Šredingerova mačka

 

Šredingerova mačka je misaoni eksperiment, često opisivan kao paradoks, koji je austrijski fizičar Ervin Šredinger (1887–1961) osmislio 1935. godine. Namenjen je samo kao kritika kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike, a ilustruje ono što je Šredinger video kao problem te interpretacije primenjene na svakodnevne objekte. Eksperiment predstavlja mačku koja može biti živa ili mrtva, zavisno od ranijeg nasumičnog događaja, a namenjen je kao rasprava o EPR članku (objavljen 1935. godine, nazvan po autorima: Einstein, Podolsky i Rosen), koji je naglasio čudnu prirodu kvantne superpozicije, koja predstavlja, uopšteno govoreći, kombinaciju svih mogućih stanja sistema. Kopenhagenska interpretacija nagoveštava da superpozicija prelazi u određeno stanje samo u trenutku kvantnog merenja.

Šredinger je predložio eksperiment sa mačkom u zatvorenoj kutiji, gde život ili smrt mačke zavisi od stanja subatomske čestice. Prema Šredingeru, kopenhagenska interpretacija podrazumeva da mačka ostaje i živa i mrtva dok se kutija ne otvori.

 

sredingerova macka

 

Postavka eksperimenta je sledeća: mačka je smeštena u zatvorenu kutiju, zaštićenu od okolinom izazvane kvantne dekoherencije, sa sledećim uređajem (na koji mačka nema nikakav uticaj): u Gajgerovom brojaču se nalazi veoma mala količina radioaktivne supstance, toliko mala da se u toku jednog sata možda jedan atom raspadne ili, sa jednakom verovatnoćom, možde ne raspadne. Ako se raspadne, brojač preko releja oslobađa čekić koji razbija bočicu sa cijanovodoničnom kiselinom. Ako se ceo sistem ostavi sat vremena, može se reći da je mačka još živa ako se u međuvremenu nijedan atom nije raspao. Kvantna mehanika, tačnije, kopenhagenska interpretacija, sugeriše da je posle nekog vremena mačka istovremeno i živa i mrtva, ali kad pogledamo u kutiju vidimo da je mačka ili živa ili mrtva, a nije mešavina žive i mrtve mačke. Psi funkcija celog sistema bi to izrazila tako što bi u njoj bila i živa i mrtva mačka u jednakim delovima. Šredinger iznosi zaključak da, u takvim slučajevima, neodređenost prvobitno ograničena na atomski nivo postaje transformisana na makroskopsku neodređenost, koja tada može biti rešena neposrednim posmatranjem. To nas sprečava da tako naivno prihvatimo kao važeći “nejasan model” za predstavljanje stvarnosti, jer on ne bi trebalo da sadrži ništa nejasno ili kontradiktorno. Jer, po Šredingerovim rečima, “postoji razlika između mutne fotografije ili fotografije izvan fokusa i snimka oblaka i obala reke u magli”.

U suštini, ono što Šredinger govori jeste da zbog toga kako je eksperiment postavljen, mačka ima 50% šanse da bude živa i 50% šanse da bude mrtva. Pošto je podjednako verovatno da je mačka živa i da je mrtva, Šredinger tvrdi da je ona, dok se kutija ne otvori, i živa i mrtva. To je očigledno netačno, pošto mačka ne može istovremeno biti i živa i mrtva. Taj problem je trebalo da ilustruje teoriju kvantne mehanike nazvane neodređenost, koja kaže da može biti više od jednog tačnog odgovora za problem koji fizički može imati samo jedan odgovor. Šredinger je smislio taj eksperiment da pokaže da postoji problem sa tom teorijom, i da bi ilustrovao pretpostavljenu nepotpunost kvantne mehanike, on ju je primenio na živi entitet koji može ili ne mora biti svestan. U tom eksperimentu je opisao kako se može, u principu, transformisati superpozicija unutar atoma u superpoziciju velike razmere žive i mrtve mačke sparivanjem mačke i atoma pomoću određenog mehanizma.

Šredingerov eksperiment postavlja pitanje: “Kada kvantni sistem prestaje da postoji kao mešavina stanja i postaje jedno ili drugo?” Ili, drugačije rečeno: “Kada stvarno kvantno stanje prestaje da bude linearna kombinacija stanja, od kojih svako liči na klasično stanje, i umesto toga počinje da ima jedinstveni klasičan opis?” Ako mačka preživi, ona se samo seća da je živa. Ali, objašnjenja eksperimenta koja su u skladu sa standardnom mikroskopskom kvantnom menanikom zahtevaju da makroskopski objekat, kao što je mačka, nema uvek jedinstveni klasičan opis. Svrha eksperimenta je da ilustruje taj očigledan paradoks: naša intuicija govori da nijedan posmatrač ne može biti u mešavini stanja, a ipak izgleda da mačka, na primer, može biti takva mešavina. Da li je potrebno da mačka bude posmatrač, ili njeno postojanje u jednom dobro definisanom klasičnom stanju zahteva drugog, spoljašnjeg posmatrača?

U kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike, sistem prestaje da bude u superpoziciji stanja i postaje ili jedno ili drugo kad se izvrši posmatranje. Šredingerov eksperiment čini očiglednom činjenicu da priroda merenja, ili posmatranja, nije dobro definisana u toj interpretaciji. Neki naučnici tumače da eksperiment znači da dok je kutija zatvorena, sistem istovremeno postoji u superpoziciji stanja “raspadnuto jezgro – mrtva mačka” i “neraspadnuto jezgro – živa mačka”, i da samo kad se kutija otvori i izvrši posmatranje talasna funkcija pada u jedno od dva stanja. Više intuitivno, pojedini naučnici misle da se posmatranje dešava u trenutku kad čestica iz jezgra radioaktivne supstance pogodi detektor.

Paradoks Šredingerove mačke ogleda se u tome da bez otvaranja kutije nije moguće znati da li je mačka živa ili mrtva. Samim tim, pitanje “Da li je mačka živa?” je besmisleno dok se kutija ne otvori.