Kot Schrödingera uchwycony na zdjęciu

Słynny kot Schrödingera stał się niejako maskotką fizyki kwantowej pobudzając wyobraźnię ludzi próbujących zrozumieć tę wymykającą się makroskopowej logice dziedzinę nauki. Teraz fizykom z Austriackiej Akademii Nauk udało się wykonać pierwszy portret owego kwantowego kota.

Eksperyment myślowy z kotem opracowany został w roku 1935 przez jednego z twórców mechaniki kwantowej - Austriaka Erwina Schrödingera - który w ten sposób chciał pokazać paradoks jaki pozornie występuje w interpretacji kopenhaskiej opracowanej przez Nielsa Bohra i Wernera Heisenberga, według której (w dużym skrócie) rzeczywistość tkwi w obserwacji, a nie w funkcji falowej. Według niej prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w danym punkcie przestrzeni zależy od jego kwadratu modułu funkcji falowej, a więc jest czysto probabilistyczne czemu sprzeciw wyraził nawet sam Einstein w słynnych słowach "Bóg nie gra w kości ze wszechświatem" (do tego dodo końca swego życia próbował on obalić mechanikę kwantową,  jak wiemy dziś - bezskutecznie).

Schrödinger postanowił pokazać nam ten problem w skali makro używając do tego celu kota, który miał być zamknięty w stalowym pudełku. W pudełku tym znajdować miał się także pojemnik z trującym gazem, jeden atom mogący wyemitować jedną cząstkę promieniowania i detektor tego promieniowania, który wykrywając tę cząstkę uruchamia mechanizm uwalniający gaz zabijając tym samym kota. W świecie makro gdy zamkniemy pojemnik i poczekamy chwilę będziemy mieli połowiczną szansę na to, że kot jest żywy i taką samą szansę na to, że jest martwy.

Na poziomie kwantowym światem rządzą jednak inne zasady. Według interpretacji kopenhaskiej do momentu otwarcia pojemnika - a więc dokonania obserwacji i załamania funkcji falowej - kot znajduje się w superpozycji będąc jednocześnie żywym i martwym.

I to właśnie postanowili w bardzo oryginalny sposób zobrazować naukowcy z Austriackiej Akademii Nauk. Opracowali oni eksperyment, w którym obraz kota wygenerowany został z szablonu w kształcie tego zwierzęcia i splątanych ze sobą (a więc dzielących ten sam stan kwantowy) fotonów - pochodzących ze źródła światła żółtego i czerwonego.

"Żółte" fotony zostały wystrzelone w kierunku krzemowego szablonu z kotem, natomiast "czerwone" - które z szablonem nie miały żadnej styczności - trafiły na matrycę aparatu fotograficznego.

I choć czerwone fotony fizycznie nie weszły w żaden kontakt z wyciętym w krzemie kotem (szablon był całkowicie przejrzysty dla czerwonego światła) to dzięki splątaniu na fotografii pojawił się obraz kota, który można nazwać pierwszym portretem kota Schrödingera.

Schrödinger oczywiście nie chciał aby traktować na poważnie pomysł z kotem (było to raczej reductio ad absurdum), ale wymyślony przez niego przykład okazał się tak trafiony, że do dziś używa się go do porównywania kolejnych, nowszych interpretacji mechaniki kwantowej.

Źródła: ,