Schrödingerin kissa

Schrödingerin kissa on ajatuskoe kvanttifysiikasta. Erwin Schrödinger ehdotti sitä vuonna 1935 vastalauseena kvanttifysiikan Kööpenhaminan tulkinnalle.

Schrödinger kirjoitti:

Voidaan jopa laatia aivan naurettavia tapauksia. Kissa suljetaan teräskammioon ja siihen liitetään seuraava laite (joka on suojattava kissan suoraa häirintää vastaan): Geiger-laskurissa on pieni määrä radioaktiivista ainetta, niin pieni, että ehkä tunnin aikana hajoaa vain yksi atomi, mutta yhtä suurella todennäköisyydellä ehkä ei yhtään; jos näin tapahtuu, lasku-anturin putki purkautuu ja vapauttaa releen kautta vasaran, joka hajottaa pienen syaanivetyhappoa sisältävän pullon. Jos koko tämä järjestelmä jätetään tunnin ajaksi itsekseen, voidaan sanoa, että kissa elää yhä, jos yksikään atomi ei ole hajonnut. Koko järjestelmän psi-toiminto ilmaisisi tämän siten, että siinä olisi elävä ja kuollut kissa (anteeksi sanonta) sekaisin tai yhtä suurina osina.

Näille tapauksille on tyypillistä, että alun perin atomiselle alueelle rajoittunut määrittelemättömyys muuttuu makroskooppiseksi määrittelemättömyydeksi, joka voidaan sitten ratkaista suoralla havainnoinnilla. Tämä estää meitä hyväksymästä niin naiivisti "hämärtynyttä mallia" todellisuuden esittämiseksi. Se ei sinänsä sisältäisi mitään epäselvää tai ristiriitaista. On eroa tärisevän tai epätarkan valokuvan ja pilvistä ja sumupenkereistä otetun tilannekuvan välillä.

- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Kvanttimekaniikan nykytilanne), Naturwissenschaften
(John D. Trimmerin kääntämä julkaisussa Proceedings of the American Philosophical Society).

Schrödinger totesi yksinkertaistaen, että jos kissa ja jokin, joka voisi tappaa kissan (radioaktiivinen atomi), laitetaan laatikkoon ja suljetaan laatikko, ei tiedetä, onko kissa kuollut vai elossa, ennen kuin laatikko avataan, joten ennen kuin laatikko avataan, kissa on (tavallaan) sekä "kuollut että elossa". Tätä käytetään kuvaamaan sitä, miten tieteellinen teoria toimii. Kukaan ei tiedä, onko jokin tieteellinen teoria oikea vai väärä, ennen kuin kyseinen teoria voidaan testata ja todistaa.

Fysiikka voidaan jakaa kahteen tyyppiin: klassiseen fysiikkaan ja kvanttimekaniikkaan. Klassinen fysiikka selittää suurimman osan fysikaalisista vuorovaikutuksista, kuten sen, miksi pallo pomppii, kun se putoaa. Sen avulla voidaan myös ennustaa fysikaalisia vuorovaikutuksia, kuten mitä tapahtuu, kun pallo pudotetaan. On kuitenkin joitakin fysikaalisia vuorovaikutuksia, joita se ei selitä; esimerkiksi sitä, miten valo voidaan muuttaa sähköksi. Kvanttimekaniikka tarjoaa fyysikoille keinon selittää, miksi näitä asioita tapahtuu.

Kööpenhaminan tulkintaa käytetään selittämään, mitä tapahtuu atomin pienimmälle osalle (subatomiselle hiukkaselle) katsomatta sitä (havainnoimatta tai mittaamatta sitä). Matematiikkaa käytetään osoittamaan, kuinka todennäköisesti hiukkaselle tapahtuu jotakin. Hiukkasen voidaan kuvata olevan 50 % todennäköisyydellä yhdessä paikassa samaan aikaan tai 50 % todennäköisyydellä yhdessä paikassa toiseen aikaan. Tämä voitaisiin ilmaista myös kaaviona (tai aaltomuotona). Tämä on erittäin kätevää, kun tehdään kvanttifysiikan laskelmia.

Ainoa tapa olla 100-prosenttisen varma hiukkasen sijainnista on kuitenkin tarkkailla sitä. Kööpenhaminan tulkinnan mukaan hiukkanen on siellä ja ei ole siellä siihen asti, kunnes se havaitaan. Vasta kun hiukkanen havaitaan, tiedetään, onko se siellä vai ei.

Vaikka tämä on järkevää kvanttifysiikassa, se ei ole järkevää klassisessa (reaalimaailman) fysiikassa.

Schrödinger halusi osoittaa, että tämä tapa ajatella kvanttimekaniikkaa johtaisi absurdeihin tilanteisiin. Hän suunnitteli ajatuskokeen.

Kissa sijoitetaan huoneeseen, joka on eristetty ulkomaailmasta.

Huoneessa on Geiger-mittari, joka laskee radioaktiivisen hajoamisen määrää, ja hieman radioaktiivista ainetta.

Tunnin kuluessa yksi radioaktiivisen aineen atomeista saattaa hajota (tai hajota, koska materiaali ei ole stabiili) tai sitten ei.

Jos materiaali hajoaa, se vapauttaa atomihiukkasen, joka osuu geiger-laskuriin, joka vapauttaa myrkkykaasua, joka tappaa kissan.

Kysymys kuuluu nyt: onko kissa tunnin lopussa elossa vai kuollut? Schrödinger sanoo, että Kööpenhaminan tulkinnan mukaan niin kauan kuin ovi on kiinni, kissa on kuollut ja elossa. Sitä ei voi tietää ennen kuin ovi avataan. Mutta avaamalla oven henkilö puuttuu kokeeseen. Henkilö ja koe on kuvattava suhteessa toisiinsa.

Katsomalla koetta henkilö on vaikuttanut kokeeseen, joten se ei välttämättä anna meille oikeaa vastausta.

Schrödinger keksi ajatuskokeen osoittaakseen, miten typerää on ajatella suurten kappaleiden kvanttitiloja. Siihen on myös viitattu monta kertaa popkulttuurissa.

Kissa, Geiger-mittari ja myrkkyä suljetussa laatikossa. Kvanttimekaniikan mukaan kissa on jonkin ajan kuluttua sekä elossa että kuollut. Laatikkoon katsova henkilö löytää kissan joko elävänä tai kuolleena, mutta sen oletetaan kuitenkin olevan sekä elossa että kuollut ennen kuin laatikkoon katsotaan.Zoom
Kissa, Geiger-mittari ja myrkkyä suljetussa laatikossa. Kvanttimekaniikan mukaan kissa on jonkin ajan kuluttua sekä elossa että kuollut. Laatikkoon katsova henkilö löytää kissan joko elävänä tai kuolleena, mutta sen oletetaan kuitenkin olevan sekä elossa että kuollut ennen kuin laatikkoon katsotaan.

Oikean kokoinen kissahahmo puutarhassa osoitteessa Huttenstrasse 9, Zürich, jossa Erwin Schrödinger asui 1921-1926. Valo-olosuhteista riippuen kissa näyttää joko elävältä tai kuolleelta.Zoom
Oikean kokoinen kissahahmo puutarhassa osoitteessa Huttenstrasse 9, Zürich, jossa Erwin Schrödinger asui 1921-1926. Valo-olosuhteista riippuen kissa näyttää joko elävältä tai kuolleelta.

Aiheeseen liittyvät sivut

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on Schrödingerin kissa?


V: Schrödingerin kissa on kvanttifysiikkaa koskeva ajatuskokeilu, jonka Erwin Schrödinger ehdotti vuonna 1935 vastareaktiona kvanttifysiikan Kööpenhaminan tulkinnalle. Se sisältää hypoteettisen skenaarion, jossa kissa asetetaan teräskammioon, jossa on radioaktiivista ainetta sisältävä laite, joka voi mahdollisesti tappaa kissan. Kokeessa kysytään, onko kissa elossa vai kuollut, kun laatikko avataan.

Kysymys: Mitä Kööpenhaminan tulkinta sanoo hiukkasista?


V: Kööpenhaminan tulkinnan mukaan hiukkasen tilasta ei voi tietää varmasti, ennen kuin se on havaittu, joten hiukkasen voidaan sanoa olevan olemassa molemmissa tiloissa yhtä aikaa ennen havaintoa.

K: Miten Schrödinger osoitti tämän käsitteen?


V: Schrödinger osoitti tämän käsitteen ajatuskokeella, jossa kissa asetettiin suljettuun laatikkoon, jossa oli radioaktiivista ainetta. Hän esitti, että ennen kuin laatikko avattiin, ei voitu tietää, oliko kissa kuollut vai elossa, joten siihen asti kissa oli olemassa molemmissa tiloissa yhtä aikaa.

Kysymys: Mitkä kaksi fysiikan lajia mainitaan tässä tekstissä?


V: Kaksi tässä tekstissä mainittua fysiikan lajia ovat klassinen fysiikka ja kvanttimekaniikka. Klassinen fysiikka selittää useimmat fysikaaliset vuorovaikutukset ja voi ennustaa fysikaalisia vuorovaikutuksia, kun taas kvanttimekaniikka antaa selityksen joillekin fysikaalisille vuorovaikutuksille, joita klassinen fysiikka ei voi selittää.

Kysymys: Miten jonkin asian havainnointi vaikuttaa kokeeseen?


V: Jonkin asian havainnointi voi vaikuttaa kokeeseen, koska havainnoidessaan koetta joku voi häiritä sen tuloksia läsnäolollaan ja toiminnallaan havainnoinnin aikana. Tämä tarkoittaa, että tällaisesta kokeesta saadut tulokset eivät välttämättä vastaa todellisuutta tarkasti, koska ulkopuoliset tekijät ovat vaikuttaneet niihin.

K: Mitä tarkoitetaan "psi-toiminnolla"?


V: Psi-funktio viittaa matemaattisiin yhtälöihin, joita käytetään kuvaamaan, kuinka todennäköisesti jokin asia tapahtuu kvanttimekaniikassa ilman, että sitä todella katsotaan (havainnoidaan).

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3