Hvad er Schrödingers kat?

'Schrödingers kat' er en af ​​de sætninger, der bliver rullet ud af og til i samtaler. Men for dem, der aldrig har studeret fysik, eller i det mindste hørt Sheldons forklaring på Big Bang-teorien, er det måske ikke klart, hvad det betyder. Det korte svar er, at Schrödingers kat er navnet på et berømt tankeeksperiment, som først blev opstillet af fysikeren Erwin Schrodinger. Det lange svar og kilden til en af ​​de vigtigste debatter i fysik inviterer os til at gå ind i kvantemekanikkens bizarre domæne for måske at genoverveje vores antagelser om virkeligheden.

Hvem var Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger blev født den 12. august 1887 i Wien, hovedstaden i Østrig-Ungarn. Erwins far, Rudolph Schrödinger, var botaniker og ejer af en voksdugfabrik. Hans mor, Georgine, var datter af Rudolphs kemiprofessor. Som enebarn blev Erwin opdraget som lutheraner og privat uddannet hjemme indtil han var 11. Erwin udmærkede sig fra en tidlig alder inden for sprog, matematik og fysik.

Schrödingers uddannelse

Schrödinger meldte sig ind på universitetet i Wien og studerede fysik. Han var stærkt påvirket af andre fysikere Franz Exner, en pioner inden for området, og Fritz Hasenohrl, senere leder af teoretisk fysik. Schrödinger blev tildelt sin ph.d. i 1910. Han blev udnævnt og sendt til Italien som artilleriofficer i 1914. Schrodinger var heldigere end sin kollega og mentor, Hasenohrl, der blev dræbt af en granat i 1915. Efter at have overlevet krigen havde han fakultetsstillinger ved flere universiteter, før han giftede sig Annemarie Bertel i 1920.

Schrödingers ligning

I 1921 blev Schrödinger professor ved universitetet i Zürich, og det blev klart, at han havde nye ideer inden for atomfysik. Som svar på teorier om, at elektronernes bevægelse i et atom kunne beskrives som en bølge, leverede Schrödinger det nødvendige matematiske bevis med sin Wave Theory Equation fra 1926. Gnisten af ​​kreativitet skulle efter sigende være kommet under en hæsblæsende affære med en gammel wiener kæreste.

Kvantemekanikkens fødsel

Schrödingers ligning gav en robust beskrivelse af atomers adfærd og bevægelse. Ved at tilskrive deres bevægelse til en probabilistisk bølge kunne et atoms position og tilstand behandles statistisk. Indtil en direkte måling blev taget, blev atomet sagt at være i en tilstand af superposition. Det betød ifølge Københavnstolkningen, at den kunne anses for at være alle steder på én gang. Nøglespørgsmålet for fysikere, var Wave Theory blot et praktisk matematisk værktøj, eller beskrev den noget fysisk virkeligt? Hvor var atomet egentlig?

En børste med Einstein og nazister

I 1927 flyttede Schrödinger med sin kone til Friedrich Wilhelm Universitetet i Berlin. Her gned han albuer med Albert Einstein. Mens han fortsatte med at lave vigtig og innovativ forskning der, blev han mere og mere foruroliget over den voksende antisemitiske atmosfære i Tyskland. Efter Einsteins eksempel forlod han Tyskland i 1937 og flyttede til England og tog stilling i Oxford. Kort efter blev han tildelt Nobelprisen i fysik i 1933.

Schrödingers kat

På trods af sin afgørende rolle i at skabe bølgeteori, var Shrödinger aldrig fortrolig med dens implikationer. Som mange fysikere kunne han ikke forene kvanteusikkerhed på atomniveau med vores hverdagsoplevelse af virkeligheden. I den verden, vi ser, har mennesker og genstande en bestemt plads og tilstand, uanset om vi observerer dem eller ej. For at fremhæve denne modsigelse formulerede han et tankeeksperiment, der involverede en kat i en forseglet æske, et radioaktivt stof og en geigertæller til at måle stoffets henfald.

I løbet af en time ville der være 50 % chance for, at det radioaktive materiale ville henfalde og udsende et enkelt atom. Hvis dette skete, ville geigertælleren opdage det og aktivere et relæ, der ville få en hammer til at smadre en kolbe med syre. Syren ville blive frigivet i kassen og dræbe katten. Spørgsmålet var, er katten levende eller død?

Paradokset ved Schrödingers kat

Fra et kvantemekanisk perspektiv siges katten at være i en overlejret tilstand med lige stor sandsynlighed for enten at være død eller levende. Kattens tilstand bestemmes først, når den måles eller observeres. Dette virkede absurd, skrev Schrödinger, da katten sikkert må være det ene eller det andet, uanset om en iagttager beslutter sig for at kigge eller ej. Alligevel er det præcis sådan, atomer så ud til at opføre sig. Ved at forbinde kattens skæbne med udsvingene i atomkerner demonstrerede Shrödinger det centrale problem i Københavns fortolkning af kvantemekanik.

at komme af med jordegern

Tvivl og beklagelse

Det er overflødigt at sige, da Shrödinger blev spurgt om, hvad han mente om København-fortolkningen af ​​sin bølgeteori, sagde: 'Jeg kan ikke lide det, og jeg er ked af, at jeg nogensinde har haft noget med det at gøre.' Schrodinger ville fortsætte med at diskutere i årevis med sine samtidige om betydningen af ​​sit eget eksperiment.

Har Schrödinger nogensinde faktisk ejet en kat?

Populære rygter er, at Schrödinger på et tidspunkt i løbet af 1930'erne faktisk kan have ejet en kat ved navn Milton i hans hjem i Oxford. Heldigvis, på trods af at han har givet en vis inspiration til sin ejer, er der ingen beviser for, at Schrødingers kat blev nogensinde puttet i en boks med en kolbe med syre.

Eftermæle

Schrödinger døde den 4. januar 1961 i den samme by, som han blev født i, Wien. På tidspunktet for hans død havde både han og hans teoretiske kattedyr sat et uudsletteligt præg på videnskaben om kvantemekanik. Mens mange store hjerner bidrog til at udvikle bølgeteori og begrebet ubestemmelighed, vil kun én for altid være kendt som kvantemekanikkens fader, og det er Erwin Schrödinger.