мини| Мачката на Шредингер: мачка, колба со отров и радиоактивен извор се ставаат во затворена кутија. Ако внатрешен монитор (на пр Гајгеров бројач) откриe радиоактивност (т.е. распаѓање на еден атом), колбата се крши, ослободувајќи го отровот, којшто ја убива мачката. Копенхашката интерпретација на квантната механика подразбира дека по некое време, мачката е истовремено и жива и мртва. Сепак, кога некој ќе погледне во кутијата, ќе ја види мачката или жива или мртва, но не истовремено и жива и мртва. Ова го поставува прашањето кога точно завршува квантната суперпозиција и реалноста се решава во една или друга можност. Во квантната механика, мачката на Шредингер е мисловен експеримент што го илустрира очигледниот парадокс на квантната суперпозиција. Во мисловниот експеримент, хипотетичка мачка може истовремено да се разгледува како и жива и мртва како резултат на поврзаност со случаен субатомски настан што може да се случи или не.
Овој мисловен експеримент бил измислен од австриско-ирскиот физичар Ервин Шредингер во 1935 година, во дискусија со Алберт Ајнштајн, да го прикаже она што Шредингер го гледал како проблеми при копенхашката интерпретација на квантната механика. Сценариото често е прикажано во теоретските дискусии за толкувањата на квантната механика, особено во ситуации што вклучуваат проблем со мерењето.
Потекло и мотивација лево|мини| Подвижна мачка во природна големина - фигура од мачка во градината на улица Хутен 9, Цирих, каде што Ервин Шредингер живеел 1921–1926 година. Посетител на куќата не може однапред да знае каде ќе биде мачката. Шредингер го наменил својот мисловен експеримент како дискусија во АПР статијата - именувана по неговите автори Ајнштајн, Подолски и Росен - во 1935 година. АПР статијата ја истакна контраинтуитивната природа на квантните суперпозиции, во кои квантен систем како атом или фотон може да постои како комбинација на повеќе состојби што одговараат на различни можни исходи.
Преовладувачката теорија, наречена копенхашка интерпретација, вели дека квантниот систем останува во суперпозиција сè додека не е во интеракција, или е набљудуван од надворешниот свет. Кога тоа ќе се случи, суперпозицијата се распаѓа во една или во друга од можните определени состојби. АПР експериментот покажува дека систем со повеќе честички одделени со големи растојанија може да биде во таква суперпозиција. Шредингер и Ајнштајн си размениле писма за Ајнштајновата АПР статија, во правец на којшто Ајнштајн посочил дека состојбата на нестабилно буре со барут, по некое време ќе содржи суперпозиција на двете состојби - експлодирана и неексплодирана состојба.
За понатамошно илустрирање, Шредингер опишал како може, во принцип, да се создаде суперпозиција во систем од големи размери, правејќи ја зависна од квантна честичка што била во суперпозиција. Тој предложил сценарио со мачка во заклучена челична комора, при што животот или смртта на мачката зависеле од состојбата на радиоактивниот атом, без разлика дали се распаднал или емитувал зрачење. Според Шредингер, копенхашката интерпретација подразбира дека мачката останува и жива и мртва сè додека состојбата не ѝ се разгледа. Шредингер не сакал да ја промовира идејата за живи и мртви мачки како сериозна можност, напротив, тој имал за цел примерот да ја илустрира апсурдноста на постоечкиот поглед на квантната механика.
Сепак, од времето на Шредингер, други интерпретации на математиката на квантната механика биле напреднати од физичарите, од кои некои сметаат дека суперпозицијата на „живата и мртвата“ мачка е сосема реална. Наменет како критика на Копенхашката интерпретација (преовладувачка ортодоксност во 1935), мисловниот експеримент на Шрединговата мачка останува камен-темелник за модерните толкувања на квантната механика и може да биде искористен да ги илустрира и спореди нејзините предности и слабости.
Мисловен експеримент Шредингер напишал: Reproduced with some inaccuracies here: Schroedinger: "The Present Situation in Quantum Mechanics." 5. Are the Variables Really Blurred?
Можно е да се постават и смешни случаи. Мачка заклучена во челична комора, заедно со следните уреди (кои мораат да бидат осигурани од директен контакт со мачката): во Гајгеров бројач, има малку радиоактивна супстанца, толку мала, што веројатно во рок од еден час атомот може да се распадне, но исто така, со еднаква можност, веројатно и тоа да не се случи; ако тоа се случи контра цевката се испушта и низ рели (електричен конектор) ослободува чекан што разбива мала кобла со цијановодна киселина. Ако некој го остави овој систем сам на себе еден час, би рекол дека мачката сè уште живее ако во меѓувреме ниеден атом не се распаднал. Првото атомско распаѓање би ја отрула мачката. Пси-функцијата на целиот систем би го изразило ова имајќи ја и живата и мртва мачка (извинете на изразот) распарчена и размачкана на еднакви парчиња.
Типично за овие случаи е тоа дека неопределеноста првично ограничена на атомски домен се претвора во макроскопска неопределеност, којашто може да се реши со директна опсервација. Тоа не штити толку наивно да го прифатиме како валиден „матниот модел“ за претставување на реалноста. Само по себе, тоа не би отелотворило ништо нејасно или контрадикторно. Постои разлика помеѓу разнишана или нефокусирана фотографија и слика од облаци и густа магла.
Славниот мисловен експеримент на Шредингер го поставува прашањето: „кога квантниот систем престанува да постои како суперпозиција на состојби и станува едно или друго?“ (Потехнички кажано, кога вистинската квантна состојба престанува да биде нетривијална линеарна комбинација на состојби, од кои секоја наликува на различни класични состојби, и наместо тоа, почнува да има единствен класичен опис?) Ако мачката преживее, „памти само дека била жива“. Но, објаснувањата за експериментите од АПР кои се конзистентни со стандардната микроскопска квантна механика бараат да макроскопските објекти, како што се мачки и нотеси, не секогаш имаат уникатни класични описи. Мисловниот експеримент го илустрира овој очигледен парадокс. Нашата интуиција вели дека ниеден набљудувач не може да биде во различна состојба истовремено - сепак мачката, се чини од мисловниот експеримент, може да биде во таква состојба. Дали од мачката се бара да биде набљудувач или нејзиното постоење во единствена добро дефинирана класична состојба има потреба од друг надворешен набљудувач? Секоја алтернатива му изгледала апсурдна на Ајнштајн, кој сепак бил импресиониран од можноста на мисловниот експеримент да ги потенцира овие прашања. Во едно писмо до Шредингер од 1950 година, тој напишал:
„Вие сте единствениот современ физичар, покрај Лауе, кој гледа дека не може да се заобиколи претпоставката за реалноста, ако само еден (физичар) е искрен. Повеќето од нив едноставно не гледаат каква ризична игра играат со реалноста – реалноста е нешто независно од она што е експериментално потврдено. Нивната интерпретација е, каква и да е, најелегантно побиена од твојот систем на радиоактивен атом + засилувач + полнење барут + мачка во кутија, во која пси-функцијата на системот ги содржи и мачката жива и мачката распарчена на парчиња. Никој вистински не се двоуми дека присуството или отсуството на мачката е нешто независно од актот на набљудување.“
Битно е да се напомене дека полнењето барут не е спомнато во Шредингеровата поставка, кој што го користи Гајгеровиот бројач како засилувач, а цијановодна киселина како отров наместо барутот. Барутот бил спомнат во оригиналната сугестија кон Шредингер пред 15 години, и Ајнштајн го донел тој израз до сегашната дискусија.
Толкувања на експериментот Од времето на Шредингер, други интерпретации на квантната механика биле предложувани кои давале различни одговори на прашањата поставени од Шредингеровата мачка за тоа колку долго суперпозициите траат и кога (и дали) се распаѓаат.
Копенхашка интерпретација Вообичаена интерпретација на квантната механика е Копенхашката интерпретација. Во оваа интерпретација, системот престанува да биде суперпозиција на состојби и станува или една или друга кога ќе започне набљудувањето. Овој мисловен експеримент го прави очигледен фактот дека природата на мерењето, или набљудувањето не е добро дефинирана во оваа интерпретација. Експериментот може да биде толкуван дека додека кутијата е затворена, системот истовремено постои во суперпозиција на состојбите „распаднато јадро/мртва мачка“ и „нераспаднато јадро/жива мачка“, и дека единствено кога кутијата е отворена и е изведено набљудување брановата функција ќе се сруши во една од двете состојби.
Еден од главните научници поврзани со копенхашката интерпретација, Нилс Бор, понудил толкување кое е независно од субјективниот набљудувачки резултат на рушење на брановата функција во една од двете состојби, или од мерењето; наместо тоа „неповратен“ или делотворно неповратен процес предизвикува распад на квантната кохерентност што дава класично однесување на „набљудување“ или „мерење“. Така, Шредингеровата мачка би била или мртва или жива долго пред кутијата да биде отворена од свесен набљудувач. Анализа на еден вистински експеримент откри дека самото мерење (пример Гајгеровиот бројач) е доволно да се сруши функцијата на квантен бран пред да има некакво свесно набљудување на мерeњето, иако валидноста на нивниот дизајн е оспорена.
Повеќе светска интерпретација и постојани истории десно|мини|350x350пкс| Квантно-механички парадокс. Шредингеровата мачка при повеќе световната интерпретација. Во оваа интерпретација секое случување е точка на разгранување. Мачката е истовремено и жива и мртва – без разлика дали кутијата е отворена – но „живите“ и „мртвите“ мачки се во различни гранки на универзумот кои се еднакво вистинити, но не можат да дојдат до интеракција една со друга. Во 1957 година, Хју Еверет ја формулирал повеќе светската интерпретација на квантната механика, која не го издвојува набљудувањето како единствен посебен процес. Во повеќе светската интерпретација, и двете состојби (мртва/жива мачка) постојат по отворањето на кутијата, но се декохерентни една од друга. Во други зборови, кога кутијата е отворена, набљудувачот и евентуално мртвата мачка се разделуваат во набљудувач кој гледа во кутија со мртва мачка, и набљудувач кој гледа во кутија со жива мачка. Но, бидејќи мртвата и живата состојба на мачката се декохерентни една од друга, нема делотворна комуникација или интеракција меѓу нив.
Додека ја отвора кутијата, набљудувачот е „заплеткан“ со мачката, па така се формираат „состојбите од набљудувачот“ што одговараат на живата или мртвата мачка; секоја состојба на набљудувачот е заплеткана или поврзана со мачката така што „набљудувањето на состојбата од мачката“ и „мачкината состојба“ си одговараат една со друга. Квантната декохерентност осигура дека различните исходи немаат интеракција една од друга. Истиот механизам на квантна декохерентност е исто така важен за интерпретацијата во смисла на постојаните истории. Само „мртвата мачка“ или „живата мачка“ можат да бидат дел од постојаната историја на ова толкување. Декохерентноста обично е земена предвид за да спречи истовремено набљудување на повеќе состојби.Wojciech H. Zurek, "Decoherence and the transition from quantum to classical", Physics Today, 44, pp. 36–44 (1991)
Варијанта на експериментот со мачки од Шридингер, позната како машина на квантно самоубиство, е предложена од космологот Макс Тегмарк. Експериментот го испитува експериментот со мачки од Шредингер од гледна точка на мачката, и тврди дека со користење на овој пристап, може да се направи разлика помеѓу Копенхашката интерпретација и повеќе световната.
Склопна интерпретација Склопната интерпретација наведува дека суперпозициите се ништо освен потсклопови од поголем статистички склоп. Состојбата на векторот не се однесува на поединечни експерименти со мачка, туку само на статистиката од послично подготвени експерименти со мачки. Застапниците на ова толкување наведуваат дека токму ова го прави Шредингеровиот мачкин парадокс тривијална материја, или непотребен проблем.