Schrödingerren katua

Schrödinger-en katua esperimentu hipotetiko bat da, Erwin Schrödinger fisikari austriarrak 1928an argitaratutako paradoxa bat. Kopenhageko interpretazioak eguneroko objektuei aplikatutako mekanika kuantikoaren interpretazioa modu ezberdinean ulertzen zuen eta hauei arrazoia kentzeko asmotan planteatu zuen. Gerora ikusi da Schrödinger-ek eginiko ekuazio matematikoak egokiak zirela, baina interpretatzeko moduan ez zuela asmatu. Izan ere, gaur egun gainezarri den teoria uhin-partikularen dualtasuna da.

Mekanika kuantikoa: Einstein 

Fisikaren gaur egungo mundua bi teoria nagusien inguruan sortu zen, mekanika kuantikoa eta erlatibitatearen teoria orokorra. Hasiera batean bi teoriek printzipio erabat desberdinak zituzten. Einsteinek XX.mendean definitu zituen erlatibitatearen teoriaren postulatuak froga enpirikoetan oinarritzen dira.

Horrela, teoria kuantikoak, erlatibitate teoriaren printzipio batzuk utzi zituen kanpo; hala nola, teoria erlatibistaren kausalidadea erabiliz azaltzen zen tokiko printzipioa. Einsteinen jarrera, mekanika kuantikoa postulatzea izan zen, hau osatu gabea izan arren. Bere argudioa eta toki eta determinismo falta frogatzeko asmoz, Einstein eta bere laguntzaileetako batzuk Einstein-Podolski-Roisenberg (EPR) deituriko postulatua argitaratu zuten, EPR paradoxa, hain zuzen. Partikula baten estatua neurtzen dugunean, bestearen egoera aldatu daiteke bat-batean, nahiz eta bi partikula hauek urrun egon bata bestearengatik. Bi partikulak iraganean erreakzionatu dutenez behatzaile batek partikula baten momentua neurtzean bestearena ondorioztatzen du. Gauza bera posizioarekin. Hau elkarketa kuantikoari esker gertatzen da. Nahiz eta EPR paradoxa izan hasiera batean, zaila baitzen mekanika kuantikoaren ikuspuntutik ulertzea, gerora mundu errealean benetan gertatzen zena zela ikusi zen.

Albert Einstein, Louis de Broglie eta beste askoren lanari esker, gaur egungo teoria zientifikoak partikula guztiek uhin-izaera ere badutela esaten da.

Bi bando, interpretazio ezberdina 
1927an kopenhageko interpretazioa argitaratu zuen Niels Bohr fisiko dinamarkarrak, Max Born eta Werner Heisenbergen laguntzaz. Interpretazio hau saiatzen da uhin-partikula dualtasuna kontzeptua gizakiak ulertu ahal izateko modu egokian azaltzen. Honekin batera ziurgabetasunaren printzipioa argitaratu zuten, partikula baten posizioa eta momentua aldi berean zehaztu ezin daitekeela adieraziz.

Informazio guztia esperimentuetako emaitzetatik lortu zuten. Nahiz eta konprobatutako printzipioetan oinarritu eta positibista gehienek ondo onartu, Einstein eta beste fisiko askok ez zuten onartu, kritika asko eginez.

Alde batetik, Bohr, Heisenberg, Born eta, bestetik, Schrodinger, Einstein.. Ekuazio berak erabiltzen dituzte, baina interpretazioan kontrajartzen dira. Lehenei arrazoia kentzeko Schrodingerrek katuaren esperimentu hipotetikoa planteatzen du, katuak ezin duela aldi berean bizirik eta hilik egon adieraziz.

1924an, Louis de Brogliek, bere hipotesia formulatu zuen, materia guztiak, ez bakarrik argiak, uhin-izaera zuela aldarrikatuz; era honetan erlazionatu zituen edonolako materiaren uhin-luzera (λ) eta momentu lineala (p): λ=h/p

Esperimentua: Schrödinger katua 
Schrödingerren katuaren esperimentua edo Schrödingerren  paradoxa, 1935.urtean Erwin Schrödinger fisikari austriarrak eginiko esperimentu hipotetikoa da. Honen funtsa  mekanika kuantikoaren barnean sortzen diren aurkako interpretazioak azaltzea da.

Esperimentua 
Schrödingerrek sistema bat proposatzen du, non katu bat kaxa itxi eta opako baten barruan dagoen, gas toxiko eta hilgarri batekin, azido zianhidrikoa, eta gailu bat. Gailuak, partikula erradioaktibo bakarra du, eta honek desintegratzeko %50eko probabilitatea du denbora jakin batean. Horrela, partikula desegiten bada, gas toxikoa libre geldituko da katuaren heriotza eraginez.

Denbora jakin hori pasa ondoren, gailua aktibatzearen eta honen ondorioz katuaren heriotza gertatzearen probabilitatea %50a da. Era berean, gailua ez aktibatzeko eta katua bizirauteko probabilitatea berdina izango da, %50a. Mekanika kuantikoaren printzipioen arabera, momentu horretan katua era berean hilda eta bizirik egongo da; egoera hori superposizioa da.

Einsteinek esaten zuen ezin zela probabilitate kontua izan, partikulak ezin duela eduki egoera superposizio bat. Partikulak berez egoera bakar bat, “Jainkoa ez da dadotan ibiltzen”.

Gaur egun 

Printzipio hau katuaren sistemari aplikatuz, katua hilda eta bizirik egongo da aldi berean, eta honi superposizioa deritzo. Baina kaxa irekitzean eta katuaren egoera egiaztatzean, superposizioaren egoera deuseztatuko dugu, katuaren egoera bakarra izango delako begiratzerakoan. Hau da, katua hilda edo bizirik egongo da, ez bi egoerak batera.

Eta hori da paradoxaren funtsa, sistemaren deskripzio klasikoaren arabera, katua hilda ala bizirik egongo da kaxa ireki eta bere egoera egiaztatu baino lehen. Mekanika kuantikoaren arabera, sistema egoera posible guztien superposizioan egongo da, hau da, behatzaileak parte hartu arte ezin da sistemaren ondorioa aurreikusi, soilik egoera posibleen probabilitateak. Beraz, esan daiteke superposizioa mekanika kuantikoaren printzipio bat dela eta honen arabera, elektroi bat bi posiziotan egon daiteke (spina gora edo behera) bi detektagailu ezberdinez detektaturik. Baina printzipio honek, esan bezala, elektroiak bezalako partikula txikietan balio du soilik, mundu makroskopikoan, katuaren kasua bezala, partikulek elkarrekintza handiak dituzte euren arten eta ez da printzipioa betetzen.

Bi egoeren gainezarpen honen ondorioz partikula atomikoen izaera duala azaldu daiteke, aldi berean argi eta partikula izaera duena, zeintzuetan printzipioa bete egiten den (agertu edo desagertu egin daitezke momentu berean, adibidez) bi errealitate paralelo erakutsiz.

Egoera hauek errepresentagarriak dira, 0 eta 1 zenbakien bitartez adierazten dira, ingelesez “bit” izena dutenak. Honela 4 egoera kuantiko edo “qubit” ezberdin aurki genitzake: 00, 01, 10, 11. Qubit bat eratzeko, beraz, bi egoera gainezarri izan behar ditugu.

Egoera kuantiko horiek argi ikus daitezke elektroien spinean oinarritzen bagara. Bi elektroi hartzen baditugu, 00 edo 11 egoerak baditugu, biek spin berbera izango dute, egoera batean biak gora izanik eta bestean behera. 01 edo 10 egoerak izaten baditugu, ordea, bi elektroiek kontrako norantza izango dute: gora eta behera edo behera eta gora.

Schrödingerren garrantzia 
Schrödinger-en ekarpenak ugariak izan ziren kuantikan, garrantzitsuena Schrödinger Ekuazioa izanik. Ekuazio hau sistema fisiko baten egoera kuantikoa deskribatzen duen uhin-funtzioa da. Ekuazio honek zenbait interpretazio izan zitzakeen: Schrödinger-en ikuspuntutik, pentsatzen zuen ekuazioari zerbait gehiago falta zitzaiola, ondo zegoela baina ez zegoela guztiz osaturik. Kontzeptu hau katuaren esperimentuari aplikatzen bazaio, ikusi daiteke desberdintasuna interpretazioan dagoela. Esperimentu hau ezin denez nahi den moduan egin, katua eta pozoiarekin gertatzen dena erreala den ala ez ikusteko, kontuan hartzen dena da bakoitzak hau nola interpretatzen duen, izan ere, edozeinek nahi duena pentsatu eta interpretatu dezakeelako.

Schrödinger katuaren esperimentuan lanean ari zela termino berri bat asmatu zuen: korapilatze kuantikoa. Planteatutako kontzeptu honekin definitu nahi zuen bi partikula kuantiko elkarlotuta egon daitezkeela, eta partikula baten egoera aldatzen bada bestearen egoera ere aldatuko dela. Korapilatze hau bi partikula baino gehiagoko sistemetan ere eman daiteke, non ezin diren definitu partikula indibidualak bezala, baizik eta korapiloa osatzen duen partikula multzoa bezala, non uhin funtzio bakarra duen sistema osoarentzat. Nahiz eta partikula bere sistematik urrundu distantzia handi batera, jokaera berdina izaten jarraituko du, partikula baten egoera aldatuz bestearena ere aldatuko da. Kontuan eduki beharrekoa da bi partikulako sistema batean partikula horietako bat sistema horretatik kanpo dagoen beste zerbaitekin elkarrekintza jasaten badu, elkarlotura hori apurtu egingo dela, ez delako erraza sistema horren egoera mantentzea.

Ikus, gainera 
 Erwin Schrödinger
 Albert Einstein
 Louis de Broglie
 Schrödingerren ekuazio
 Mekanika kuantiko
 Uhin-partikula dualtasuna
 Superposizioa: (Gazteleraz) https://es.wikipedia.org/wiki/Superposici%C3%B3n_cu%C3%A1ntica

Kanpo estekak 
 Jon Matxaini ehu-ko irakasleari schrödingerren katuari buruz egindako elkarrizketa: http://zientzia.eus/zientzia-irratia/schrodinger-eta-katu-bat-kaxa-batean/
 Schrödingerren katuaren esperimentua: (Gazteleraz) https://www.ciencia-ficcion.com/glosario/p/paragato.htm
 Kimika kuantikoan interpretazioaren inguruko eztabaida: (Ingelesez) Information Philosopher on Schrödinger's cat

Fisika paradoxak
Mekanika kuantikoa
Fisika saiakuntzak
Fikziozko katuak