Co je Schrödingerova kočka?

„Schrödingerova kočka“ je jednou z frází, která se v konverzaci tu a tam objevuje. Přesto těm, kteří nikdy nebyli studentem fyziky nebo alespoň neslyšeli Sheldonovo vysvětlení o teorii velkého třesku, nemusí být jasné, co to znamená. Krátká odpověď je, že Schrödingerova kočka je název slavného myšlenkového experimentu, který jako první navrhl fyzik Erwin Schrodinger. Dlouhá odpověď a zdroj jedné z nejdůležitějších debat ve fyzice nás zve, abychom vstoupili do bizarní domény kvantové mechaniky, abychom možná přehodnotili své předpoklady o realitě.

Kdo byl Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger se narodil 12. srpna 1887 ve Vídni, hlavním městě Rakouska-Uherska. Erwinův otec, Rudolph Schrödinger, byl botanik a majitel továrny na výrobu olejových tkanin. Jeho matka, Georgine, byla dcerou Rudolfova profesora chemie. Erwin, jedináček, byl vychován jako luterán a soukromě vzděláván doma až do 11 let. Erwin vynikal od raného věku v jazyce, matematice a fyzice.

Schrödingerovo vzdělání

Schrödinger se zapsal na vídeňskou univerzitu a studoval fyziku. Silně ho ovlivnili kolegové fyzikové Franz Exner, průkopník oboru, a Fritz Hasenohrl, pozdější vedoucí teoretické fyziky. Schrödinger získal titul Ph.D. v roce 1910. Byl povolán a poslán do Itálie jako dělostřelecký důstojník v roce 1914. Schrodinger měl větší štěstí než jeho kolega a mentor Hasenohrl, který byl zabit granátem v roce 1915. Když přežil válku, zastával funkce na fakultách na několika univerzitách, než se oženil. Annemarie Bertel v roce 1920.

Schrödingerova rovnice

V roce 1921 se Schrödinger stal profesorem na univerzitě v Curychu a ukázalo se, že má nové nápady v oblasti atomové fyziky. V reakci na teorie, že pohyb elektronů v atomu lze popsat jako vlnění, poskytl Schrödinger nezbytný matematický důkaz svou rovnicí Wave Theory Equation z roku 1926. Jiskra kreativity prý přišla během vášnivé aféry se starým Vídeňanem. přítelkyně.

Zrození kvantové mechaniky

Schrödingerova rovnice poskytla robustní popis chování a pohybu atomů. Přiřazením jejich pohybu pravděpodobnostní vlně bylo možné statisticky zpracovat polohu a stav atomu. Dokud nebylo provedeno přímé měření, byl atom údajně ve stavu superpozice. Podle Kodaňské interpretace to znamenalo, že by se na ni mohlo nahlížet tak, že je na všech místech najednou. Klíčová otázka pro fyziky, byla teorie vln pouze pohodlným matematickým nástrojem, nebo popisovala něco fyzikálně skutečného? Kde byl vlastně atom?

Štětec s Einsteinem a nacisty

V roce 1927 se Schrödinger přestěhoval se svou ženou na Univerzitu Friedricha Wilhelma v Berlíně. Zde si třel lokty s Albertem Einsteinem. Zatímco tam pokračoval v důležitém a inovativním výzkumu, stále více ho znepokojovala rostoucí antisemitská atmosféra v Německu. Po vzoru Einsteina v roce 1937 opustil Německo a přestěhoval se do Anglie a zaujal místo v Oxfordu. Brzy poté, co mu byla v roce 1933 udělena Nobelova cena za fyziku.

Schrödingerova kočka

Navzdory své klíčové roli při vytváření teorie vln nebyl Shrödinger nikdy spokojen s jejími důsledky. Stejně jako mnoho fyziků nedokázal uvést do souladu kvantovou nejistotu na atomové úrovni s naší každodenní zkušeností reality. Ve světě, který vidíme, mají lidé a předměty určité místo a stav, ať už je pozorujeme nebo ne. Aby upozornil na tento rozpor, formuloval myšlenkový experiment, který zahrnoval kočku v zapečetěné krabici, radioaktivní látku a Geigerův počítač pro měření rozpadu látky.

Během jedné hodiny by byla 50% pravděpodobnost, že se radioaktivní materiál rozpadne a vypustí jeden atom. Pokud by se to stalo, Geigerův počítač by to detekoval a aktivoval relé, které by způsobilo, že kladivo rozbije baňku s kyselinou. Kyselina by se uvolnila do krabice a zabila by kočku. Otázka zněla, je kočka živá nebo mrtvá?

Paradox Schrödingerovy kočky

Z kvantově mechanické perspektivy se říká, že kočka je v superponovaném stavu se stejnou pravděpodobností, že bude mrtvá nebo živá. Stav kočky je určen pouze tehdy, když je měřena nebo pozorována. Zdálo se to absurdní, napsal Schrödinger, protože kočka musí být určitě jedna nebo druhá, ať už se pozorovatel rozhodne podívat, nebo ne. Přesto se přesně takto chovaly atomy. Spojením osudu kočky s fluktuací atomových jader Shrödinger demonstroval ústřední problém Kodaňské interpretace kvantové mechaniky.

kutilské děliče pokojů

Obavy a lítost

Netřeba dodávat, že když se Shrödinger zeptal, co si myslí o kodaňské interpretaci své teorie vln, řekl: 'Nelíbí se mi to a je mi líto, že jsem s tím někdy měl něco společného.' Schrödinger se po léta hádal se svými současníky o smyslu svého vlastního experimentu.

Vlastnil někdy Schrödinger kočku?

Populární pověst je, že v určitém okamžiku během 30. let 20. století mohl Schrödinger ve svém domě v Oxfordu skutečně vlastnit kočku jménem Milton. Naštěstí, přestože poskytl svému majiteli určitou inspiraci, neexistuje žádný důkaz, že by Schrostrovdingerova kočka byla někdy umístěna do krabice s baňkou kyseliny.

Dědictví

Schrödinger zemřel 4. ledna 1961 ve stejném městě, ve kterém se narodil, ve Vídni. V době jeho smrti on i jeho teoretická kočka zanechali nesmazatelnou stopu ve vědě kvantové mechaniky. Zatímco mnoho velkých mozků přispělo k rozvoji vlnové teorie a konceptu neurčitosti, pouze jeden bude navždy známý jako otec kvantové mechaniky, a to je Erwin Schrödinger.