Kot Shrödingera

pir)(: Mam pytanie związane z artykulem [Autorzy: Jarosław Chrostowski, Jan Stradowski,
Źródło: Tygodnik "Wprost", Nr 1184 (14 sierpnia 2005) ] "(...)Pod koniec lat 20. ubiegłego wieku Erwin Schrödinger zobrazował niezwykłość mikroskopowego świata kwantów w eksperymencie.

Do szczelnego pudła wkładamy kota, źródło promieniotwórcze emitujące średnio jedną cząstkę na godzinę oraz detektor, który w chwili wykrycia cząstki uwolni trujący gaz.

Po zamknięciu pudła i odczekaniu godziny mamy 50-procentowe prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, i takie samo, że jest żywy.

Tak sugerowałby zdrowy rozsądek. Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego - przed otwarciem pudła kot jest jednocześnie i żywy, i martwy!

Znajduje się w dziwnej mieszaninie (tzw. superpozycji) wszystkich możliwych stanów.

Dopiero otwarcie pudła i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu - kot wyskakuje przerażony z pudła albo zostaje w nim martwy.

- Hipotetyczny kot Schrödingera wcale nie zachowuje się dziwnie - po prostu żyje w tej połowie wszechświatów, w których przeprowadzono eksperyment, a w drugiej jest martwy! - mówi David Deutsch, fizyk z University of Oxford, wyróżniony prestiżowym Medalem Diraca.

Uczony uważa, że przy takim zdarzeniu następuje podział wszechświata zachodzący lokalnie - zaczyna się od jednej cząstki elementarnej, po czym stopniowo, z prędkością mniejszą od prędkości światła, rozszerza się na wszystkie te rzeczy, z którymi cząstka oddziałuje.

- Nie powstają żadne nowe wszechświaty. Istnieje Multiversum, które jest jak rzeka, dzieląca się na wiele kanałów o różnej szerokości - mówi uczony.

Istnienie swego rodzaju "cieni" wszechświatów równoległych można dostrzec w niektórych zjawiskach fizycznych.

Przykładem są prążki interferencyjne powstające podczas przechodzenia światła przez dwie szczeliny.

Eksperymenty dowiodły, że nawet pojedyncze fotony zachowują się tak, jakby przechodziły przez obie szczeliny jednocześnie.

I tak robią - w jednym wariancie wszechświata przechodzą przez pierwszą, a w drugim przez drugą szczelinę.

Podobnie można objaśnić inne kwantowe zjawiska - na przykład to, że cząstka taka jak elektron może być w wielu miejscach jednocześnie.(...)"

1. Otoż chodzi mi o inne przyklady zjawisk fizycznych, w których dowiedziono wpływu istnienia tych równoleglych wszechświatów.

2. Zastanawiam się także, co dokładnie znaczy, że owe pojedyncze fotony zachowują się jakby przeszły jednocześnie przez dwie szczeliny.

Będę wdzięczny za odpowiedź/ukierunkowanie moich dalszych poszukiwań :)

Morpheus: Od razu zaznaczę, że bardzo trudno jest pisać o tych rzeczach. Z jednej strony są bardzo medialne, wiele wszechświatów, kot żywy i martwy jednocześnie itp., a z drugiej strony ich fizyka jest niezwykle subtelna i łatwo o nadużycia. Od razu zaznaczę, opis zagadnienia kota Schrödingera i jego rozwiązanie jest przedstawione z punktu widzenia tylko jednej z możliwych interpretacji mechaniki kwantowej - tzw. interpretacja wielu wszechświatów Everetta (many worlds interpretation). Nie jest to jednak ogólnie przyjęta interpretacja i fizycy ją wyznający należą raczej do mniejszości. Warto podkreślić, że jest to tylko interpetacja, to znaczy z mechaniki kwantowej (z żadnego z ekperymetów) nie wynika, że istnieje wiele wszehświatów (cieni wszechświatów itp.), cokolwiek to miałoby znaczyć.

W mechanice kwantowej podstawowym problemem inerpetacji jest to, że do wyników eksperymentów i metod matematycznych można sobie dorabiać, różną, jak to mówią filozofowie, ontologię (czyli teorię bytu - to co istnieje). Jak fizyk rozwiązuje jakiś problem z mechaniki kwantowej, to zazwyczaj o tej ontologii w ogóle nie myśli i używa pojęć takich jak stany kwantowe, funkcja falowa, superpozycja, nie mówiąc przy tym np. co rozumie przez stwierdzenie, że funkcja falowa istnieje itp. Wiekszośc fizyków tak postępuje i nie zastanawia się "jak jest naprawdę". I, niestety, to jest chyba wszystko co na razie można zrobić, bo mechanika kwantowa jest wciąż dość tajemniczą teorią. Rozwiązanie Everetta jest, przynajmniej dla mnie, całkowicie nieciekawe - wprowadzenie nieskończonej liczby równoległych wszechświatów nie wydaje mi się zbyt dobrym rozwiązaniem problemów interpetacyjnych mechaniki kwantowej. Ale to moja subiektywna opinia.

Dlatego zdanie "Istnienie swego rodzaju "cieni" wszechświatów równoległych można dostrzec w niektórych zjawiskach fizycznych" jest bardzo naciągane. Te zjawiska fizyczne można tłumaczyć bez użycia tych tajemniczych "cieni".

"Eksperymenty dowiodły, że nawet pojedyncze fotony zachowują się tak, jakby przechodziły przez obie szczeliny jednocześnie" - tak to wyglada, ponieważ wysyłając pojedyncze fotony widzimy interferncje i to jest esencją dualizmu korpuskularno-falowego, ale nie trzeba myśleć o równoległych wszechświatach. Można np. użyć interpetacji Bohma (dość niepopularnej, bo prowadzi do silnej nielokalności wszechświata), która tłumaczy inerferncję tym, że z cząstką jest związana fala, która interferuje a następnie pilotuje cząstki w taki sposób że po powtórzeniu eksperymentu wiele razy obserwujemy prążki.
Piszę o tym nie dlatego, że jestem zwolennikiem Bohma, ale dlatego żeby pokazać, że wszechświaty równoległe to nie jedyne rozwiązanie.

Co do Twoich pytań, to inne przykłady zjawisk kwantowych (które, jak podkreślam, nie dowodzą niczego na temat wszechświatów), to np. eksperymenty z użyciem interferometru Macha-Zendera (Mach-Zender interferometer), badanie łamania nierówności Bella przy użyciu kwantowych stanów splątanych.

Odnośnie Twojego drugiego pytania: Przez powiedzenie, że foton przeszedł przez dwie szczeliny jednocześnie, rozumiemy tylko tyle, że wysyłając pojedynczo fotony, i rejestrując je pojedynczo, zaobserwowaliśmy wzór interferencyjny taki sam, jak w sytuacji gdyby jakaś fala padała na dwie szczeliny, a następnie fale wychodzące z dwóch szczelin interferowały na ekranie. Tyle można powiedzieć, reszta jest interpretacją.

Spróbuj najpierw poczytać to, co jest na początku tomu 5 "Podstaw fizyki", a jak będziesz chciał drążyć temat głębiej, to pytaj dalej.

PS. A co do kota Schrödingera, to z uwagi na jego makroskopowe rozmiary, niezwykle silnie oddziaływuje on z otoczeniem. Zachodzi zjawisko nazywane dekoherencją (decoherence) i w opisie dawanym przez mechanikę kwantową, który uwzględnia dekoherencje, okazuje się, że wcale nie jest tak, żę kot jest żywy i martwy jednocześnie, ale jest albo żywy albo martwy. Tak jakby zdrowy rozsądek nakazywał. Ale do tego trzeba uwzględnić otoczenie.