Eksperyment myślowy #1: Kot Schrödingera

Kotem Schrödingera rozpoczynamy kolejny, nowy cykl na łamach empiresilesia.pl. Będzie on prezentował największe eksperymenty myślowe w dziejach nauki. Mamy nadzieję, że spodoba się on wszystkim naszym czytelnikom…

Plik:Erwin Schrödinger (1933).jpg

Autor: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (ur. 12 sierpnia 1887 w Wiedniu, zm. 4 stycznia 1961 w Wiedniu). Jego ojciec był chemikiem – amatorem i właścicielem, odziedziczonej po ojcu, małej fabryki linoleum. W jego rodzinnym domu swobodnie rozmawiano po niemiecku i angielsku, a do dziesiątego roku życia młody Erwin uczył się pod okiem prywatnego nauczyciela. Następnie wstąpił do wiedeńskiego Akademisches Gymnasium, w której to szkole rozwinięto jego talenty. W 1906 roku rozpoczął studia na Uniwersytecie Wiedeńskim (fizyka i matematyka), a w 1910 rok pracą: O przewodnictwie elektrycznym na powierzchni izolatorów w wilgotnym powietrzu, zdobył tytuł doktora. Zaszczytu habilitacji dostąpił w cztery lata później, a po kilku tygodniach rozpoczął służbę wojskową. Pierwsza wojnę światową, udało się uczonemu przetrwać w łagodny sposób, m.in od 1917 prowadził we Wiedniu kursy meteorologii dla wojska. Po wojnie zajął się na powrót pracą naukową. Był profesorem: uniwersytetu w Jenie (1920), politechniki w Stuttgarcie (1920), uniwersytetu we Wrocławiu (1921), uniwersytetu w Zurychu (1921– 1927 – najpłodniejszy okres w jego życiu/kierował katedrą fizyki teoretycznej), Uniwersytetu Fryderyka Wilhelma w Berlinie (1927–1933), Uniwersytetu w Oksfordzie (–1935), uniwersytetu w Grazu (1936–1938) oraz w Institute for Advanced Studies w Dublinie (1940–1955). W 1933 roku został uhonorowany wraz z Paulem Dirakiem (na odbiór  nagrody przyjechał wraz z matką) Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za prace nad matematycznym sformułowaniem mechaniki falowej. Jest autorem tzw. równania falowego (równania Schrödingera), które dla fizyki kwantowej ma podstawowe znaczenie.

Do 1925 roku Schrödinger, był niczym nie wyróżniającym się teoretykiem (choć zaczynał jako fizyk eksperymentator). W święta 1925, mając już 38 lat (największe osiągnięcia w dziedzinie fizyki teoretycznej osiągali ludzie przed trzydziestymi urodzinami) wraz z kochanką udał się do zarezerwowanej willi w Alpach Szwajcarskich. Zabrał ze sobą, oprócz kochanki (w 1920 wziął ślub z Annemarie Bertel), artykuł de Broglie’a  o  cząstkach i  falach (Louis de Broglie, otrzymał w 1929 roku za odkrycie falowej natury elektronów – Nagrodę Nobla) oraz dwie perły, które następnie włożył sobie do uszu, by odseparować się od świata zewnętrznego. Tak powstało:

Jednowymiarowe równanie falowe Schrödingera dla cząstki swobodnej o masie m:

gdzie i jest pierwiastkiem z -1, kreśloną stałą Plancka, x zmienną przestrzenną, t czasem, a funkcją falową cząstki, w pełni opisującą jej kwantowomechaniczne zachowanie (elektrony potraktował Austriak jako fale materii, dziś traktuje się tak i atomy, protony…). Uczony opublikował je w kolejnym roku w kilku artykułach napisanych dla “Annalen der Physik”. Jego równanie miało niebagatelny wpływ na opis struktury materii.

Wykaz publikacji:

  • 1935 – Science and the Human Temperament (Science, Theory and Mind)
  • 1944 – What is Life?: The Physical Aspect of the Living Cell (wyd. pol. Czym jest życie? Fizyczne aspekty żywej komórki. Umysł i materia. Szkice autobiograficzne, Przószyński i S-ka, 1998) 
  • 1946 – Statistical Thermodynamics
  • 1949 – Gedichte (poezja)
  • 1950 – Space-Time Structure
  • 1954 – Nature and the Greeks
  • 1958 – Mind and Matter
  • 1961 – My World View, Meine Weltansicht

Co: Eksperyment myślowy wymyślony przez Schrödingera, mający za cel poddać pod zastanowienie błędne założenie mechaniki kwantowej 

Kiedy: 1935 rok w trzech artykułach cyklu: Obecna sytuacja w mechanice kwantowej (Nigdy nie odbył się w czasie rzeczywistym).

O co chodzi: Mechanika kwantowa zakłada, że ruchem każdej cząsteczki, atomu itd. rządzi rachunek prawdopodobieństwa, przez co nie można jednoznacznie stwierdzić określonych prawd. Aby tego dokonać należy dokonać obserwacji zjawiska. Przed obserwacją nie wiemy co dzieje się z cząstką, a sama cząstka wybierze swój stan dopiero po obserwacji. 

 

Eksperyment myślowy: W hipotetycznym (jest to bowiem eksperyment myślowy, który w rzeczywistości nigdy nie miał miejsca) pojemniku zainstalował równie hipotetyczne źródło promieniotwórcze, które raz na godzinę emituje jedną cząstkę, oraz licznik Geigera, który ma obowiązek ją wykryć (również hipotetycznie). Jeśli wykryje, uwalnia trujący gaz i kot ginie. Gdy otworzymy pudełko, kot powinien być albo żywy, albo martwy. Jednak nigdy nie wiadomo, czy źródło promieniowania uwolni cząstkę, czy nie. A więc jako obiekt kwantowy kot jest i żywy, i martwy jednocześnie (tzw. superpozycja – obiekt przyjmuje wszystkie możliwe stany w tym samym momencie). Dopiero po otwarciu pojemnika dowiemy się, jak jest naprawdę (według: interpretacji kopenhaskiej funkcji falowej to obserwator rządzi światem kwantowym, ale jak wytłumaczyć, że księżyc porusza się po orbicie takiej a nie innej, tylko dlatego, że tak widzą go ludzie?). Próbowano nawet wytłumaczyć fizykę kwantową, poprzez światy równoległe: w jednym nasz kot żyłby, a w drugim nie.

Wynik: Eksperyment ten nigdy nie został przeprowadzony w rzeczywistości. Fizyka kwantowa – to dziwna fizyka, wyłamująca się oczywistości, ale dzięki niej udało się skonstruować na przykład mikroskop elektronowy. Co najdziwniejsze udowodniono je działanie w skali mikro (lub też nano/w skali atomowej), natomiast w skali makro nie i właśnie temu miał służyć: kot Schrödingera. Jakiś czas temu fizycy teoretyczni znaleźli teorię, która może pomóc w wyjaśnieniu paradoksu. Mianowicie mechanika kwantowa działa w odizolowanych przestrzeniach, natomiast gdy działają siły przyrody to obiekt natychmiast wybiera określony stan. Naukowcom udało się już wprowadzić w stan superpozycji całkiem pokaźne atomowo obiekty. Jednak żeby nie było za prosto, co z siłą grawitacji? Na cząstki elementarne działa ona przecież minimalnie, w odróżnieniu od świata makro.

Implikacje:

Recepcja eksperymentu w kulturze jest bardzo duża. Oto kilka przykładów:

  • literatura:

T. Pratchett, Kot w stanie czystym,

T. Pratchett, Panowie i damy,

T. Pratchett, Ostatni bohater,

D. Simmons, Endymion,

Kociątko Schrödingera – George Alec Effinger

Robert A. Heinlein, Kot, który przenika ściany,

Kot Schrödingera wzmiankowany jest także w licznych serialach i grach komputerowych: Teoria Wielkiego podrywu, Castle, Futurama, Kości, Portal 2, Bioshock 2 … Doświadczenia tego i jego sprzeczności używa się także często w filozofii.

Bibliografia:

  • http://www.wiw.pl/nowinki/fizyka/200101/20010104-001.asp
  • https://pl.wikipedia.org/wiki/Kot_Schr%C3%B6dingera
  • Lederman L., Teresi D., BOSKA CZĄSTKA. Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?, 1996.
  • https://www.granicenauki.pl/kot-w-paradoksach-czyli-o-czym-nawet-nie-snil-schrodinger-25980
  • http://wyborcza.pl/1,75400,14425447,Kto_chce_skrzywdzic_kota_Schrodingera_.html?disableRedirects=true

http://www.crazynauka.pl/kot-schrodingera-jednoczesnie-zywy-i-martwy-stad-nietypowy/

O co chodzi z kotem Schrödingera?

Copyright ©http://empiresilesia.pl

Zapisz

Zapisz

Zapisz

Zapisz

Zapisz

Zapisz

Post Author: Rulez260

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *