Pisica lui Schrödinger

schrodingers cat1

Pisica lui Schrödinger este un experiment mental, adesea caracterizat ca un paradox, imaginat de fizicianul austriac Erwin Schrödinger în 1935. Ilustrează ce probleme apar dacă se aplică interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice asupra obiectelor din viața de zi cu zi. A imaginat un experiment în care este prezentă o pisică care poate să fie vie sau moartă, în funcție de un eveniment aleator anterior. În timpul elaborării experimentului său a inventat termenul Verschränkung (cu sensul de conexiune cuantică).

Pisica lui Schrödinger: O pisică, împreună cu un flacon cu otravă închis, sunt plasate într-o cutie protejată de orice decoerenţă cuantică indusă de mediul extern. Dacă un detector Geiger-Müller detectează o radiație atunci flaconul va fi spart, eliberând otrava care va ucide pisica. Mecanica cuantică sugerează că după o perioadă pisica este concomitent  vie și  moartă. Totuși, când ne uităm în cutie, vedem pisica ori vie, ori moartă, și nu un amestec de vie și moartă.

Originea și motivarea

Experimentul mental al lui Schrödinger a fost o urmare a discuțiilor despre paradoxul EPR, numit astfel după autorii săi Albert Einstein, Podolsky și Rosen în 1935. Articolul EPR a subliniat natura stranie a superpoziției cuantice. În linii mari, superpoziția cuantică reprezintă combinarea tuturor stărilor cuantice ale sistemului (de exemplu, pozițiile posibile ale particulelor subatomice). Interpretarea Copenhaga arată că superpoziția decade într-o stare definită exact în momentul în care are loc măsurătoarea cuantică.

Schrödinger și Einstein au schimbat mai multe scrisori despre articolul EPR al lui Einstein, în cuprinsul cărora Einstein a subliniat că superpoziția cuantică a unui butoias instabil cu praf de pușcă va conține, după un timp, atât componente explodate cât și neexplodate.

Pentru a demonstra necompletitudinea mecanicii cuantice, Schrödinger i-a aplicat principiile asupra unei ființe vii care poate avea sau nu conștiență. În experimentul mental original al lui Schrödinger, el descrie cum se poate, în principiu, transfera o superpoziție din interiorul unui atom către superpoziția la o scară mai mare a unei pisici vii sau moarte cuplând pisica si atomul cu ajutorul unui ‘‘mecanism diabolic.’’ A propus un scenariu în care viața sau moartea unei pisici aflate într-o cutie închisă depinde de starea unei particule subatomice. Conform lui Schrödinger, interpretarea Copenhaga implică faptul că pisica rămâne în același timp vie și moartă până la deschiderea cutiei.

Schrödinger nu a dorit să promoveze ideea unei pisici moartă-și-vie concomitent ca pe o posibilitate serioasă; din contră: experimentul mental servește la ilustrarea ciudățeniei mecanicii cuantice și a matematicii necesare pentru descrierea stărilor cuantice. Intenționând să aducă o critică interpretării Copenhaga — larg acceptată în 1935 — experimentul mental al lui Schrödinger rămâne o piatră de încercare pentru interpretările mecanii cuantice; modul în care fiecare interpretare tratează problema pisicii lui Schrödinger este adesea folosit ca un mod de a ilustra și a compara fiecare caracteristică, tărie sau slăbiciune ale diverselor interpretări ale mecanicii cuantice.

Experimentul mental

Schrödinger: „Putem imagina chiar cazuri destul de ridicole. O pisică este închisă într-o cameră din oțel, împreună cu următorul dispozitiv (care trebuie să fie ferit de interacțiunea directă cu pisica): într-un detector Geiger-Müller se află o cantitate mică de material radioactiv, atât de mică încât, în decurs de o oră, doar un singur atom probabil se va dezintegra, sau cu egală probabilitate, poate niciunul; dacă totuși se întâmplă, detectorul Geiger va genera un semnal si prin intermediul unui releu eliberează un ciocan care sparge o mică fiola de cianură. Dacă lăsam nesupravegheat întregul sistem timp de o oră, putem spune că pisica trăiește încă dacă în acest timp nici un atom nu s-a dezintegrat. Funcția de undă a întregului sistem va exprima acest fapt având în ea pisica vie-și-moartă (scuzați expresia) sau împrăștiată în părți egale.

Este tipic pentru aceste cazuri ca o nedeterminare localizată inițial la nivel atomic să fie transformată într-o nedeterminare la nivel macroscopic, care poate fi apoi rezolvată prin observare directă. Asta ne împiedică să acceptăm în mod naiv ca valid un “model neclar” pentru a reprezenta realitatea. Prin el însuși el nu conține nimic neclar sau contradictoriu. Există o mare diferență între o fotografie mișcată sau nefocalizată și o fotografiere clară a norilor și a pâlcurilor de ceață.”

Textul de mai sus este o traducere a două paragrafe dintr-un articol original mult mai mare, care a apărut in revista germană Naturwissenschaften (“Științele naturii”) în 1935.

Faimosul experiment mental al lui Schrödinger ridică întrebarea: când un sistem cuantic încetează să existe ca un amestec de stări și devine unul dintre ele? (Mai tehnic, când încetează starea cuantică actuală să mai fie o combinație liniară de stări, fiecare dintre ele semănând cu stări clasice diferite, începând în schimb să aibă o descriere clasică unică?)

Dacă pisica supraviețuiește, ea își amintește că a fost mereu vie. Însă consecințele experimentului EPR care sunt consistente cu mecanica cuantică microscopică standard arată că obiectele macroscopice, precum pisicile, nu au tot timpul o descriere clasică unică. Scopul experimentului mental este de a ilustra acest aparent paradox: intuiția noastră spune că nici un observator nu poate fi într-un amestec de stări, în timp ce pisicile, spre exemplu, pot să fie un asemenea amestec.

E nevoie ca pisicile să fie observatori, sau existența lor într-o singură stare clasică bine definită necesită un alt observator extern? Ambele alternative i-au părut absurde lui Albert Einstein, care a fost impresionat de abilitatea experimentului de a sublinia aceasta; într-o scrisoare către Schrödinger datând din 1950 el scrie:

„Ești singurul fizician contemporan, în afara lui Laue, care observă că nu putem face supoziții asupra realității — dacă suntem corecți. Cei mai mulți dintre ei pur și simplu nu văd ce joc riscant joacă cu realitatea — realitatea este ceva independent de ceea ce se stabilește experimental. Interpretarea lor este, oricum, înlăturată cel mai elegant de sistemul tău cu atomul radioactiv + amplificator + încărcătura de praf de pușcă + pisica într-o cutie, în care funcția undă a sistemului conține atât pisica vie cât și împrăștiată în bucățele. Nimeni nu se îndoiește cu adevărat că prezența sau absența pisicii este ceva independent de actul observării.”

De notat că nici o încărcătură de praf de pușcă nu este menționată în definirea experimentului de către Schrödinger, care folosește un detector Geiger pe post de amplificator și cianură în loc de praf de pușcă; praful de pușcă a fost menționat în sugestia inițială făcută de Einstein către Schrödinger cu 15 ani mai devreme.

Sursa: wikipedia.org