu olmayı bıraktığı zaman,hangileri farklı klasik durumlarda benzerlik gösterir ve tek klasik kullanım yerine olmaya başladı?) Eğer kedi kurtulursa sadece hayatta olduğunu hatırlar. Ama EPR deneylerinde standart mikroskopik kauntum mekaniğinin makroskopik nesneler gerektirdiği vardır, mesela kedi ve defter her zaman eşsiz klasik tanımlamayı yapamaz. Bu düşünce deneyi örneklerle açıklar bu apaçık paradoksu. Sezgilerimiz der ki durumları karıştırabilen gözlemci yok, görünüyor ki düşünülmüş deneyler karıştırılabilir. Kedi bir gözlemciye ihtiyaç duyar mı ya da kedi iyi tanımlanmış tek bir durum için dışarıdan başka bir gözlemciye ihtiyaç duyar mı ? Bütün alternatifler düşünsel deneyden etkilenen Albert Einstein’a absürt göründü. 1950’de Schrödinger’e bir mektup gönderdi Loue dışında, eğer dürüstsen gerçeklik varsayımı çevresinde dolaşamayan tek çağdaş fizikçi sensin. Gerçeklik, yayınlanan deneysellikten bağımsızdır. Çoğu basitçe göremez ne çeşit hayali riskli oyundur gerçeklikle oynanan. Ama onların yorumu  şık bir şekilde senin radyoaktif atom-barut kutuda kedi sisteminle çürütülmüştür,dalga fonksiyonu olan sistem kedinin canlı ya da havaya uçmuş olmasını içerir. Kimse gerçekten evhamlanmadı kedinin varlığı ya da yokluğu üzerine bir şeyler gözlemlemeden bağımsızdı."
Not olarak baruttan sorumlu olmak Schrödinger’in deneysel kurulumunda bahsedilmedi, barut yerine hidrosiyanik asit, Geiger sayacı da yükseltici olarak kullanıldı.

Deneyin yorumu

Schrödinger’in zamanından beri kuantum mekaniğinin diğer yorumları önerilmiş farklı cevaplar verilen sorular konumlandırılmış, Schrödinger’in kedisi tarafından ne kadar süperpozisyon olduğu ve ne zaman hapsoldukları üzerine.

Copenhagen yorumu

Copenhagen yorumlaması kuantum mekaniğinde en yaygın rağbet gören yorumlamadır. Copenhagen yorumlamasında gözlem yer aldığında sistem durumların süperpozisyonu olmaktan çıkar ve her ikisinden biri haline gelir. İyi tanımlanmamış yorumda bu düşünülmüş deney aslında doğanın ölçülebildiğini ya da gözlenebildğini gösterdi. Kutu kapalıyken bu deney anlamlı yorumlanabilirdi, sistem anlık süperpozisyon durumuna geçtiğinde iki durum söz konusu (çürümüş çekirdek-ölü kedi, çürümemiş çekirdek-canlı kedi) ve sadece kutu açılıp gözlemlendiğinde dalga fonksiyonunun iki durumdan birinde kaldığı bilinebilir. Ama önemli bilim adamlarından biri olan Niels Bohr ilişkilendirmişti. Bilinçli bir gözlemciye göre kutu açılmadan önce kedi ölü ya da diri olabilirdi. Kuantum dalga fonksiyonun geçersiz kalması için Asıl deneyin sonucunun yalnız bir ölçüm aracıyla alınması (mesela sadece Geiger sayacıyla) yeterliydi, bilinçli gözlemlerin ölçümleri yoktu. Bir parçacık dedektöre çarptığında bu deneyden alınan bir gözlem objektif çökme teorisini geliştirdi. Büyültmenin gerçekleşebilmesi için bu düşünülmüş deneyin bilinçsizce yapılması lazım. Aksine çöküş gerçekleştiğinde dünyalar yaklaşmasına izin vermez.

Ensemble yorumu

Durum vektörü tek kedi deneyine uygulanamaz ama sadece pek çok hazırlanmış kedi deneyinin istatistiğidir. Ensemble yorumunu destekleyenler Schrödinger’in kedisi paradoksunun gereksiz olduğunu söylediler.

İlişkisel yorum

İlişkisel yorumlama hiçbir temel ayrım yapmaz; insan deneyselci, kedi ya da aparatlar ya da canlı ya da cansız sistemler arasında. Bütün kuantum sistemleri dalga fonksiyonu evrimine dayalı kurallar tarafından yönetilir ve hepsi gözlemciyle ilişkilendirilir. Ama ilişkisel yorumlama aynı serinin etkinliklerini takip eden farklı gözlemcilerin sahip oldukları sistem hakkındaki bilgilere bağlıdır. Aynı zamanda kedi kutunun içindeki sistemin gözlemcisi olarak düşünülebilir. Kutu açılmadan önce doğası gereği canlı ya da ölü olması gereken kedi deney aletleri hakkında gerekli bilgiye sahiptir ama deneyci kutunun durumu hakkında bilgi sahibi değildir. Bu şekilde iki gözlemci de anlık olarak durumu farklı hesaplar. Kediye göre aparatların dalga fonksiyonu deneyciye göre çökmüş görünür, kutunun içi ise süperpozisyon. Kutu açılana kadar iki gözlemci de ne olduğuna dair aynı bilgiye sahiptir, kedi canlı ya da ölü olsa bile iki sistem de çökmüş görünür aynı sonuçlarla.

Nesnel çökme teorisi

Nesnel çarpışma teorilerine göre bazı objektif eşik değerlerinde süper pozisyonlar anında yok edilebilirler. Bu yüzden kutu açılmadan önce kedinin tanımlanan durum boyunca sabit durması beklenir. Genel olarak özetlenirse “kedi kendini gözler” ya da “çevre kediyi gözler.”
Zamanın evriminde süper pozisyonların yok edilmesine izin verildiğinde standart kuantum mekaniğinin nesnel çarpışma teorileri modifikasyona ihtiyacı duyar. Bu süreç tutarsızlık, kuantumda süper pozisyonlar arasındaki açının tutarsızlığı, şu an fizikte bilinen en hızlı süreçtir.

Uygulamalar ve testler

Deney teoriksel açısından zayıf tanımlanabilir ve makine tarafından yapılı olduğu bilinmeden önerildi. Ama başarılı olan deney benzer kuralları mesela süperpozisyonun göreli genişliğini (standart kuantum fizik tarafından) nesneler tarafından sergiledi. Bu deney kedi büyüklüğündeki nesnenin süperpoze olduğunu göstermedi fakat en yüksek limit “kedi durumu” onlar tarafından yukarı taşındı. Pek çok olayda bu durum kısa ömürlüdür: mesela mutlak sıfıra kadar soğutursanız.
“Kedi durumu”na fotonlarla ulaşıldı. Deneye süper iletkenlerle kuantum girişimi cihazı bağlandı ("SQUID"): "Süper pozisyon etkisi bir bilyon elektronun tek yönde yüzmesine ve diğer bilyonun başka bir yöne yüzmesine uyumlu değildi. Süper iletken elektronlar toplu halde hareket ederler. Schrödinger’in kedisi durumunda, SQUID içindeki bütün süper iletken elektronlar döngü etrafında bir kere her iki yöne de yüzerler. Berilyum  iyonu süperpoze durumunda kapana kısılmıştır. Pizoelektrik yapılıydı,süper pozisyonların titreşen ve titreşmeyen seviyelerine konulmuştu. Rezonatör yaklaşık 10 trilyon atom içeriyordu. Deney, önerilen bir grip virüsü içeriyordu. Kuantum hesaplamaları kısaltılmış “kedi durumu” bazı kübitlerin zorluklarının yerini tutar. Kübitler, bütün başlangıçları 0 ve 1 olan süper pozisyonlara eşittir.

Eklentiler

Wigner’ın arkadaşı, farklı bir deneyde dışarıdan iki gözlemci ile birlikte birinci açışta kutuyu kontrol etti ve ikinci gözlemciyle iletişim kurdu. Buradaki mesele, dalga fonksiyonu çarpıştığında birinci gözlemci kutuyu açarsa, ikinci gözlemcinin haberi olur mu? Birinci gözlemcinin gözleminden bunu denetlemekti.
Bir diğer eklenti, yaşam beklentisini kısaltan Schrödinger'in sahte kedi senaryosu tartışmaya yol açmasına rağmen, önde gelen fizikçiler önerilenden uzağa gittiler ve gök bilimciler 1998’de evrende kara enerjiyi gözlemlediler.