Doma eksperiments, kas pazīstams kā Šrēdingera kaķis, ir viens no slavenākajiem un pārprattākajiem kvantu mehānikas jēdzieniem. Padziļināti pārdomājot to, pētnieki ir guvuši iespaidīgu ieskatu par fizisko realitāti.
Kas nāca klajā ar Šrēdingera kaķi?
Austriešu fiziķis Ervins Šrēdingers, kurš palīdzēja atrast kvantu mehānikas disciplīnu, savu kaķu mīluli pirmo reizi iecerēja 1935. gadā kā komentāru par problēmām, kuras sākotnēji izraisīja spīdeklis Alberts Einšteins, teikts rakstā žurnālā Quanta.
Izstrādājot jauno izpratni par subatomisko jomu, vairums Einšteina un Šrindingera kolēģu bija sapratuši, ka kvantu entītijas uzvedas ārkārtīgi savādi. Dāņu fiziķis Nīls Bohrs aizstāvēja izpratni, ka daļiņām, piemēram, elektroniem, nebija precīzi noteiktas īpašības, kamēr tās netika izmērītas. Pirms tam daļiņas pastāvēja tā dēvētajā stāvokļu superpozīcijā, piemēram, ar 50% iespēju būt orientētai "uz augšu" un 50% ar iespēju būt orientētai "uz leju".
Īpaši Einšteinam nepatika šis neizlēmīgais skaidrojums. Viņš gribēja zināt, kā tieši Visums zina, ka kāds kaut ko mēra. Šrēdingers uzsvēra šo absurdu ar savu bēdīgi slaveno konceptuālo kaķi.
Pieņemsim, ka viens būvē dīvainu pretrunu, Šrēdingers rakstīja 1935. gada rakstā ar nosaukumu “Pašreizējā situācija kvantu mehānikā”. Aparāts sastāv no kastes ar aizzīmogotu cianīda flakonu, virs kura ir suspensēts āmurs, kas piestiprināts pie Geigera skaitītāja, kura mērķis ir neliels viegli radioaktīva urāna vienreizējs. Kastes iekšpusē ir arī kaķēns (un atcerieties, tas ir domas eksperiments, kas faktiski nekad nav veikts).
Kārba ir aizzīmogota, un eksperimentu atstāj uz noteiktu laiku, iespējams, stundu. Tajā stundā urānam, kura daļiņas pakļaujas kvantu mehānikas likumiem, ir zināma iespēja izstarot starojumu, ko pēc tam uzņems Geigera skaitītājs, kurš, savukārt, atbrīvos āmuru un sadurs flakonu, nogalinot kaķi saindējoties ar cianīdiem.
Pēc tādiem ļaudīm kā Bohrs, līdz brīdim, kad kaste tiek atvērta un kaķa statuss tiek "izmērīts", tas paliks gan dzīvo, gan mirušo superpozīcijā. Cilvēki, piemēram, Einšteins un Šrēdingers, balināja par šādu iespēju, kas neatbilst visam, ko stāsta mūsu parastā pieredze - kaķi ir vai nu dzīvi, vai miruši, nevis abi vienlaikus.
"uantuma fizikā trūka svarīgas sastāvdaļas, stāsta par to, kā tā sakrīt ar lietām pasaulē," rakstīja zinātnes žurnālists Ādams Bekers savā grāmatā "Kas ir īsts?" (Pamatgrāmatas, 2018). "Kā fenomenāls atomu skaits, ko pārvalda kvantu fizika, rada pasauli, kuru mēs redzam ap mums?"
Vai Šrēdingera kaķis ir īsts?
Šrēdingera kaķis izjuta to, kas bija savādi attiecībā uz Boha realitātes interpretāciju: skaidras robežas trūkums starp kvantu un ikdienas valstībām. Lai gan lielākā daļa cilvēku domā, ka tas sniedz piemēru daļiņām, kurām nav precīzi definētu īpašību, līdz tās tiek izmērītas, Šrēdingera sākotnējais nodoms bija tieši pretējs, lai parādītu, ka šāda ideja ir absurda. Tomēr daudzus gadu desmitus fiziķi šo problēmu lielākoties ignorēja, pārejot uz citiem strīdiem.
Bet, sākot ar 70. gadiem, pētnieki spēja parādīt, ka kvantu daļiņas var radīt stāvokļos, kas vienmēr atbilst viens otram - tātad, ja viens rāda orientāciju “uz augšu”, otrs būs “uz leju” - parādība, kuru Šrēdingers sauca par sapīšanos . Šāds darbs tika izmantots, lai atbalstītu jauno kvantu skaitļošanas jomu, kas sola ražot daudz ātrāk nekā pašreizējās tehnoloģijas kalkulācijas mašīnas.
2010. gadā fiziķiem izdevās izveidot arī Šrīdingera kaķa reālās pasaules versiju, kaut arī tādā veidā, kas nav saistīts ar pašnāvību (aka, kitty slepkavība). Kalifornijas Universitātes Santa Barbaras zinātnieki uzbūvēja rezonatoru, būtībā niecīgu skaņošanas dakšiņu, pikseļa lielumu datora ekrānā. Viņi to ievieto superpozīcijā, kurā tas vienlaikus gan svārstās, gan nesvārstās, parādot, ka salīdzinoši lieli objekti var aizņemt dīvainus kvantu stāvokļus.
Nesenāki eksperimenti ir salikuši līdz 2000 atomu grupas divās dažādās vietās vienlaicīgi, vēl vairāk izpludinot robežu starp mikroskopisko un makroskopisko. 2019. gadā Glāzgovas universitātes pētniekiem pat izdevās nofotografēties sapinušos fotonus, izmantojot īpašu kameru, kas fotografēja katru reizi, kad fotons parādījās kopā ar savu sapīto partneri.
Kaut arī fiziķiem un filozofiem vēl nav jāvienojas par to, kā domāt par kvantu pasauli, Šrēdingera atziņas ir radījušas daudz auglīgu pētījumu iespēju un, domājams, arī turpmāk to darīs pārskatāmā nākotnē.
