Vad är Schrödingers katt?

'Schrödingers katt' är en av de fraser som rullas ut då och då i samtal. Men för dem som aldrig har studerat fysik, eller åtminstone hört Sheldons förklaring om Big Bang Theory, kanske det inte är klart vad det betyder. Det korta svaret är att Schrödingers katt är namnet på ett berömt tankeexperiment som först formulerades av fysikern Erwin Schrodinger. Det långa svaret och källan till en av de viktigaste debatterna inom fysiken inbjuder oss att gå in i kvantmekanikens bisarra domän för att kanske ompröva våra antaganden om verkligheten.

Vem var Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger föddes den 12 augusti 1887 i Wien, Österrike-Ungerns huvudstad. Erwins far, Rudolph Schrödinger, var botaniker och ägare till en vaxduksfabrik. Hans mor, Georgine, var dotter till Rudolphs kemiprofessor. Som enda barn, växte Erwin upp som lutheran och privatutbildad i hemmet fram till 11 års ålder. Erwin utmärkte sig från tidig ålder i språk, matematik och fysik.

Schrödingers utbildning

Schrödinger skrev in sig vid universitetet i Wien och studerade fysik. Han var starkt influerad av andra fysiker Franz Exner, en pionjär inom området, och Fritz Hasenohrl, senare chef för teoretisk fysik. Schrödinger tilldelades sin Ph.D. 1910. Han värvades och skickades till Italien som artilleriofficer 1914. Schrodinger hade mer tur än sin kollega och mentor, Hasenohrl, som dödades av en granat 1915. Efter att ha överlevt kriget hade han fakultetstjänster vid flera universitet innan han gifte sig Annemarie Bertel 1920.

Schrödingers ekvation

1921 blev Schrödinger professor vid universitetet i Zürich, och det blev tydligt att han hade nya idéer inom området atomfysik. Som svar på teorier om att elektroners rörelse inom en atom skulle kunna beskrivas som en våg, gav Schrödinger det nödvändiga matematiska beviset med sin vågteoriekvation från 1926. Gnistan av kreativitet sades ha kommit under en het affär med en gammal wien. flickvän.

Kvantmekanikens födelse

Schrödingers ekvation gav en robust beskrivning av atomers beteende och rörelse. Genom att tillskriva deras rörelse till en probabilistisk våg kunde positionen och tillståndet för en atom behandlas statistiskt. Tills en direkt mätning gjordes, sades atomen vara i ett tillstånd av superposition. Enligt Köpenhamnstolkningen innebar detta att den kunde anses finnas på alla platser samtidigt. Nyckelfrågan för fysiker, var vågteorin bara ett praktiskt matematiskt verktyg eller beskrev den något fysiskt verkligt? Var var atomen egentligen?

En pensel med Einstein och nazister

1927 flyttade Schrödinger med sin fru till Friedrich Wilhelm-universitetet i Berlin. Här gnuggade han armbågar med Albert Einstein. Samtidigt som han fortsatte att göra viktig och innovativ forskning där, blev han alltmer oroad över den växande antisemitiska atmosfären i Tyskland. Efter Einsteins exempel lämnade han Tyskland 1937 och flyttade till England och tillträdde en position i Oxford. Strax efter tilldelades han 1933 Nobelpriset i fysik.

Schrödingers katt

Trots sin avgörande roll i att skapa vågteori var Shrödinger aldrig bekväm med dess implikationer. Liksom många fysiker kunde han inte förena kvantosäkerhet på atomnivå med vår vardagliga upplevelse av verkligheten. I den värld vi ser har människor och föremål en bestämd plats och ett tillstånd, vare sig vi observerar dem eller inte. För att belysa denna motsägelse formulerade han ett tankeexperiment som involverade en katt i en förseglad låda, ett radioaktivt ämne och en geigerräknare för att mäta ämnets sönderfall.

Under en timme skulle det finnas en 50% chans att det radioaktiva materialet skulle sönderfalla och avge en enda atom. Om detta hände skulle geigerräknaren upptäcka det och aktivera ett relä som skulle få en hammare att krossa en kolv med syra. Syran skulle släppas ut i lådan och döda katten. Frågan var om katten lever eller är död?

Paradoxen med Schrödingers katt

Ur ett kvantmekaniskt perspektiv sägs katten vara i ett överlagrat tillstånd, med lika stor sannolikhet att vara antingen död eller levande. Kattens tillstånd bestäms först när den mäts eller observeras. Detta verkade absurt, skrev Schrödinger, eftersom katten säkert måste vara det ena eller det andra, oavsett om en observatör bestämmer sig för att ta en titt eller inte. Ändå är det precis så här atomer verkade bete sig. Genom att koppla kattens öde till fluktuationerna i atomkärnor, demonstrerade Shrödinger det centrala problemet med Köpenhamnstolkningen av kvantmekaniken.

r&b konsertklädsel

Misstankar och ånger

Onödigt att säga, på frågan om vad han tyckte om Köpenhamnstolkningen av sin vågteori, sa Shrödinger: 'Jag gillar det inte, och jag är ledsen att jag någonsin haft något med det att göra.' Schrödinger skulle fortsätta att argumentera i flera år med sina samtida om innebörden av sitt eget experiment.

Har Schrödinger någonsin ägt en katt?

Populära rykten är att Schrödinger någon gång under 1930-talet faktiskt kan ha ägt en katt som heter Milton i hans hem i Oxford. Tack och lov, trots att han gav lite inspiration till sin ägare, finns det inga bevis för att Schrödingers katt har någonsin lagts i en låda med en kolv med syra.

Arv

Schrödinger dog den 4 januari 1961 i samma stad som han föddes i, Wien. Vid tiden för hans död hade både han och hans teoretiska kattdjur lämnat ett outplånligt märke på vetenskapen om kvantmekanik. Medan många stora hjärnor bidrog till att utveckla vågteorin och begreppet obestämdhet, kommer bara en för alltid att vara känd som kvantmekanikens fader, och det är Erwin Schrödinger.