Kot Schrodingera - żywy czy martwy? Zanim zacznę pisanie chcę zazna... (@Lilinho)

Kot Schrodingera - żywy czy martwy?

Zanim zacznę pisanie chcę zaznaczyć jedną ważną rzecz - nie jestem fizykiem jądrowym ani w ogóle fizykiem. Więc nie znajdziecie tutaj skomplikowanych wzorów ponieważ sam ich nie rozumiem. Znajdziecie tutaj łopatologiczne (w miarę moich możliwości) wytłumaczenie zagadnień kwantowych.

To w roli wstępu. Teraz do rzeczy. Na 99% słyszeliście kiedyś o kocie Schrödingera i że tenże kot jest jednocześnie żywy i martwy. Długo zajęło mi zrozumienie o co w tym chodzi. Bo dlaczego? I jak? Więc postanowiłem tę wiedzę przekazać Wam. Jak we wstępie wspomniałem - będziemy mieli do czynienia z zagadnieniami kwantowymi. A z fizyką kwantową jest taki problem, że na samym początku trzeba cały zdrowy rozsądek i intuicję spakować ładnie w pudełeczko i schować do szuflady. Nie przyda nam się. Mając już pierwszy krok za sobą można przejść dalej.

Kot Schrödingera jest eksperymentem myślowym stworzonym, tutaj bez niespodzianek, przez Erwina Schrödingera. Polega on na tym, że bierzemy kota i wsadzamy go do pudełka. Razem z tym kotem do pudełka wsadzamy mechanizm składający się z emitera cząstek (na przykład pojedynczy atom niestabilnego izotopu) oraz detektora cząstek (na przykład licznik Geigera), który to detektor, po wykryciu cząstki, uwalnia trujący gaz. Zamykamy pudełko i czekamy. Wiadomo, że po zamknięciu pudełka cząstka została wyemitowana. I teraz - problem całego eksperymentu nie polega na tym, że nie wiemy czy kot jest żywy czy martwy. Problem polega na tym, że kot jest jednocześnie żywy i martwy. Dopiero otworzenie pudełka i dokonanie obserwacji definiuje jego stan. W tym momencie pojawia się jedno pytanie: co? I tutaj drobnymi kroczkami wkraczamy w fizykę cząstek - zapnijcie pasy.

Cząstki elementarne mają to do siebie, że znajdują się, cóż, wszędzie na raz. Mniej więcej. Wytłumaczę to na przykładzie atomu wodoru (bo jest najprostszy). Jak wiecie z książek od chemii czy fizyki atomu wodoru składa się z jądra i jednego elektronu, który krąży po “orbicie” wokół jądra. Tak to jest pokazywane ponieważ jest to łatwiejsze do zrozumienia. Prawda jest taka, że wokół jądra znajduje się tak zwana chmura elektronowa. A chmura elektronowa to obszar, w którym jest największe prawdopodobieństwo na znalezienie elektronu. Tutaj ważne jest przywiązywanie uwagi do szczegółów. Zwróćcie uwagę, że nie napisałem “obszar, w którym znajduje się elektron” tylko “obszar, w którym jest największe prawdopodobieństwo na znalezienie elektronu”. Nie wiadomo gdzie jest dokładnie, ale wiadomo, że gdzieś jest. A może i nie.

Łącząc te dwie informacje (albo znamy położenie ale nie znamy prędkości albo znamy prędkość a o położeniu nie wiemy nic) mamy odpowiedź na pytanie “czemu jest jednocześnie żywy i martwy”. Ponieważ, zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, wyemitowana cząstka jednocześnie uderzyła i nie uderzyła w detektor.

Teraz zajmijmy się drugą częścią czyli “obserwacja określa stan elektronu”. Cząstki elementarne mają jeszcze jedną ciekawą właściwość, którą opisuje zasada nieoznaczoności Heisenberga. Cząstka posiada zarówno prędkość jak i położenie. Zasada nieoznaczoności mówi, że pomiar jednej wielkości powoduje utratę danych o drugiej wielkości. Innymi, prostszymi, słowami - możemy określić albo prędkość cząstki albo jej położenie.

Teraz złóżmy to wszystko w całość. Mamy cząstkę, która sobie lata w pudełku. Znamy jej prędkość (bo wiemy co to za cząstka). Ale nie wiemy gdzie dokładnie jest (funkcja falowa tej cząstki wskazuje, że największe prawdopodobieństwo znalezienia cząstki jest wszędzie w pudełku czyli, jak wspominałem, kot jest żywy i martwy). Otwieramy pudełko i dokonujemy obserwacji pt “czy cząstka uderzyła w detektor” lub inaczej “gdzie znajduje się cząstka”. W tym momencie, dla nas, cząstka nie ma już prędkości, ale ma położenie. I tym położeniem może być albo “nie na ekranie detektora” (kot żyje) albo “na ekranie detektora” (kot jest martwy).

I na tym, moi drodzy, polega eksperyment z kotem Schrödingera.