Schrödingers kat
Schrödingers kat er et tankeeksperiment om kvantefysik. Erwin Schrödinger foreslog det i 1935 som en reaktion på Københavns fortolkning af kvantefysikken.
Schrödinger skrev:
Man kan endda opstille helt latterlige sager. En kat er spærret inde i et stålkammer sammen med følgende anordning (som skal sikres mod direkte indblanding fra katten): I en Geigertæller er der en lillebitte smule radioaktivt stof, så lille, at der måske i løbet af en time kun henfalder ét af atomerne, men med samme sandsynlighed måske heller ikke noget; hvis det sker, udløses tællerøret og via et relæ en hammer, som slår en lille kolbe med blegemiddel i stykker. Hvis man har overladt hele dette system til sig selv i en time, vil man sige, at katten stadig lever, hvis intet atom i mellemtiden er henfaldet. Hele systemets psi-funktion ville udtrykke dette ved at have den levende og den døde kat (undskyld udtrykket) blandet eller udsmurt i lige store dele i det.
Det er typisk for disse tilfælde, at en ubestemthed, der oprindeligt var begrænset til det atomare område, bliver omdannet til en makroskopisk ubestemthed, som derefter kan opklares ved direkte observation. Det forhindrer os i så naivt at acceptere en "sløret model" til at repræsentere virkeligheden som gyldig. I sig selv ville den ikke indeholde noget uklart eller modstridende. Der er forskel på et rystet eller ufokuseret foto og et snapshot af skyer og tågebanker.
- Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Den nuværende situation inden for kvantemekanikken), Naturwissenschaften
(oversat af John D. Trimmer i Proceedings of the American Philosophical Society)
Schrödinger sagde, at hvis man anbragte en kat og noget, der kunne dræbe katten (et radioaktivt atom) i en kasse og forseglede den, ville man ikke vide, om katten var død eller levende, før man åbnede kassen, så indtil kassen blev åbnet, var katten (i en vis forstand) både "død og levende". Dette bruges til at repræsentere, hvordan videnskabelig teori fungerer. Ingen ved, om en videnskabelig teori er rigtig eller forkert, før teorien kan testes og bevises.
Fysik kan opdeles i to typer: klassisk fysik og kvantemekanik. Den klassiske fysik forklarer de fleste fysiske vekselvirkninger, f.eks. hvorfor en bold hopper, når den falder ned. Den kan også bruges til at forudsige fysiske vekselvirkninger, f.eks. hvad der vil ske, når man taber en bold. Der er dog nogle fysiske vekselvirkninger, som den ikke forklarer, f.eks. hvordan lys kan omdannes til elektricitet. Kvantemekanikken giver fysikerne en måde at forklare, hvorfor disse ting sker.
Københavns fortolkning bruges til at forklare, hvad der sker med den mindste del af et atom (en subatomar partikel) uden at se på den (observere den eller måle den). Matematikken bruges til at vise, hvor sandsynligt det er, at der sker noget med partiklen. En partikel kan beskrives som værende 50 % sandsynlig for at være på ét sted på ét tidspunkt eller 50 % sandsynlig for at være på ét sted på et andet tidspunkt. Dette kunne også udtrykkes som et diagram (eller en bølgeform). Dette er meget praktisk, når man foretager kvantefysiske beregninger.
Men den eneste måde at være 100 % sikker på, hvor en partikel befinder sig, er ved at observere den. Indtil man observerer den, siger Københavnsfortolkningen, at partiklen er der og er der ikke. Det er først, når man observerer partiklen, at man ved, om den er der eller ej.
Mens dette giver mening i kvantefysikken, giver det ikke mening i den klassiske fysik (den virkelige verden).
Schrödinger ønskede at vise, at denne måde at tænke kvantemekanik på ville føre til absurde situationer. Han udtænkte et tankeeksperiment.
En kat anbringes i et rum, der er adskilt fra omverdenen.
En Geigertæller, der tæller mængden af radioaktivt henfald, og en lille smule af et radioaktivt grundstof befinder sig i rummet.
Inden for en time kan et af atomerne i det radioaktive materiale henfalde (eller nedbrydes, fordi materialet ikke er stabilt), eller også kan det ikke.
Hvis materialet går i stykker, vil det frigive en atomar partikel, som vil ramme geigertælleren, som vil frigive giftgas, som vil dræbe katten.
Spørgsmålet er nu: Er katten levende eller død, når timen er omme? Schrödinger siger, at i henhold til Københavns fortolkning er katten død og levende, så længe døren er lukket. Der er ingen måde at vide det på, før døren bliver åbnet. Men ved at åbne døren blander personen sig i eksperimentet. Personen og eksperimentet skal beskrives med henvisning til hinanden.
Ved at se på eksperimentet har personen påvirket eksperimentet, og derfor giver det måske ikke det rigtige svar.
Tankeeksperimentet blev opfundet af Schrödinger for at demonstrere, hvor tåbeligt det er at tænke på kvantetilstande for store objekter. Det er også blevet refereret mange gange i popkulturen.
Kattefigur i naturlig størrelse i haven i Huttenstrasse 9, Zürich, hvor Erwin Schrödinger boede 1921 - 1926. Afhængigt af lysforholdene virker katten enten levende eller død.
En kat med en geigertæller og en smule gift i en forseglet kasse. Kvantemekanikken siger, at efter et stykke tid er katten både levende og død. En person, der kigger ind i kassen, vil enten finde katten levende eller død, men den antages at være både levende og død, før man kigger ind i kassen.
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er Schrödingers kat?
A: Schrödingers kat er et tankeeksperiment om kvantefysik, som Erwin Schrödinger foreslog i 1935 som reaktion på Københavns fortolkning af kvantefysikken. Det indebærer et hypotetisk scenarie, hvor en kat placeres i et stålkammer med en anordning, der indeholder radioaktivt materiale, som potentielt kan dræbe katten. Spørgsmålet i forsøget er, om katten vil være i live eller død, når kassen åbnes.
Spørgsmål: Hvad siger Københavns fortolkning om partikler?
Svar: Københavns fortolkning siger, at det er umuligt at vide med sikkerhed, hvilken tilstand en partikel vil være i, før den er blevet observeret, så før observationen kan den siges at eksistere i begge tilstande på én gang.
Spørgsmål: Hvordan demonstrerede Schrödinger dette begreb?
A: Schrödinger demonstrerede dette begreb gennem sit tankeeksperiment med en kat, der blev anbragt i en forseglet kasse med radioaktivt materiale. Han foreslog, at indtil æsken blev åbnet, ville man ikke vide, om katten var død eller levende, så indtil da ville den eksistere i begge tilstande på en gang.
Spørgsmål: Hvilke to typer fysik er nævnt i denne tekst?
Svar: De to typer fysik, der nævnes i denne tekst, er den klassiske fysik og kvantemekanikken. Den klassiske fysik forklarer de fleste fysiske vekselvirkninger og kan forudsige fysiske vekselvirkninger, mens kvantemekanikken giver en forklaring på nogle fysiske vekselvirkninger, som den klassiske fysik ikke kan forklare.
Spørgsmål: Hvordan påvirker det at observere noget et eksperiment?
Svar: Når man observerer noget, kan det påvirke et eksperiment, fordi man ved at observere et eksperiment kan forstyrre dets resultater på grund af sin tilstedeværelse og sine handlinger under observationen. Det betyder, at de resultater, der opnås ved et sådant eksperiment, ikke nødvendigvis afspejler virkeligheden nøjagtigt, da de er blevet påvirket af udefrakommende faktorer.
Spørgsmål: Hvad henviser "psi-funktion" til?
A: Psi-funktion refererer til matematiske ligninger, der bruges til at beskrive, hvor sandsynligt det er, at noget sker inden for kvantemekanikken, uden at man faktisk ser på det (observerer det).
