Tankeexperimentet känt som Schrödingers katt är ett av de mest berömda och missförstådda begreppen inom kvantmekanik. Genom att tänka djupt på det har forskare kommit till spektakulära insikter om fysisk verklighet.
Vem kom med Schrödingers katt?
Den österrikiska fysikern Erwin Schrödinger, som hjälpte till att hitta kvantmekanikens disciplin, tänkte första gången på sitt kattstopp 1935 som en kommentar till problem som ursprungligen uppstod av armaturen Albert Einstein, enligt en artikel i Quanta Magazine.
Medan de utvecklade sin nya förståelse för det subatomära området, hade de flesta av Einstein och Schrödingers kollegor insett att kvanteenheter uppvisade extremt udda beteenden. Den danska fysikern Niels Bohr förespråkade en förståelse för att partiklar som elektroner inte hade väl definierade egenskaper förrän de mättes. Innan dess fanns partiklarna i det som är känt som en superposition av tillstånd, med till exempel 50% chans att vara orienterade "upp" och 50% chans att vara orienterade "ner".
Einstein gillade inte särskilt denna obeslutsamma förklaring. Han ville veta hur universum exakt vet att någon mäter något. Schrödinger markerade denna absurditet med sin ökända begreppskatt.
Anta att man bygger en konstig kontrast, skrev Schrödinger i ett papper från 1935 som heter "The Current Situation in Quantum Mechanics." Apparaten består av en låda med en förseglad ampull med cyanid, ovanför vilken en hammare är fäst vid en Geiger-räknare riktad mot en liten klump milt radioaktivt uran. Inuti lådan finns det också en kattunge (och kom ihåg att detta är ett tankeexperiment som aldrig har genomförts).
Lådan är förseglad, och experimentet får köras under viss tid, kanske en timme. Under den timmen har uranet, vars partiklar följer kvantmekanikens lagar, en viss chans att avge strålning som sedan plockas upp av Geiger-disken, som i sin tur kommer att släppa hammaren och krossa injektionsflaskan och döda katten genom cyanidförgiftning.
Enligt folk som Bohr, tills rutan öppnas och kattens status "mäts", kommer den att förbli i en superposition av både levande och avlidna. Människor som Einstein och Schrödinger lurade på en sådan möjlighet, som inte överensstämmer med allt som vår vanliga erfarenhet säger till oss - katter är antingen levande eller döda, inte båda samtidigt.
"uantum fysik saknade en viktig komponent, en berättelse om hur den stod ihop med saker i världen," skrev vetenskapsjournalisten Adam Becker i sin bok "Vad är verkligt?" (Basic Books, 2018). "Hur ger ett fenomenalt antal atomer, som styrs av kvantfysiken, upphov till den värld vi ser runt oss?"
Är Schrödingers katt verklig?
Schrödingers katt skar i hjärtat av det som var bisarrt om Bohrs tolkning av verkligheten: avsaknaden av en tydlig skiljelinje mellan kvantet och vardagen. Medan de flesta tror att det ger ett exempel till stöd för partiklar som saknar klart definierade egenskaper tills de mäts, var Schrödingers ursprungliga avsikt precis motsatsen - för att visa att en sådan idé var nonsensisk. Ändå i många decennier ignorerade fysiker i stort sett detta problem och flyttade vidare till andra kvandärer.
Men från 1970-talet kunde forskare visa att kvantpartiklar kan skapas i tillstånd som alltid motsvarar varandra - så om en visar en "upp" -orientering, kommer den andra att vara "ned" - ett fenomen som Schrödinger kallade förfiltring . Sådant arbete har använts för att underbygga det framväxande fältet för kvantberäkning, vilket lovar att producera beräkningsmaskiner som är mycket snabbare än nuvarande tekniker.
2010 lyckades fysiker också skapa en verklig version av Schrödingers katt, om än på ett sätt som inte involverar brottsbekämpning (alias, kattemord). University of California, Santa Barbara, forskare byggde en resonator, i princip en liten stämgaffel, storleken på pixeln på en datorskärm. De placerade den i en superposition där den både var oscillerande och inte svängande samtidigt, vilket visar att relativt stora föremål kan ockupera bisarra kvanttillstånd.
Nyare experiment har placerat grupper på upp till 2 000 atomer på två olika platser på samma gång, vilket ytterligare oskärpa skillnadslinjen mellan det mikroskopiska och makroskopiska. År 2019 lyckades forskare vid University of Glasgow till och med ta ett foto av intrasslade fotoner med en speciell kamera som knäppte en bild varje gång en foton dyker upp med sin intrasslade partner.
Medan fysiker och filosofer ännu inte kommit överens om hur man tänker på kvantvärlden, har Schrödingers insikter gett många fruktbara forskningsvägar och kommer sannolikt att fortsätta göra det under överskådlig framtid.
