להלן איך עובד החתול של שרדינגר

ארווין שרדינגר היה אחד מדמויות המפתח בו פיזיקה קוונטיתעוד לפני המפורסם שלו "החתול של שרדינגר" ניסוי מחשבתי. הוא יצר את פונקציית הגל הקוונטי, שהייתה כיום המשוואה המגדירה של תנועה ביקום, אך הבעיה היא שהיא ביטאה את כל התנועה בצורה של סדרת הסתברויות - דבר שמפר באופן ישיר את האופן בו מרבית מדעני היום (ואולי גם היום) רוצים להאמין באיך המציאות הפיזית פועל.

שרדינגר עצמו היה מדען כזה והוא מצא את הרעיון של החתול של שרדינגר כדי להמחיש את הסוגיות עם פיזיקת הקוונטים. הבה נבחן את הנושאים אם כן, ונראה כיצד שרדינגר ביקש להמחיש אותם באמצעות אנלוגיה.

פונקציית הגל הקוונטי מציגה את כל הכמויות הפיזיות כסדרה של מצבים קוונטיים יחד עם הסתברות למערכת במצב נתון. קחו למשל אטום רדיואקטיבי אחד עם זמן מחצית חיים של שעה.

על פי תפקוד הגל בפיזיקה הקוונטית, לאחר שעה האטום הרדיואקטיבי יהיה במצב בו הוא גם מבולבל וגם לא מבולבל. ברגע שתבוצע מדידה של האטום, פונקציית הגל תקרוס למצב אחד, אך עד אז היא תישאר כסופרפוזיציה של שני מצבי הקוונטים.

זה היבט מרכזי בפרשנות של קופנהגן לפיזיקה קוונטית - זה לא רק שהמדען לא יודע באיזו מדינה היא נמצאת, אלא שהמציאות הפיזית לא נקבעת עד לאופן פעולת המדידה מקום. בדרך לא ידועה, עצם ההתבוננות היא שממצקת את המצב למצב זה או אחר. עד להתבוננות זו, המציאות הפיזית מפוצלת בין כל האפשרויות.

שרדינגר הרחיב זאת בכך שהציע להניח חתול היפותטי בתיבה היפותטית. בתיבה עם החתול היינו מניחים בקבוקון של גז רעל, אשר יהרוג את החתול מייד. הבקבוקון מחובר למכשיר המחובר לדלפק גייגר, מכשיר המשמש לגילוי קרינה. האטום הרדיואקטיבי שהוזכר לעיל ממוקם בסמוך לדלפק גייגר ומושאר שם למשך שעה בדיוק.

אם האטום מתפרק, דלפק גייגר יגלה את הקרינה, ישבור את הבקבוקון והורג את החתול. אם האטום לא מתפורר אז הבקבוקון יהיה שלם והחתול יהיה חי.

לאחר תקופת השעה, האטום נמצא במצב בו הוא מבולל וגם לא מבולבל. עם זאת, בהתחשב באיך שבנינו את המצב, פירוש הדבר שהבקבוקון הוא גם שבור וגם לא שבור, ובסופו של דבר, על פי הפרשנות של קופנהגן לפיזיקת הקוונטים. החתול מת וגם חי.

סטיבן הוקינג הוא מצוטט באורח מפורסם באומרו "כשאני שומע על החתול של שרדינגר, אני מושיט יד לאקדח שלי." זה מייצג את מחשבות של פיסיקאים רבים, מכיוון שיש כמה היבטים בניסוי המחשבה שמעלה נושאים. הבעיה הגדולה ביותר באנלוגיה היא שפיזיקה קוונטית פועלת בדרך כלל בסולם המיקרוסקופי של אטומים וחלקיקים תת-אטומיים, ולא בסולם המאקרוסקופי של חתולים ובבקבוקיות הרעל.

הפירוש של קופנהגן קובע כי פעולת מדידת משהו גורמת לקריסת פונקצית הגל הקוונטי. באנלוגיה זו, באמת, פעולת המדידה מתבצעת על ידי דלפק גייגר. קיימים עשרות אינטראקציות לאורך שרשרת האירועים - אי אפשר לבודד את החתול או את החלקים הנפרדים של המערכת כך שהוא באמת מכני קוונטי באופיו.

עד שהחתול עצמו נכנס למשוואה, המדידה כבר נעשתה... אלף פעמים נעשו מדידות - על ידי האטומים של דלפק גייגר, המנגנון לשבירת הבקבוקון, הבקבוקון, גז הרעל והחתול עצמו. אפילו אטומי התיבה מבצעים "מדידות" כשאתה מחשיב שאם החתול נופל מת, הוא יבוא במגע עם אטומים שונים מאשר אם הוא יעבור בדאגה סביב התיבה.

לא משנה אם המדען פותח את התיבה או לא, החתול חי או מת, לא סופרפוזיציה של שתי המדינות.

עם זאת, בכמה השקפות מחמירות של פרשנות קופנהגן, מדובר למעשה בהתבוננות על ידי ישות מודעת הנדרשת. צורת הפרשנות הקפדנית הזו היא בדרך כלל השקפת המיעוט בקרב הפיזיקאים כיום, אם כי קיימת נותרה איזושהי טענה מסקרנת לפיה התמוטטות של תפקודי הגל הקוונטי עשויה להיות קשורה תודעה. (לדיון מעמיק יותר בתפקיד התודעה בפיזיקה קוונטית, אני מציע אניגמה קוונטית: פיזיקה נתקלת בתודעה מאת ברוס רוזנבלום ופרד קוטנר.)

פרשנות נוספת היא ה פרשנות עולמות רבים (MWI) של פיזיקת הקוונטים, שמציעה שהמצב יתפזר למעשה לעולמות רבים. בכמה מהעולמות האלה החתול יהיה מת עם פתיחת התיבה, באחרים החתול יהיה חי. בעודם מרתקים לציבור, ובוודאי לסופרי מדע בדיוני, העולמות הרבים הפרשנות היא גם השקפת מיעוט בקרב פיזיקאים, אם כי אין ראיות ספציפיות לכך או נגד זה.

נערך על ידי אן מארי הלמנסטין, ד.