Schrödingeri kass
Schrödingeri kass on kvantfüüsika mõtteeksperiment. Erwin Schrödinger pakkus selle välja 1935. aastal, reageerides kvantfüüsika Kopenhaageni tõlgendusele.
Schrödinger kirjutas:
Võib isegi luua üsna naeruväärseid juhtumeid. Kass on lukustatud teraskambrisse koos järgmise seadmega (mis peab olema kindlustatud kassi otsese sekkumise vastu): Geigeri loenduris on pisike kogus radioaktiivset ainet, nii väike, et võib-olla laguneb tunni aja jooksul ainult üks aatom, aga sama suure tõenäosusega võib-olla ka mitte ükski; kui see juhtub, siis loenduri toru tühjeneb ja vabastab relee kaudu haamri, mis purustab väikese kolvi vesinikhapet. Kui kogu see süsteem on tunniks ajaks endale jäetud, siis ütleksime, et kass elab veel, kui vahepeal ei ole ükski aatom lagunenud. Kogu süsteemi psi-funktsioon väljendaks seda sellega, et selles on elav ja surnud kass (vabandust väljenduse eest) võrdsetes osades segunenud või välja määritud.
Sellistele juhtumitele on iseloomulik, et algselt aatomi valdkonda piiritletud määramatus muutub makroskoopiliseks määramatuseks, mida saab seejärel lahendada otsese vaatlusega. See takistab meid nii naiivselt aktsepteerimast "hägusat mudelit" tegelikkuse kujutamiseks kehtivana. Iseenesest ei kehastaks see midagi ebaselget või vastuolulist. On erinevus hägusa või ebatäpse foto ja pilvede ja udupankade pildi vahel.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Kvantmehaanika praegune olukord), Naturwissenschaften
(tõlkinud John D. Trimmer ajakirjas Proceedings of the American Philosophical Society).
Lihtsustatult öeldes väitis Schrödinger, et kui panna kass ja midagi, mis võib kassi tappa (radioaktiivne aatom), kasti ja sulgeda see, siis ei saa enne kasti avamist teada, kas kass on surnud või elus, nii et kuni kasti avamiseni on kass (teatud mõttes) nii "surnud kui ka elus". Seda kasutatakse selleks, et kujutada, kuidas teaduslik teooria toimib. Keegi ei tea, kas mõni teaduslik teooria on õige või vale, kuni nimetatud teooriat ei saa testida ja tõestada.
Füüsika võib jagada kahte liiki: klassikaline füüsika ja kvantmehaanika. Klassikaline füüsika seletab enamikku füüsikalisi vastastikmõjusid, näiteks seda, miks pall põrkab, kui ta kukub. Seda saab kasutada ka füüsikaliste vastastikmõjude ennustamiseks, näiteks mis juhtub, kui sa kukutad palli. Siiski on mõned füüsikalised vastastikmõjud, mida see ei seleta; näiteks, kuidas valgus saab muutuda elektriks. Kvantmehaanika annab füüsikutele võimaluse selgitada, miks need asjad toimuvad.
Kopenhaageni tõlgendust kasutatakse selleks, et selgitada, mis toimub aatomi kõige väiksema osaga (aatomi allosakese), ilma et seda vaadataks (jälgitaks või mõõdetaks). Matemaatikat kasutatakse selleks, et näidata, kui tõenäoline on, et osakestega midagi juhtub. Osakest võib kirjeldada nii, et 50% tõenäosusega on ta ühel ajal ühes kohas või 50% tõenäosusega on ta teisel ajal ühes kohas. Seda võib väljendada ka diagrammina (või lainekujuna). See on kvantfüüsika arvutuste tegemisel väga mugav.
Ainus võimalus olla 100% kindel, kus osakese asukoht on, on seda jälgida. Kuni selle vaatlemise hetkeni ütleb Kopenhaageni tõlgendus, et osake on seal ja ei ole seal. Alles siis, kui sa osakest jälgid, saad teada, kas ta on seal või ei ole seal.
Kuigi kvantfüüsikas on see mõistlik, ei ole see mõistlik klassikalises (reaalses maailmas) füüsikas.
Schrödinger tahtis näidata, et selline mõtteviis kvantmehaanikast viib absurdsete olukordadeni. Ta kavandas mõtteeksperimendi.
Kass pannakse välismaailmast eraldatud tuppa.
Ruumis on Geigeri loendur, mis loendab radioaktiivse lagunemise kogust ja natuke radioaktiivset elementi.
Ühe tunni jooksul võib üks radioaktiivse materjali aatomitest laguneda (või laguneda, sest materjal ei ole stabiilne) või mitte laguneda.
Kui materjal laguneb, vabaneb sellest aatomiosake, mis tabab geiger-loendurit, mis vabastab mürkgaasi, mis tapab kassi.
Küsimus on nüüd: kas tunni lõpus on kass elus või surnud? Schrödinger ütleb, et Kopenhaageni tõlgenduse kohaselt on kass, kuni uks on suletud, elus ja surnud. Seda ei saa teada enne, kui uks avatakse. Kuid ukse avamisega sekkub inimene eksperimenti. Inimene ja eksperiment tuleb kirjeldada teineteise suhtes.
Eksperimenti vaadates on inimene eksperimenti mõjutanud, seetõttu ei pruugi see anda meile õiget vastust.
Mõtteeksperimendi leiutas Schrödinger, et näidata, kui rumal on suurte objektide kvantolekute üle mõtlemine. Sellele on ka popkultuuris palju kordi viidatud.
Ehtsas suuruses kassifiguur Huttenstrasse 9 aias Zürichis, kus Erwin Schrödinger elas 1921-1926. Sõltuvalt valgustingimustest näib kass kas elus või surnud.
Kass, Geigeri loendur ja natuke mürki suletud karbis. Kvantmehaanika ütleb, et mõne aja pärast on kass nii elus kui ka surnud. Inimene, kes vaatab kasti, leiab kassi elusana või surnuna, kuid eeldatakse, et enne kasti vaatamist on kass nii elus kui ka surnud.
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on Šrödingeri kass?
V: Schrödingeri kass on kvantfüüsika mõtteeksperiment, mille Erwin Schrödinger pakkus välja 1935. aastal vastuseks kvantfüüsika Kopenhaageni tõlgendusele. See hõlmab hüpoteetilist stsenaariumi, kus kass pannakse teraskambrisse koos radioaktiivset materjali sisaldava seadmega, mis võib kassi tappa. Eksperimendis püstitatud küsimus on, kas kass on elus või surnud, kui kast avatakse.
K: Mida ütleb Kopenhaageni tõlgendus osakeste kohta?
V: Kopenhaageni tõlgendus väidab, et enne vaatlust ei ole võimalik kindlalt teada, millises olekus osakest on, seega võib öelda, et enne vaatlust on osakest korraga mõlemas olekus.
K: Kuidas Schrödinger seda kontseptsiooni demonstreeris?
V: Schrödinger demonstreeris seda kontseptsiooni oma mõtteeksperimendi abil, mis hõlmas kassi paigutamist radioaktiivse materjaliga suletud kasti. Ta pakkus välja, et kuni karbi avamiseni ei teata, kas kass on surnud või elus, nii et kuni selle ajani eksisteerib ta mõlemas olekus korraga.
Küsimus: Milliseid kahte füüsikaliiki mainitakse selles tekstis?
V: Kaks füüsika liiki, mida selles tekstis mainitakse, on klassikaline füüsika ja kvantmehaanika. Klassikaline füüsika seletab enamikku füüsikalisi vastastikmõjusid ja suudab füüsikalisi vastastikmõjusid ennustada, samas kui kvantmehaanika annab seletuse mõnele füüsikalisele vastastikmõjule, mida klassikaline füüsika ei suuda seletada.
K: Kuidas mõjutab millegi vaatlemine eksperimenti?
V: Millegi vaatlemine võib mõjutada eksperimenti, sest eksperimenti vaadeldes võib keegi oma kohaloleku ja tegevuse tõttu vaatluse ajal sekkuda selle tulemustesse. See tähendab, et sellisest eksperimendist saadud tulemused ei pruugi täpselt kajastada tegelikkust, sest neid on mõjutanud välised tegurid.
K: Mida tähendab "psi-funktsioon"?
V: Psi-funktsioon viitab matemaatilistele võrranditele, mida kasutatakse, et kirjeldada, kui tõenäoline on, et midagi juhtub kvantmehaanika raames, ilma et seda tegelikult vaadataks (jälgitaks).
