Schrödingers katt

Från Rilpedia

Hoppa till: navigering, sök

Texten från svenska Wikipedia

Kvantmekanik

Teori:

Tolkning:

Schrödingers katt

Schrödingers katt är ett tankeexperiment framlagt 1935 av Erwin Schrödinger för att visa på brister i teorin om kvantmekaniken vid tillämpning på makroskopiskt plan, men det har populärt kommit att misstolkas som ett exempel på problemet med osäkerhet i observationer som uppkommer av att någon faktiskt observerar (jmf. om ett träd faller i skogen när ingen hör - låter det då?).

Schrödingers paradoxala illustration av kvanttillstånd, som han själv betecknade som fånigt, går ut på att en katt placeras i en sluten stålkammare med följande utrustning: En bit radioaktivt ämne med 50% sannolikhet att sönderfalla inom en timme och en geigermätare kopplad till en hammare som krossar en flaska cyanid om sönderfall registreras, varvid katten skulle dö. Efter en timme hänger kattens öde på ett kvantmekaniskt tillstånd med samma sannolikhet för liv och död. Katten är både levande och död samtidigt enligt kvantmekaniskt synsätt. Men, när kammaren öppnas, ser man bara en katt som antingen lever eller är död. Frågan är: när övergår systemet från en mix av tillstånd till antingen eller?

Schrödinger ville alltså inte visa på att det verkligen var en levande-död katt, utan han ansåg att kvantmekanikens teori var ofullständig och icke representativ för verkligheten i detta fall.

Tolkningar

I Köpenhamnstolkningen upphör ett system att vara en mix av tillstånd och blir det ena eller det andra när en observation har ägt rum. Detta experiment illustrerar den subjektiva naturen i mätningar och observationer. Somliga tolkar experimentet som att när kammaren är stängd, så existerar systemet simultant i en mixad överlagring av tillstånden död och levande, och endast när kammaren öppnas och en observation utförs, så övergår vågfunktionen i ett av de båda tillstånden. Mera intuitivt känner somliga att "observationen" görs när sönderfallet når geigermätaren. Hur som helst (och detta är en nyckelpoäng av tankeexperimentet) finns det ingen regel som säger antingen eller, och kvantmekanik är inkomplett utan en sådan regel och förklaring om hur en sådan regel uppstår.

I Everetts många-världartolkning, som inte utesluter observation som en speciell process, så finns båda tillstånden, men dekoherenta. När en observatör öppnar kammaren blir han intrasslad med katten, så observatörstillstånd motsvarande kattens varande levande och död formas, och de kan inte interagera med varandra.

Praktiska tillämpningar

Lustigt nog har allt detta en praktisk betydelse i kvantkryptografin. Det är möjligt att sända ljus som är i ett överlagrat tillstånd genom en optisk fiber. Kopplas avlyssningsutrustning mitt på kabeln som tar emot och skickar vidare, så kollapsar vågfunktionen (i Köpenhamnstolkningen, "utföra en observation") och får ljuset att inta det ena eller andra tillståndet. Genom att utföra statistiska test på ljuset som mottas i andra änden av linan, så kan man avgöra om ljuset finns kvar i det överlagrade tillståndet eller har avlyssnats och skickats vidare. I princip möjliggör detta kommunikationssystem som inte kan avlyssnas utan upptäckt. Detta experiment (som kan utföras trots att fungerande kvantkryptografiska kommunikationssystem som kan överföra stora mängder data ännu inte har konstruerats) illustrerar också att en "observation" i Köpenhamnstolkningen inte har något att göra med medvetandet, så tillvida att fullkomligt omedveten avlyssning orsakar statistiken i änden att bli annorlunda.

En intressant variant på Schrödingers kattexperiment, känt som kvantsjälvmordsmaskin har lagts fram av fysikern Max Tegmark. Det ställer frågan, hur ser Schrödingers kattexperiment ut ur kattens perspektiv, och resonerar att denna fråga kan göra det möjligt att skilja mellan Köpenhamns- och många-världartolkningen. En annan variant av detta experiment är Wigners vän.

Fysikern Stephen Hawking är känd för sitt ofta nämnda påstående, "När jag hör talas om Schrödingers katt, så plockar jag fram mitt vapen." Detta var en avsiktligt ironisk parafras av den tyske dramatikern och nazistpoeten Hanns Johsts antiintellektuella uttryck "När jag hör ordet 'kultur', så plockar jag fram pistolen.".