Šrēdingera kaķis

Šrēdingera kaķis ir Austrijas fiziķa Ervīna Šrēdingera 1935. gadā izstrādātais domu eksperiments, ko dažkārt raksturo kā paradoksu. Tas ilustrē viņa skatījumu uz kvantu mehānikas pielietojuma vienkāršiem objektiem Kopenhāgenas interpretācijas problēmu. Šajā eksperimentā kaķis vienlaikus var būt gan dzīvs, gan miris, šāds stāvoklis pazīstams kā kvantu superpozīcija, kas saistīta ar izlases veida subatomāru notikumu, kas vai nu var, vai nevar notikt. Šis domu eksperiments bieži vien tiek atspoguļots arī teorētiskās diskusijās par kvantu mehānikas interpretāciju. Eksperimenta izstrādes laikā Šrēdingers radīja terminu kvantu sapinums (Quantum entanglement, Verschränkung, квантовая запутанность).

 Izcelsme un motivācija 
Šo domu eksperimentu Šrēdingers veltīja kā diskusiju sakarā ar EPR rakstu (tā nosaukts pēc tā autoru — Einšteina, Borisa Podoļska un Rozena uzvārdu pirmajiem burtiem).Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?   A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935) EPR rakstā tika uzsvērta kvantu superpozīcijas dīvainā daba, kurā var būt tāda kvantu sistēma kā atoms vai fotons, pastāvošs kā dažādu iespējamu stāvokļu kombinācija, kas atbilst dažādiem iespējamiem iznākumiem. Dominējošā teorija, saukta par Kopenhāgenas teoriju, apgalvoja, ka kvantu sistēma paliek superpozīcijā tik ilgi, līdz tā iedarbojas ar ārējo pasauli. Kad tas notiek, superpozīcija sabrūk, veidojot vienu vai otru iespējamo noteikto stāvokli. EPR eksperiments parādīja, ka sistēma ar vairākām daļiņām, starp kurām ir lieli attālumi, varētu būt šādā superpozīcijā. 

Šrēdingers aprakstīja, kā principā varētu radīt superpozīciju liela mēroga sistēmā, padarot to atkarīgu no superpozīcijā esošas kvantu daļiņas. Viņš ierosināja scenāriju ar kaķi slēgtā kamerā, kur kaķa dzīvība vai nāve atkarīga no radioaktīvas vielas atoma. Saskaņā ar Šrēdingera teikto, Kopenhāgenas interpretācija nozīmē, ka kaķis vienlaikus ir gan dzīvs, gan miris, līdz stāvoklis tiek novērots. Protams, Šrēdingera mērķis nebija popularizēt dzīvus vai mirušus kaķus. Gluži pretēji, viņš šo piemēru izmantoja, lai ilustrētu absurdo viedokli par kvantu mehāniku. Taču kopš Šrēdingera fiziķi veidojuši dažādas kvantu mehānikas interpretācijas, dažas no kurām "dzīvu un mirušu" kaķu superpozīciju uzskata par diezgan reālu. Paredzēts kā Kopenhāgenas interpretācijas kritika, šis Šrēdingera domu eksperiments joprojām ir nozīmīgs kritērijs mūsdienu kvantu mehānikas interpretācijām. Fiziķi bieži aplūko, kā katra interpretācija attiecināma uz Šrēdingera kaķi, ilustrējot un salīdzinot katras interpretācijas īpašās iezīmes, stiprās un vājās puses.

 Domu eksperiments 
Šrēdingers rakstīja: Reproduced with some inaccuracies here:
Schroedinger: "The Present Situation in Quantum Mechanics." 5. Are the Variables Really Blurred?Varētu pat izdomāt diezgan smieklīgu gadījumu. Kaķis ir ieslodzīts tērauda kamerā kopā ar šādu ierīci (kas jānodrošina pret tiešu kaķa iejaukšanos): Geigera skaitītājā ir nedaudz radioaktīvas vielas, tik maz, ka varbūt stundas laikā var sabrukt viens no tās atomiem, bet ar tādu pašu varbūtību arī nesabrukt; ja tas notiek, skaitītāja caurule izlādējas un ar releja palīdzību atbrīvo āmuru, kas sadauza mazu zilskābes ampulu. Atstājot šo sistēmu mierā uz stundu, varētu teikt, ka kaķis joprojām ir dzīvs, ja tai laikā neviens atoms nav sadalījies. Pirmā atoma sadalīšanās to nonāvētu. Sistēmas psi funkcija izpaustos tādējādi, ka mums būtu dzīvs un miris kaķis (piedodiet par izteiksmi) sajaukts vai izšļakstīts vienādās daļās.

 Eksperimenta interpretācijas 
Kopš Šrēdingera laika ir ierosinātas vēl citas kvantu mehānikas interpretācijas, kas sniedz dažādas atbildes uz jautājumiem, cik ilgi tiek saglabātas superpozīcijas un vai tās sabrūk. Interesanta ir Hjū Evereta 1957. gadā formulētā "daudzu pasauļu" interpretācija, kad pēc kastes atvēršanas rodas novērotājs, kas skatās uz kasti ar dzīvu kaķi un novērotājs, kas skatās uz kasti ar mirušu kaķi.

 Atsauces 

 Ārējās saites 
  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 

Kategorija:Kvantu mehānika
Kategorija:Kaķi