Kucing Schrödinger

Kucing Schrödinger () ialah suatu uji kaji pemikiran atau juga paradoks yang menggambarkan masalah interpretasi Copenhagen mekanik kuantum yang dipakai pada objek seharian.

Paradoks ini dicetuskan dalam suatu penulisan oleh seorang ahli fizik Austria bernama Erwin Schrödinger pada tahun 1935 yang mana beliau menyatakan secara ringkasnya:...jika seekor kucing diletakkan dalam suatu tempat bersama suatu bahan yang membunuh kucing tersebut (atom radioaktif) dalam sebuah kotak lalu ditutup kotak tersebut, nasib kucing tersebut tidak diketahui sama ada ia "mati"—akibat asid hidrosianik yang dilepaskan daripada sebuah kelalang yang pecah dipukul—mahupun masih "hidup" sehingga kotak tersebut dibuka, maka kucing tersebut boleh dianggap berada dalam mana-mana nasib begini; begitulah yang diibaratkan mengenai fungsi teori saintifik yang mana teori boleh menjadi salah mahupun benar sehingga ia dapat diuji serta dibuktikan.

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

 Interpretasi Kopenhagen 

Interpretasi mekanik kuantum yang umum dipegang ialah 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 bahawa sifat pengukuran, atau pemerhatian, tidak tertakrif dengan baik pada interpretasi ini.Ia dapat diinterpretasikan bahawa ketika kotak ditutup, sistem secara serentak ada dalam superposisi kejadian-kejadian "kandungan meluruh/kucing mati" dan "kandungan tidak meluruh/kucing hidup", dan hanya ketika kotak dibuka dan sebuah pemerhatian dilakukan barulah fungsi gelombang runtuh ke satu daripada dua keadaan.

Namun, salah seorang saintis utama yang terkait dengan penafsiran Copenhagen, Niels Bohr, tidak pernah memikirkan keruntuhan fungsi gelombang yang diaruh oleh pengamat, sehingga kucing Schrödinger tidak menjadikan teka-teki kepadanya. Kucing itu akan mati atau hidup lama sebelum kotak dibuka oleh seorang pemerhati yang sedar. Analisis percubaan yang sebenarnya menemukan bahawa pengukuran sahaja (misalnya dengan sukatan memakai pembilang atau pencacah Geiger) cukup untuk menutup fungsi gelombang kuantum sebelum ada pengamatan sedar terhadap pengukuran, meskipun reka bentuk mereka diperdebatkan kesahihannya. Pandangan bahawa "pengamatan" diambil saat zarah nukleus menyentuh pengesan dapat dikembangkan menjadi teori keruntuhan objektif. Eksperimen pemikiran memerlukan "pengamatan tak sedar" oleh pengesan agar bentuk gelombang runtuh terjadi. Sebaliknya, pendekatan alam berbilang menyangkal bahawa keruntuhan pernah terjadi.

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

Pada tahun 1957, Hugh Everett merumuskan interpretasi mekanik kuantum banyak dunia, yang tidak mengkhususkan pengamatan sebagai proses khas. Dalam interpretasi banyak dunia, baik kucing dalam keadaan hidup ataupun mati tetap ada setelah kotak dibuka, namun dekoheren satu sama lain. Dengan kata lain, saat kotak dibuka, pengamat dan kucing yang mungkin mati itu berpisah menjadi pengamat melihat sebuah kotak berisi seekor kucing mati, dan seorang pengamat lagi melihat sebuah kotak berisi kucing hidup. Walau bagimanapun, memandangkan nasib kucing dalam kotak ini, tidak ada komunikasi atau interaksi yang efektif antara keduanya.

Saat membuka kotak, pemerhati menjadi terlibat dengan kucing, jadi "keadaan pengamat" bergantung kepada keadaan kucing hidup atau kucing mati yang menjelma; masing-masing keadaan pemerhati terjerat atau terbelit dengan kucing sehingga "pengamatan keadaan kucing" dan "keadaan kucing" saling terkait satu sama lain. Dekoherensi kuantum memastikan bahawa hasil yang berlainan tidak saling berinteraksi satu sama lain. Mekanisme yang sama dalam dekoherensi kuantum juga penting untuk interpretasi dalam hal sejarah konsisten. Hanya "kucing mati" atau "kucing hidup" yang boleh menjadi sebahagian sejarah yang konsisten dalam interpretasi ini.

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

Sebuah kelainan percubaan kucing Schrödinger, yang dikenali sebagai mesin bunuh diri kuantum, telah diusulkan oleh ahli kosmologi Max Tegmark. Uji kaji pemikiran ini mengkaji uji kaji kucing Schrödinger dari sudut pandang kucing dan berpendapat bahawa dengan menggunakan pendekatan ini, seseorang mungkin dapat mencanggahkan antara interpretasi Kopenhagen dan interpretasi banyak-dunia.

 Interpretasi barisan 
Interpretasi barisan menyatakan bahawa superposisi tidak lain ialah subbarisan daripada barisan statistik yang lebih besar. Vektor kejadian tidak akan berlaku untuk ujian terhadap kucing secara individu, namun hanya berlaku pada statistik daripada banyak percubaan kucing yang disiapkan dengan sama. Pendukung penafsiran ini menyatakan bahawa hal ini membuat paradoks kucing Schrödinger menjadi masalah sepele, atau bukan sebuah masalah.

Interpretasi ini disajikan untuk membuang gagasan bahawa sistem fizik tunggal dalam mekanik kuantum memiliki keterangan matematik yang sesuai dengannya dalam cara apa pun.

 Interpretasi relasional 
Interpretasi relasional tidak membuat kelainan mendasar antara pengamat manusia, kucing, atau radas, atau antara sistem bernyawa dan mati; semua ialah sistem kuantum yang diatur oleh peraturan evolusi gelombang fungsi yang sama, namun, penafsiran relasional memungkinkan pengamat berlainan dapat memberikan berbagai-bagai catatan tentang serangkaian kejadian yang sama, bergantung pada maklumat yang dimiliki mereka tentang sistem tersebut. Kucing dianggap sebagai pemerhati radas; Sementara itu, eksperimen ini boleh dianggap sebagai pengamat lain sistem dalam kotak (kucing ditambah radas). Sebelum kotak dibuka, kucing yang sifatnya tidak tentu sama ada hidup atau mati mempunyai maklumat pasti mengenai keadaan radas (atom mengurai atau sebaliknya); namun uji kaji tidak memiliki maklumat tentang keadaan isi kotak. Dengan cara ini, kedua-dua pengamat secara bersamaan memiliki catatan situasi yang berlainan: Kepada kucing, fungsi gelombang radas telah tampak "runtuh"; Untuk si penguji, isi kotak itu tampak berada dalam kedudukan superposisi. Kedua-dua pengamat punyai maklumat yang sama tentang apa yang terjadi tanpa perlu menunggu kotak dibuka, iaitu adakah kedua-dua sistem dinyatakan "runtuh" ​​ke hasil yang sama, seekor kucing yang hidup atau mati.

 Interpretasi transaksional 
Dalam interpretasi transaksional, radas tersebut memancarkan gelombang mundur lanjutan dalam waktu, yang digabungkan dengan gelombang yang dipancarkan sumber ke depan pada waktunya, membentuk gelombang berdiri. Gelombang tersebut terlihat nyata secara jasmani, dan radasnya dianggap sebagai "pengamat". Dalam penafsiran transaksional, keruntuhan fungsi gelombang adalah "atemporal" dan terjadi sepanjang keseluruhan transaksi antara sumber dan peralatan. Kucing ini tidak pernah berada dalam kedudukan superposisi. Kucing hanya berada dalam satu keadaan pada waktu tertentu, terlepas daripada kemungkinan pemerhati manusia melihat dalaman kotak. Interpretasi transaksional memecahkan paradoks kuantum ini.

 Kesan Zeno 
Kesan Kuantum Zeno diketahui menyebabkan penundaan perubahan daripada keadaan awal.

Di sisi lain, kesan anti-Zeno mempercepat perubahan. Misalnya, jika seseorang berulang kali mengintip ke dalam kotak kucing mungkin orang tersebut akan menyebabkan penundaan pada pilihan yang menentukan atau, sebaliknya, mempercepatnya. Kesan Zeno dan kesan 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 radas, ruang percubaan dan sebagainya.) untuk mendapatkan informasi yang lebih tepat. Tetapi meskipun tidak ada maklumat yang diteruskan ke dunia luar, hal ini dianggap sebagai kuasiukuran. Namun 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 kesan Zeno. Kesan Zeno mengajarkan bahawa meskipun tiada intipan yang dilakukan dalam kotak tersebut, kematian kucing pasti akan ditunda atau dipercepat bergantung kepada persekitarannya.

 Teori keruntuhan objektif 
Menurut teori keruntuhan objektif, superposisi hancur secara spontan (terlepas daripada pengamatan luaran) ketika beberapa ambang jasmani objektif (waktu, jisim, suhu, ketidakbolehmunduran, dan sebagainya) tercapai. Dengan demikian, kucing tersebut diperkirakan akan berada dalam keadaan pasti jauh sebelum kotak dibuka. Dengan kata lain, "kucing itu mengamati dirinya sendiri", atau "persekitaran mengamati kucing itu".

Teori keruntuhan objektif memerlukan pengubahsuaian mekanik kuantum piawai untuk memungkinkan superposisi dihancurkan oleh proses evolusi waktu.

 Penyelesaian berdasarkan teori kuantum piawai dan eksperimen 
Schrödinger meninggal dunia sebelum siasatan sifat tidak setempat daripada sistem terjerat diprakarsakan dalam 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). Perenggan ini meninjau kembali masalah kucing Schrodinger sehubungan dengan pengetahuan terkini tentang ketidaksetempatan. Karya Bell telah menuntun kepada uji kaji dengan pasangan foton terbelit yang menunjukkan sifat keterikatan tidak setempat.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. Penguji cuba mampu memvariasikan "fasa" kuantum daripada subsistem yang terjerat (iaitu kedua-dua foton), sehingga membolehkan pemahaman tepat pertama kali 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) kesan interferensi yang diamati pada berbagai fasa foton mengungkapkan bahawa keadaan yang dililit bukanlah superposisi keadaan foton individu yang berlainan, namun merupakan superposisi kemungkinan hubung kait antara keadaan foton. Keadaan terjerat yang timbul daripada pengukuran hanyalah kes khusus keadaan terjerat tiadk setempat iaitu kes yang mana kedua-dua fasa subsistem ditetapkan menjadi sifar sehingga hasilnya berhubung kait 100% secara positif. Dengan demikian, keadaan kucing Schrodinger hanyalah sebuah superposisi daripada dua hubung kait: Seekor kucing hidup berhubung kait sempurna dengan kandungan yang tidak meluruh, dan seekor kucing yang mati berkaitan sempurna dengan kandungan yang meluruh.Hobson, A. (2017). "Review and suggested resolution of the problem of Schrodinger's cat," Contemporary Physics 59, 16-30. Ertinya, dalam setiap eksperimen yang dicubaan kucing diuji akan didapati hidup dan kandungan lain yang tidak meluruh, ataupun kucing tersebut mati dengan kandungan lain tersebut meluruh. Hal inilah yang diinginkan, dan tidak ada paradoks di sini. Fizik kuantum tidak meramal kucing mati-dan-hidup yang tersuperposisikan, dan paradoks tersebut seharusnya tidak ada.

Rujukan

Pautan luar
 Paradoks 'Kucing Schrodinger', Masalah Terbesar Dunia Kuantum

Kategori: Konsep fizik asas
Kategori: Mekanik kuantum