Jakub Jernajczyk: Kot Schrödingera

Fizyka kwantowa ma charakter probabilistyczny. Wedle jej kopenhaskiej interpretacji 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).

Tekst ukazał się w „Filozofuj!” 2016 nr 6 (12), s. 13. W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.

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.

Aby podkreślić absurdalność tej koncepcji, Schrödinger stworzył słynny eksperyment myślowy z kotem w roli głównej. 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 istnieć równocześnie w dwóch stanach – żywym i martwym. Dopiero otwarcie pojemnika i dokonanie obserwacji miałoby ustalić los zwierzaka.

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.

Odmienną interpretację zjawisk kwantowych, pozwalającą zachować obiektywny charakter praw natury, zaproponował 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. Choć brzmi to jak fragment powieści science fiction, wielu współczesnych fizyków skłania się ku interpretacji Everetta.

Jakub Jernajczyk – matematyk, artysta wizualny, popularyzator nauki; adiunkt na Wydziale Grafiki i Sztuki Mediów wrocławskiej ASP. Strona autora: www.grapik.pl