Kucing Schrödinger

Kucing Schrödinger adalah suatu eksperimen pikiran, terkadang digambarkan juga sebagai paradoks, yang dirancang oleh fisikawan Austria, Erwin Schrödinger, pada tahun 1935. Eksperimen ini menggambarkan apa yang dilihatnya sebagai masalah interpretasi Kopenhagen mekanika kuantum yang diterapkan pada objek sehari-hari. Skenario ini menyajikan kucing yang mungkin secara bersamaan berada dalam keadaan hidup atau mati, sebuah kondisi yang dikenal sebagai superposisi kuantum, sebagai akibat dari hubungan dengan peristiwa subatomik acak yang mungkin terjadi atau mungkin tidak terjadi. Eksperimen pemikiran ini juga sering ditampilkan dalam diskusi teoretis tentang interpretasi mekanika kuantum. Schrödinger menciptakan istilah Verschränkung (belitan) untuk mengembangkan eksperimen pikiran.

 Asal dan motivasi 
jmpl|kiri|Figur seukuran kucing hidup di taman Huttenstrasse 9, Zurich, dimana Erwin Schrödinger tinggal pada tahun 1921–1926. Tergantung kepada kondisi cahaya, kucing akan tampak baik hidup ataupun mati.
Schrödinger mengajukan eksperimen pemikirannya sebagai diskusi tentang artikel EPR—yang dinamai sesuai dengan pengarangnya Einstein, Podolsky, dan Rosen—pada tahun 1935.Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?  A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935) Artikel EPR menyoroti sifat aneh dari superposisi kuantum, di mana sistem kuantum seperti atom atau foton dapat ada sebagai kombinasi dari beberapa keadaan yang sesuai dengan kemungkinan hasil yang berbeda. Teori yang berlaku, yang disebut interpretasi Kopenhagen, mengatakan bahwa sistem kuantum tetap berada dalam superposisi ini sampai berinteraksi dengan, atau telah diamati oleh dunia luar, pada saat di mana waktu superposisi kolaps ke dalam satu keadaan definitif atau keadaan definitif lain yang mungkin. Percobaan EPR menunjukkan bahwa sistem dengan banyak partikel yang dipisahkan oleh jarak yang jauh bisa berada dalam posisi superposisi. Schrödinger dan Einstein bertukar surat tentang artikel EPR Einstein, yang mana pada waktu itu Einstein menunjukkan bahwa keadaan suatu drum bubuk mesiu yang tidak stabil, setelah beberapa saat, dapat mengandung superposisi dari kedua kondisi baik meledak dan tidak meledak.

Untuk lebih menggambarkannya, Schrödinger menggambarkan bagaimana seseorang pada prinsipnya dapat menciptakan superposisi dalam sistem berskala besar dengan membuatnya bergantung pada partikel kuantum yang berada dalam posisi superposisi. Dia mengusulkan skenario dengan seekor kucing di ruang baja yang terkunci, di mana kehidupan atau kematian kucing bergantung pada keadaan sebuah atom radioaktif, apakah atom itu akan meluruh dan memancarkan radiasi atau tidak. Menurut Schrödinger, penafsiran Kopenhagen menyiratkan bahwa kucing itu tetap dalam keadaan baik hidup maupun mati sampai peristiwa itu telah diamati. Schrödinger tidak ingin mempromosikan gagasan tentang kucing yang mati dan hidup sekaligus sebagai kemungkinan yang serius; Sebaliknya, ia menginginkan contoh tersebut untuk menggambarkan absurditas pandangan mekanika kuantum yang ada. Namun, sejak zaman Schrödinger, interpretasi matematika mekanika kuantum lainnya telah dikembangkan oleh para fisikawan, beberapa di antaranya menganggap superposisi kucing "hidup dan mati" itu cukup nyata. Ditujukan sebagai kritik terhadap interpretasi Kopenhagen (ortodoksi yang berlaku pada tahun 1935), eksperimen pemikiran kucing Schrödinger tetap merupakan pendefinisian batu ujian untuk interpretasi modern mekanika kuantum. Fisikawan sering menggunakan cara-cara setiap interpretasi berhubungan dengan kucing Schrödinger sebagai langkah untuk menggambarkan dan membandingkan ciri, kekuatan, dan kelemahan masing-masing interpretasi.

 Eksperimen pikiran 
Schrödinger menulis:"The Present Situation in Quantum Mechanics: A Translation of Schrödinger's 'Cat Paradox' Paper" by John D. Trimmer, Proceedings of the American Philosophical Society
124:5 (Oct. 10, 1980), 323-338, 328. , reproduced with some inaccuracies here:
Schroedinger: "The Present Situation in Quantum Mechanics." 5. Are the Variables Really Blurred? 

Eksperimen pemikiran Schrödinger yang terkenal mengajukan pertanyaan, "kapan sistem kuantum berhenti ada sebagai superposisi suatu keadaan dan menjadi satu atau keadaan yang lain?" (Secara lebih teknis, kapan keadaan kuantum yang sebenarnya berhenti menjadi kombinasi linear kejadian, yang masing-masing menyerupai kejadian-kejadian klasik yang berbeda, dan malah mulai memiliki deskripsi klasik yang unik?) Jika kucing bertahan hidup, ia hanya ingat hidup saja. Namun penjelasan eksperimen EPR yang konsisten dengan mekanika kuantum mikroskopis standar mensyaratkan bahwa benda makroskopik, seperti kucing dan notebook, tidak selalu memiliki deskripsi klasik yang unik. Eksperimen pemikiran menggambarkan paradoks yang nyata ini. Intuisi kita mengatakan bahwa tidak ada pengamat yang bisa berada dalam pembauran kejadian-namun kucingnya, seperti tampak dari eksperimen pemikiran, bisa menjadi pembauran semacam itu. Apakah kucing itu harus menjadi pengamat, atau apakah keberadaannya dalam satu keadaan klasik yang terdefinisi dengan baik membutuhkan pengamat eksternal lain? Setiap alternatif tampak tidak masuk akal bagi Einstein, yang terkesan dengan kemampuan eksperimen pemikiran menyoroti masalah ini. Dalam sebuah surat kepada Schrödinger tertanggal 1950, dia menulis:

Perhatikan bahwa muatan bubuk mesiu tidak disebutkan dalam setingan Schrödinger, yang menggunakan pencacah Geiger sebagai penguat dan racun hidrogen sianida alih-alih bubuk mesiu. Bubuk mesiu itu telah disebutkan dalam saran awal Einstein kepada Schrödinger 15 tahun sebelumnya, dan Einstein meneruskannya ke diskusi saat ini.

 Interpretasi eksperimen 
Sejak zaman Schrödinger, interpretasi mekanika kuantum lainnya telah diajukan. Interpresi-interpretasi ini memberikan jawaban yang berbeda atas pertanyaan yang diajukan oleh kucing Schrödinger tentang berapa lama superposisi bertahan dan kapan (atau apakah) mereka runtuh.

 Interpretasi Kopenhagen 

Interpretasi mekanika kuantum yang umum dipegang adalah interpretasi Kopenhagen. Dalam penafsiran Kopenhagen, sebuah sistem berhenti menjadi superposisi suatu kejadian dan menjadi salah satu atau kejadian yang lain saat pengamatan berlangsung. Eksperimen pemikiran ini memperjelas fakta bahwa sifat pengukuran, atau observasi, tidak terdefinisi dengan baik pada interpretasi ini. Eksperimen ini dapat diinterpretasikan bahwa ketika kotak ditutup, sistem secara simultan ada dalam superposisi kejadian-kejadian "inti meluruh/kucing mati" dan "inti tidak meluruh/kucing hidup", dan hanya ketika kotak dibuka dan sebuah observasi dilakukan barulah fungsi gelombang runtuh ke salah satu dari dua keadaan.

Namun, salah satu ilmuwan utama yang terkait dengan penafsiran Kopenhagen, Niels Bohr, tidak pernah memikirkan keruntuhan fungsi gelombang yang diinduksi oleh pengamat, sehingga kucing Schrödinger tidak menjadikan teka-teki kepadanya. Kucing itu akan mati atau hidup lama sebelum kotak dibuka oleh seorang pengamat sadar. Analisis percobaan yang sebenarnya menemukan bahwa pengukuran saja (misalnya dengan pencacah Geiger) cukup untuk menutup fungsi gelombang kuantum sebelum ada pengamatan sadar terhadap pengukuran, meski validitas desain mereka diperdebatkan. Pandangan bahwa "pengamatan" diambil saat partikel dari nukleus menyentuh detektor dapat dikembangkan menjadi teori keruntuhan objektif. Eksperimen pemikiran membutuhkan "pengamatan tak sadar" oleh detektor agar bentuk gelombang runtuh terjadi. Sebaliknya, pendekatan banyak dunia menyangkal bahwa keruntuhan pernah terjadi.

 Interpretasi banyak-dunia dan sejarah konsisten 
jmpl|ka|350px|Paradoks mekanika kuantum "Kucing Schrödinger" menurut interpretasi banyak-dunia. Dalam penafsiran ini, setiap kejadian adalah titik cabang. Kucing itu hidup dan mati—terlepas dari apakah kotak itu terbuka—tetapi kucing "hidup" dan kucing "mati" berada di cabang alam semesta berbeda yang sama nyatanya tetapi tidak dapat berinteraksi satu sama lain.

Pada tahun 1957, Hugh Everett merumuskan interpretasi mekanika kuantum banyak dunia, yang tidak menghususkan pengamatan sebagai proses spesial. Dalam interpretasi banyak dunia, baik kucing dalam keadaan hidup ataupun mati tetap ada setelah kotak dibuka, tetapi dekoheren satu sama lain. Dengan kata lain, saat kotak dibuka, pengamat dan kucing yang mungkin tewas itu berpisah menjadi pengamat melihat sebuah kotak berisi seekor kucing mati, dan seorang pengamat lagi melihat sebuah kotak berisi kucing hidup. Namun karena keadaan mati dan hidup tidak jelas, tidak ada komunikasi atau interaksi yang efektif antara keduanya.

Saat membuka kotak, pengamat menjadi terlibat dengan kucing, jadi "keadaan pengamat" tergantung dari apakah kucing hidup atau kucing mati yang mewujud; masing-masing keadaan pengamat terjerat atau terbelit dengan kucing sehingga "pengamatan keadaan kucing" dan "keadaan kucing" saling terkait satu sama lain. Dekoherensi kuantum memastikan bahwa hasil yang berbeda tidak saling berinteraksi satu sama lain. Mekanisme yang sama dari dekoherensi kuantum juga penting untuk interpretasi dalam hal sejarah konsisten. Hanya "kucing mati" atau "kucing hidup" yang bisa menjadi bagian dari sejarah yang konsisten dalam interpretasi ini.

Roger Penrose mengkritisi hal ini:
 Namun, pandangan arus utama (tanpa harus mendukung interpretasi banyak-dunia) menyatakan bahwa dekoherensi adalah mekanisme yang melarang persepsi simultan semacam itu.Wojciech H. Zurek, "Decoherence and the transition from quantum to classical", Physics Today, 44, pp. 36–44 (1991)

Sebuah varian dari percobaan kucing Schrödinger, yang dikenal sebagai mesin bunuh diri kuantum, telah diusulkan oleh ahli kosmologi Max Tegmark. Eksperimen pikiran ini mengkaji eksperimen kucing Schrödinger dari sudut pandang kucing, dan berpendapat bahwa dengan menggunakan pendekatan ini, seseorang mungkin dapat membedakan antara interpretasi Kopenhagen dan interpretasi banyak-dunia.

 Interpretasi ansambel 
Interpretasi ansambel menyatakan bahwa superposisi tidak lain adalah subansembel dari ansambel statistik yang lebih besar. Vektor kejadian tidak akan berlaku untuk percobaan kucing secara individu, tetapi hanya berlaku pada statistik dari banyak percobaan kucing yang disiapkan dengan sama. Pendukung penafsiran ini menyatakan bahwa hal ini membuat paradoks kucing Schrödinger menjadi masalah sepele, atau bukan sebuah masalah.

Interpretasi ini disajikan untuk membuang gagasan bahwa sistem fisik tunggal dalam mekanika kuantum memiliki deskripsi matematis yang sesuai dengannya dalam cara apa pun.

 Interpretasi relasional 
Interpretasi relasional tidak membuat perbedaan mendasar antara pengamat manusia, kucing, atau aparatus, atau antara sistem bernyawa dan mati; semua adalah sistem kuantum yang diatur oleh peraturan evolusi gelombang fungsi yang sama, tetapi, penafsiran relasional memungkinkan pengamat berbeda dapat memberikan berbagai catatan tentang serangkaian kejadian yang sama, bergantung pada informasi yang mereka miliki tentang sistem tersebut. Kucing dapat dianggap sebagai pengamat aparatus; Sementara itu, eksperimen bisa dianggap sebagai pengamat lain sistem di dalam kotak (kucing ditambah aparatus). Sebelum kotak dibuka, kucing, yang sifatnya hidup atau mati, memiliki informasi tentang keadaan aparatus (atom mengalami pembusukan atau tidak busuk); tetapi eksperimen tidak memiliki informasi tentang keadaan isi kotak. Dengan cara ini, kedua pengamat secara bersamaan memiliki catatan situasi yang berbeda: Kepada kucing, fungsi gelombang aparatus telah tampak "runtuh"; Untuk si penguji, isi kotak itu tampaknya berada dalam posisi superposisi. Tanpa harus menunggu kotak dibuka, kedua pengamat memiliki informasi yang sama tentang apa yang terjadi, yaitu apakah kedua sistem dinyatakan "runtuh" ke hasil yang sama, seekor kucing yang hidup atau mati.

 Interpretasi transaksional 
Dalam interpretasi transaksional aparatus tersebut memancarkan gelombang mundur lanjutan dalam waktu, yang dikombinasikan dengan gelombang yang dipancarkan sumber ke depan pada waktunya, membentuk gelombang berdiri. Gelombang tersebut terlihat nyata secara fisik, dan aparatusnya dianggap sebagai "pengamat". Dalam penafsiran transaksional, keruntuhan fungsi gelombang adalah "atemporal" dan terjadi sepanjang keseluruhan transaksi antara sumber dan peralatan. Kucing itu tidak pernah berada dalam posisi superposisi. Kucing hanya berada dalam satu keadaan pada waktu tertentu, terlepas dari kapan pengamat manusia melihat dalam kotak. Interpretasi transaksional memecahkan paradoks kuantum ini.

 Efek Zeno 
Efek Zeno diketahui menyebabkan penundaan perubahan dari keadaan awal.

Di sisi lain, efek anti-Zeno mempercepat perubahan. Misalnya, jika Anda berulang kali mengintip ke dalam kotak kucing mungkin Anda akan menyebabkan penundaan pada pilihan yang menentukan atau, sebaliknya, mempercepatnya. Efek Zeno dan efek anti-Zeno adalah nyata dan diketahui terjadi pada atom nyata. Sistem kuantum yang diukur harus digabungkan dengan kuat ke lingkungan sekitarnya (dalam hal ini ke aparatus, ruang percobaan... dll.) untuk mendapatkan informasi yang lebih akurat. Namun meskipun tidak ada informasi yang diteruskan ke dunia luar, ini dianggap sebagai ukuran-kuasi, tetapi begitu informasi tentang keselamatan kucing diteruskan ke dunia luar (dengan mengintip ke dalam kotak) pengukuran kuasi berubah menjadi pengukuran. Pengukuran kuasi, sama halnya seperti pengukuran, menyebabkan efek Zeno. Efek Zeno menunjukkan bahwa, meskipun tanpa mengintip ke dalam kotak, kematian kucing pasti akan tertunda atau dipercepat tergantung lingkungannya.

 Teori keruntuhan objektif 
Menurut teori keruntuhan objektif, superposisi hancur secara spontan (terlepas dari pengamatan eksternal) ketika beberapa ambang fisik objektif (waktu, massa, suhu, ireversibilitas, dll.) tercapai. Dengan demikian, kucing tersebut diperkirakan akan berada dalam keadaan pasti jauh sebelum kotak dibuka. Dengan kata lain, "kucing itu mengamati dirinya sendiri", atau "lingkungan mengamati kucing itu".

Teori keruntuhan objektif memerlukan modifikasi mekanika kuantum standar untuk memungkinkan superposisi dihancurkan oleh proses evolusi waktu.

 Penyelesaian berdasarkan teori kuantum standar dan eksperimen 
Schrodinger meninggal sebelum investigasi sifat nonlokal dari sistem terjerat yang diprakarsai oleh karya John Bell pada tahun 1964.Bell, J.S., (1964). "On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox," Physics 1, 195-200.Gilder, L., (2008). The Age of Entanglement: When Quantum Physics Was Reborn (Alfred A. Knopf). Paragraf ini meninjau kembali masalah kucing Schrodinger sehubungan dengan pengetahuan terkini tentang nonlokalitas. Karya Bell telah menuntun kepada eksperimen dengan pasangan foton terbelit yang menunjukkan sifat keterikatan nonlokal.Clauser, J. F., and Freedman, S. J. (1972). "Experimental test of local hidden-variables theories," Physical Review Letters 26, 938-941.Aspect, A., Dalibard, J. and Roger, G., (1982), "Experimental test of Bell's inequalities using time-varying analyzers," Physical Review Letters 49, 1804-1807.Herbert, Nick (1985). Quantum Reality: Beyond the New Physics (Doubleday), Chps.11, 12. Pengujicoba mampu memvariasikan "fase" kuantum dari subsistem yang terjerat (yaitu kedua foton), sehingga memungkinkan untuk pertama kalinya memahami dengan tepat apa yang diposisikan saat sistem kuantum terbelit.Rarity, J.G., and Tapster, P.R., (1990), "Experimental violation of Bell's inequality based on phase and momentum," Physical Review Letters 64, 2495-2498.Ou, Z.Y., Zou, X.Y., Wang, L.J., and Mandel, L. (1990), "Observation of nonlocal interference in separated photon channels," Physical Review Letters 66, 321-324.Hobson, A. (2017). Tales of the Quantum: Understanding Physics' Most Fundamental Theory (Oxford University Press) Efek interferensi yang diamati pada berbagai fase foton mengungkapkan bahwa keadaan yang dililit bukanlah superposisi dari keadaan foton individu yang berbeda, tetapi merupakan superposisi dari kemungkinan korelasi antara keadaan foton. Keadaan terjerat yang timbul dari pengukuran hanyalah kasus khusus dari keadaan terjerat nonlokal, yaitu kasus di mana kedua fase subsistem ditetapkan menjadi nol sehingga hasilnya berkorelasi 100% secara positif. Dengan demikian, keadaan kucing Schrodinger hanyalah sebuah superposisi dari dua korelasi: Seekor kucing hidup berkorelasi sempurna dengan inti yang tidak meluruh, dan seekor kucing yang mati berkorelasi sempurna dengan inti yang meluruh.Hobson, A. (2017). "Review and suggested resolution of the problem of Schrodinger's cat," Contemporary Physics 59, 16-30. Artinya, dalam setiap uji coba eksperimental percobaan kucing, kita akan menemukan kucing hidup dan inti yang tidak meluruh atau kucing mati dan inti yang meluruh. Inilah yang kita inginkan, dan tidak ada paradoks disini. Fisika kuantum tidak memprediksi kucing mati-dan-hidup yang tersuperposisikan, dan paradoks tersebut seharusnya tidak ada.

 Referensi 

 Pranala luar 
 Erwin Schrödinger (1935) The Present Situation in Quantum Mechanics  (translation of 3-part  and pp. 823–828, 844–849) Schrödinger's cat paper
  A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen (1935) Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?, Physical Review, Vol. 47, p. 777. The EPR paper
  Phillip Yam (October 10, 2012) Bringing Schrödinger's Cat to Life, Scientific American. Describes investigations of quantum "cat states" and wavefunction collapse by Serge Haroche and David J. Wineland for which they won the 2012 Nobel Prize in Physics
  Tony Leggett (August 2000) New Life for Schrödinger's Cat, Physics World, p. 23-24. Article on experiments with "cat state" superpositions in superconducting rings, in which the electrons go around the ring in two directions simultaneously.
 Information Philosopher on Schrödinger's cat More diagrams and an information creation explanation.

  Schrödinger's cat in audio produced by Sift


Kategori:Konsep fisika
Kategori:Paradoks fisik
Kategori:Pengukuran kuantum
Kategori:Kucing fiktif
Kategori:Eksperimen pikiran dalam mekanika kuantum