Czym jest kot Schrödingera?

„Kot Schrödingera” to jedno z tych zwrotów, które od czasu do czasu pojawiają się w rozmowie. Jednak dla tych, którzy nigdy nie studiowali fizyki, a przynajmniej nie słyszeli wyjaśnienia Sheldona na temat teorii Wielkiego Wybuchu, może nie być jasne, co to oznacza. Krótka odpowiedź brzmi, że kot Schrödingera to nazwa słynnego eksperymentu myślowego zaproponowanego przez fizyka Erwina Schrodingera. Długa odpowiedź i źródło jednej z najważniejszych debat w fizyce zachęcają nas do wejścia w dziwaczną dziedzinę mechaniki kwantowej, aby być może ponownie rozważyć nasze założenia dotyczące rzeczywistości.

Kim był Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger urodził się 12 sierpnia 1887 roku w Wiedniu, stolicy Austro-Węgier. Ojciec Erwina, Rudolph Schrödinger, był botanikiem i właścicielem fabryki ceraty. Jego matka, Georgine, była córką profesora chemii Rudolfa. Jako jedynak, Erwin był wychowywany jako luteranin i prywatnie kształcony w domu do 11 roku życia. Erwin od najmłodszych lat wyróżniał się językiem, matematyką i fizyką.

Edukacja Schrödingera

Schrödinger zapisał się na Uniwersytet Wiedeński i studiował fizykę. Był pod silnym wpływem kolegów fizyków Franza Exnera, pioniera w tej dziedzinie, i Fritza Hasenohrla, późniejszego kierownika fizyki teoretycznej. Schrödinger otrzymał tytuł doktora. w 1910. Został powołany i wysłany do Włoch jako oficer artylerii w 1914. Schrodinger miał więcej szczęścia niż jego kolega i mentor, Hasenohrl, który zginął od granatu w 1915. Przeżył wojnę, zanim ożenił się, piastował stanowiska wydziałowe na kilku uniwersytetach Annemarie Bertel w 1920 roku.

Równanie Schrödingera

W 1921 Schrödinger został profesorem na Uniwersytecie w Zurychu i stało się jasne, że miał nowatorskie pomysły w dziedzinie fizyki atomowej. W odpowiedzi na teorie, że ruch elektronów w atomie można opisać jako falę, Schrödinger dostarczył niezbędnego dowodu matematycznego w swoim równaniu teorii fal z 1926 roku. dziewczyna.

Narodziny mechaniki kwantowej

Równanie Schrödingera dostarczyło solidnego opisu zachowania i ruchu atomów. Przypisując ich ruch fali probabilistycznej, położenie i stan atomu można potraktować statystycznie. Dopóki nie dokonano bezpośredniego pomiaru, atom był w stanie superpozycji. Według Interpretacji Kopenhaskiej oznaczało to, że można ją uznać za znajdującą się we wszystkich lokalizacjach jednocześnie. Kluczowe pytanie dla fizyków, czy teoria fal była jedynie wygodnym narzędziem matematycznym, czy też opisywała coś fizycznie rzeczywistego? Gdzie naprawdę był atom?

Pędzel z Einsteinem i nazistami

W 1927 Schrödinger przeniósł się z żoną na Uniwersytet Fryderyka Wilhelma w Berlinie. Tutaj otarł się łokciami z Albertem Einsteinem. Kontynuując tam ważne i innowacyjne badania, był coraz bardziej zaniepokojony narastającą nastrojem antysemickim w Niemczech. Wzorem Einsteina w 1937 opuścił Niemcy i przeniósł się do Anglii, obejmując stanowisko w Oksfordzie. Wkrótce potem otrzymał w 1933 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Kot Schrödingera

Pomimo swojej kluczowej roli w tworzeniu teorii falowej, Shrödinger nigdy nie był zadowolony z jej implikacji. Jak wielu fizyków, nie potrafił pogodzić niepewności kwantowej na poziomie atomowym z naszym codziennym doświadczaniem rzeczywistości. W świecie, który widzimy, ludzie i przedmioty mają określone miejsce i stan, niezależnie od tego, czy je obserwujemy, czy nie. Aby podkreślić tę sprzeczność, sformułował eksperyment myślowy, który obejmował kota w szczelnie zamkniętym pudełku, substancję radioaktywną i licznik Geigera do pomiaru rozpadu substancji.

W ciągu godziny istnieje 50% szans, że materiał radioaktywny rozpadnie się i wyemituje pojedynczy atom. Jeśli tak się stanie, licznik Geigera wykryje to i uruchomi przekaźnik, który spowoduje, że młotek rozbije butelkę z kwasem. Kwas zostałby uwolniony do pudełka, zabijając kota. Pytanie brzmiało, czy kot jest żywy czy martwy?

Paradoks Kota Schrödingera

Z perspektywy mechaniki kwantowej mówi się, że kot znajduje się w stanie nałożonym, z takim samym prawdopodobieństwem bycia martwym lub żywym. Stan kota jest określany tylko wtedy, gdy jest mierzony lub obserwowany. Wydawało się to absurdalne, pisał Schrödinger, ponieważ z pewnością kot musi być jednym lub drugim, niezależnie od tego, czy obserwator zdecyduje się spojrzeć, czy nie. Jednak dokładnie tak zachowywały się atomy. Łącząc los kota z fluktuacjami jąder atomowych, Shrödinger zademonstrował główny problem Kopenhaskiej Interpretacji mechaniki kwantowej.

pomysły na dzielenie pokoju zrób to sam

Obawy i żal

Nie trzeba dodawać, że zapytany, co sądzi o Kopenhaskiej Interpretacji swojej Teorii Fal, Shrödinger powiedział: „Nie podoba mi się to i przepraszam, że kiedykolwiek miałem z tym coś wspólnego”. Schrodinger przez lata kłócił się z rówieśnikami o sens własnego eksperymentu.

Czy Schrödinger kiedykolwiek miał kota?

Popularna plotka głosi, że w pewnym momencie w latach 30. Schrödinger mógł mieć kota o imieniu Milton w swoim domu w Oksfordzie. Na szczęście, pomimo dostarczenia pewnej inspiracji swojemu właścicielowi, nie ma dowodów na to, że Schrwyspakot Dingera był kiedykolwiek umieszczany w pudełku z butelką kwasu.

Spuścizna

Schrödinger zmarł 4 stycznia 1961 r. w tym samym mieście, w którym się urodził, w Wiedniu. Do czasu jego śmierci zarówno on, jak i jego teoretyczny kot pozostawili niezatarty ślad w nauce mechaniki kwantowej. Podczas gdy wiele wielkich umysłów przyczyniło się do rozwoju teorii fal i koncepcji nieokreśloności, tylko jeden na zawsze będzie znany jako ojciec mechaniki kwantowej, a mianowicie Erwin Schrödinger.