Kot Schrödingera
Fizyka kwantowa ma charakter probabilistyczny. Wedle opracowanej przez Nielsa Bohra i Wernera Heisenberga interpretacji kopenhaskiej, przed dokonaniem pomiaru, układ kwantowy znajduje się w tzw. stanie mieszanym – przyjmuje wszystkie możliwe stany opisywane przez funkcję falową Schrödingera. Dopiero akt obserwacji niejako zmusza układ kwantowy do przyjęcia konkretnego stanu (w wyniku załamania funkcji falowej). Interpretacja kopenhaska zdaje się więc przypisywać olbrzymią rolę obserwatorowi, odbierając naturze jej obiektywny charakter. Z takim podejściem nie mogło się pogodzić wielu wybitnych fizyków m. in. Albert Einstein oraz sam twórca równania falowego – Erwin Schrödinger [1].
Aby podkreślić absurdalność takiej interpretacji Schrödinger opracował słynny eksperyment myślowy z kotem w roli głównej [2]. W zamkniętym pojemniku umieszczamy kota oraz specjalny mechanizm, zawierający porcję radioaktywnej substancji, która po godzinie, z równym prawdopodobieństwem ulegnie bądź nie ulegnie rozpadowi. Jeśli nastąpi rozpad radioaktywny uwolniona zostanie trucizna, która natychmiast zakończy żywot kota. Jeśli rozpad szczęśliwie nie nastąpi, kot będzie żył. Otwierając pojemnik po upływie godziny mamy więc równą szansę na znalezienie żywego bądź martwego kota. Co będzie się jednak działo z kotem zanim otworzymy pojemnik? Zdaniem Schrödingera, zgodnie z interpretacją kopenhaską, kot, podobnie jak cząstki radioaktywnej substancji, powinien znajdować się w stanie mieszanym – być równocześnie żywym i martwym. Dopiero otwarcie pojemnika i dokonanie obserwacji miałoby ustalić los zwierzaka.
Przygnębiony kwantową niepewnością swego losu kot ucieka w drzemkę.
To by też tłumaczyło powszechne zamiłowanie kotów do spania.
Choć powyższy opis może wydawać się niedorzeczny, liczne eksperymenty potwierdziły, iż akt obserwacji odgrywa w układach kwantowych kluczową rolę. Nie jest jednak jasne w jaki sposób obserwacja miałaby prowadzić do załamania funkcji falowej oraz jakie warunki powinien spełniać obserwator. Czy musi to być człowiek lub inny byt świadomy? Czy może to być zwierzę (np. kot)? A może świat jest w stanie obserwować sam siebie? To zaskakujące jak bardzo pytania te przypominają rozważania George’a Berkeleya, wyrażone w słynnej maksymie esse est percipi – istnieć, znaczy być postrzeganym [3].
Odmienną interpretację zjawisk kwantowych, pozwalającą zachować obiektywny charakter praw przyrody, zapro- ponował w 1957 r. Hugh Everett. Wedle jego koncepcji, w każdym momencie, kiedy układ kwantowy może przyjąć różne stany, nie dochodzi do przypadkowego wyboru jednego z nich (załamania funkcji falowej) lecz realizowane są wszystkie możliwości, tyle, że w odrębnych równoległych wszechświatach. W jednym z takich wszechświatów nasz kot dalej będzie cieszył się życiem, w innym niestety będzie martwy. Chociaż brzmi to jak fragment powieści science fiction, wielu współczesnych fizyków skłania się ku interpretacji Everetta. Co ciekawe, w koncepcji tej różne wersje zdarzeń rozkładają się po oddzielnych wszechświatach w sposób całkowicie deterministyczny, natomiast z wewnętrznej perspektywy każdego wszechświata jawią się one jako zjawiska losowe [4]. W ten sposób interpretacja Everetta nie tylko zachowuje obiektywność fizyki, ale również łączy determinizm z losowością. Jedyną „drobną” niedogodnością tej koncepcji jest zatrważająca liczba wszechświatów, które mnożą się z każdą chwilą…
———
[1] Przystępny opis podstawowych zagadnień teorii kwantów znaleźć można [w:] L. Lederman, C. Hill, Zrozumieć niepojęte. Fizyka kwantowa i rzeczywistość, przeł. U. i M. Seweryńscy, Warszawa 2013.
[2] E. Schrödinger, The Present Situation in Quantum Mechanics, przeł. J.D. Trimmer, [w:] J.A. Wheeler, W.H. Zurek (red.), Quantum Theory and Measurement, New Jersey 1983, ss. 152-167.
[3] G. Berkeley, Traktat o zasadach ludzkiego poznania, przeł. J. Salamon, Kraków 2005.
[4] M. Tegmark, Nasz matematyczny Wszechświat. W poszukiwaniu prawdziwej natury rzeczywistości, przeł.
B. Bieniok, E.L. Łokas, Warszawa 2015, ss. 270-285.