Što je Schrödingerova mačka?

'Schrödingerova mačka' jedna je od onih fraza koje se s vremena na vrijeme izvlače u razgovoru. Ipak, onima koji nikada nisu bili studenti fizike ili su barem čuli Sheldonovo objašnjenje o teoriji velikog praska, možda neće biti jasno što to znači. Kratak odgovor je da je Schrödingerova mačka ime poznatog misaonog eksperimenta koji je prvi postavio fizičar Erwin Schrodinger. Dugi odgovor i izvor jedne od najvažnijih rasprava u fizici poziva nas da uđemo u bizarnu domenu kvantne mehanike kako bismo možda preispitali svoje pretpostavke o stvarnosti.

Tko je bio Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger rođen je 12. kolovoza 1887. u Beču, glavnom gradu Austro-Ugarske. Erwinov otac, Rudolph Schrödinger, bio je botaničar i vlasnik tvornice uljanih tkanina. Njegova majka, Georgine, bila je kći Rudolphovog profesora kemije. Kao jedino dijete, Erwin je odgajan kao luteran i privatno se školovao kod kuće do 11. godine. Erwin se od malih nogu isticao u jeziku, matematici i fizici.

Schrödingerovo obrazovanje

Schrödinger je upisao Sveučilište u Beču i studirao fiziku. Bio je pod jakim utjecajem kolega fizičara Franza Exnera, pionira tog područja, i Fritza Hasenohrla, kasnijeg voditelja teorijske fizike. Schrödingeru je dodijeljen doktorat. 1910. Regrutiran je i poslan u Italiju kao topnički časnik 1914. Schrodinger je imao više sreće od svog kolege i mentora Hasenohrla, koji je ubijen od granate 1915. Preživjevši rat, bio je na fakultetskim pozicijama na nekoliko sveučilišta prije nego se oženio Annemarie Bertel 1920. godine.

Schrödingerova jednadžba

Godine 1921. Schrödinger je postao profesor na Sveučilištu u Zürichu i postalo je jasno da ima nove ideje u području atomske fizike. Kao odgovor na teorije da bi se kretanje elektrona unutar atoma moglo opisati kao val, Schrödinger je dao nužni matematički dokaz svojom jednadžbom teorije valova iz 1926. Iskra kreativnosti je, kako se navodi, nastala tijekom burne afere sa starim Bečanom. djevojka.

Rođenje kvantne mehanike

Schrödingerova jednadžba pružila je robustan opis ponašanja i kretanja atoma. Pripisivanjem njihovog kretanja vjerojatnosnom valu, položaj i stanje atoma mogli bi se statistički tretirati. Dok nije izvršeno izravno mjerenje, rečeno je da je atom u stanju superpozicije. Prema tumačenju iz Kopenhagena, to je značilo da se može smatrati da se nalazi na svim lokacijama odjednom. Ključno pitanje za fizičare, je li teorija valova samo prikladan matematički alat ili je opisala nešto fizički stvarno? Gdje je zapravo bio atom?

Četka s Einsteinom i nacistima

Godine 1927. Schrödinger se sa suprugom preselio na Sveučilište Friedrich Wilhelm u Berlinu. Ovdje je trljao laktove s Albertom Einsteinom. Dok je tamo nastavio raditi važna i inovativna istraživanja, postajao je sve više uznemiren rastućom antisemitskom atmosferom u Njemačkoj. Po uzoru na Einsteina, 1937. godine napustio je Njemačku i preselio se u Englesku, zauzevši poziciju u Oxfordu. Ubrzo nakon što je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1933.

Schrödingerova mačka

Usprkos svojoj ključnoj ulozi u stvaranju teorije valova, Shrödinger se nikada nije zadovoljio s njezinim implikacijama. Poput mnogih fizičara, nije mogao pomiriti kvantnu nesigurnost na atomskoj razini s našim svakodnevnim iskustvom stvarnosti. U svijetu koji vidimo ljudi i predmeti imaju određeno mjesto i stanje, promatrali ih mi ili ne. Kako bi istaknuo ovu proturječnost, formulirao je misaoni eksperiment koji je uključivao mačku u zatvorenoj kutiji, radioaktivnu tvar i Geigerov brojač za mjerenje raspada tvari.

Tijekom jednog sata postojala bi 50% vjerojatnosti da će se radioaktivni materijal raspasti i ispustiti jedan atom. Ako bi se to dogodilo, Geigerov brojač bi to otkrio i aktivirao relej koji bi uzrokovao da čekić razbije tikvicu kiseline. Kiselina bi bila puštena u kutiju, ubijajući mačku. Pitanje je bilo je li mačka živa ili mrtva?

Paradoks Schrödingerove mačke

Iz kvantnomehaničke perspektive, kaže se da je mačka u superponiranom stanju, s jednakom vjerojatnošću da će biti ili mrtva ili živa. Stanje mačke utvrđuje se samo kada se mjeri ili promatra. To se činilo apsurdnim, napisao je Schrödinger, jer mačka sigurno mora biti jedna ili druga, bez obzira na to odluči li promatrač pogledati ili ne. Ipak, činilo se da se atomi ponašaju upravo ovako. Povezujući sudbinu mačke s fluktuacijama atomskih jezgri, Shrödinger je demonstrirao središnji problem Kopenhaške interpretacije kvantne mehanike.

diy platformna ljuljačka

Nesporazumi i žaljenje

Nepotrebno je reći da je na pitanje što misli o kopenhagenskoj interpretaciji svoje teorije valova, Shrödinger rekao: 'Ne sviđa mi se i žao mi je što sam ikada imao išta s tim.' Schrodinger će se godinama raspravljati sa svojim suvremenicima o značenju vlastitog eksperimenta.

Je li Schrödinger ikada imao mačku?

Popularna glasina je da je u nekom trenutku tijekom 1930-ih Schrödinger možda zapravo posjedovao mačku po imenu Milton u svom domu u Oxfordu. Srećom, unatoč tome što je pružio inspiraciju svom vlasniku, nema dokaza da je SchrotokDingerova mačka je ikada bila stavljena u kutiju s tikvicom kiseline.

Ostavština

Schrödinger je umro 4. siječnja 1961. u istom gradu u kojem je i rođen, Beču. Do trenutka smrti, i on i njegova teorijska mačka ostavili su neizbrisiv trag u znanosti o kvantnoj mehanici. Dok su mnogi veliki umovi pridonijeli razvoju teorije valova i koncepta neodređenosti, samo će jedan zauvijek ostati poznat kao otac kvantne mehanike, a to je Erwin Schrödinger.