Powrót do fizyki kwantowej, czyli pudełko z kotem Schrödingera

W latach dwudziestych XX wieku prawdopodobieństwo i niepewność stały się integralnymi częściami drugiej rewolucji kwantowej, doprowadzając Schrödingera i (jak na ironię) Einsteina do poważnych wątpliwości co do całego przedsięwzięcia. (…) Wydaje się, że Schrödinger miał talent do wierzenia w dwie sprzeczne ze sobą rzeczy naraz (albo przynajmniej z rzędu), co było nieocenioną zdolnością w przypadku kogoś, kto próbował pojąć świat kwantowy [w tym czasie].

No właśnie, czy kot może być jednocześnie żywy i martwy? Albo przynajmniej ani żywy ani nieżywy? Okazuje się, że może – w świecie kwantów te dwa stany nie stoją ze sobą w sprzeczności. Udowodnił to Erwin Schrödinger w pewnym eksperymencie myślowym (i tylko takim!), zwanym paradoksem (choć wcale paradoksem nie jest) kota Schrödingera. Sam eksperyment oraz osoba jego autora są kanwą książki pisarza popularnonaukowego Johna Gribbina pod tytułem Skąd się wziął kot Schrödingera. Geniusz z Wiednia i kwantowa rewolucja.

W skrócie ujmując, eksperyment Schrödingera polega na tym, że hipotetycznego (!) kota umieszcza się w pudełku z trującym gazem, który uwolni się tylko, jeśli znajdujący się tam również jeden atom w procesie rozpadu uwolni cząstkę promieniowania jonizującego. Kategorią kluczową jest tu słowo “jeśli”, ponieważ istnieje tylko (lub aż) 50% szans na to, że atom faktycznie ulegnie rozpadowi. Przyjmując założenie, że kot znajduje się cały czas w zamkniętym pudełku nie możemy stwierdzić, że jest żywy lub martwy. Zgodnie z zasadami fizyki zatem znajduje się w superpozycji, a więc jednocześnie znajduje się w obydwu tych stanach dopóki nie zaobserwujemy stanu rzeczywistego po otworzeniu pudełka (czym wywołamy załamanie funkcji falowej). Proste? Dziecinnie. Ale co z tego wynika?

Ano, jak twierdzi fizyk David Deutch to właśnie mówią nam prawa fizyki — nie może być tak, że istnieje wielość wszechświatów na poziomie atomów, ale tylko jeden wszechświat na poziomie kotów 🙂 A poważnie rzecz ujmując — słyszeliście kiedyś o teorii wielości wszechświatów? W telegraficznym skrócie polega na tym, że każda decyzja, jaką możemy podjąć w danej sytuacji tak naprawdę zastała przez nas podjęta, tyle tylko, że w innym wszechświecie — słowem — w innej rzeczywistości. Kot w pudełku staje się dwoma kotami w dwóch pudełkach w dwóch odrębnych odgałęzieniach świata (albo dwóch odrębnych światach). Wygląda na to, że Schrödinger udowodnił, że funkcja falowa [ta, którą załamalibyśmy otwierając pudełko — przyp. KKN] nigdy się nie zapada i że wszystkie rzeczywistości są (i zawsze będą) równie realne. Jeśli nic z tego nie rozumiecie, to wybaczcie, nie potrafię tego lepiej wytłumaczyć, ale dzięki książce Gribbina sama w końcu zrozumiałam! No cóż, w końcu jedyną rzeczywistością, która można opisać za pomocą pomiarów naukowych, jest rzeczywistość samych pomiarów…

Po Skąd się wziął kot Schrödingera sięgnęłam z powodu przedwakacyjnej miłości do fizyki kwantowej po lekturze Jak zbudować wehikuł czasu. Niestety nie zrozumiałam aż tak dużo, jak podczas poprzedniego spotkania z tą nauką, niemniej jednak biografia Erwina Schrödingera zawarta w publikacji zrekompensowała mi wszelkie braki w procesach poznawczych w odniesieniu do fizyki kwantowej.

Był uosobieniem szalonego naukowca – ekscentryczny, niechlujny, ale lubiany i porywający. Moralno-niemoralny geniusz i noblista. Konwenanse miał za nic. Miłości miał wiele, ale żadna według relacji przyjaciela nie mogła przetrwać pierwszych objawów ciąży. Był dzieckiem trudnych czasów dotkniętym przez obydwie wojny światowe, ale i niesamowitym naukowcem, który stanął na rozstaju dróg między fizyką klasyczną a kwantową, które wyznaczało granicę między naukowo udowodnionym brakiem wolnej woli a jej istnieniem. Trochę przypadkowo stał się też biologiem, badaczem DNA, a po części także chemikiem, choć jak wspomina Francis Crick

nie wiedział nic o chemii, ale z pewnością sprawił, że wydawało się, iż wielkie rzeczy czekają tuż za rogiem.

A oto efekt mojego eksperymentu z kotem w pudełku – zdjęcie zrobione 3 godziny temu, kot (definitywnie żywy – we wszystkich rzeczywistościach) w pudełku przebywa nadal :))

John Gribbin
Wydawnictwo Prószyński i S-ka
Liczba stron: 272

Ocena: 4,5/6