Hva er Schrödingers katt?

'Schrödingers katt' er en av disse setningene som blir trillet ut av og til i samtaler. Men for de som aldri har vært fysikkstudenter, eller i det minste hørt Sheldons forklaring på Big Bang Theory, er det kanskje ikke klart hva det betyr. Det korte svaret er at Schrödingers katt er navnet på et kjent tankeeksperiment som først ble fremsatt av fysikeren Erwin Schrodinger. Det lange svaret og kilden til en av de viktigste debattene innen fysikk inviterer oss til å gå inn i kvantemekanikkens bisarre domene for kanskje å revurdere våre antakelser om virkeligheten.

Hvem var Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger ble født 12. august 1887 i Wien, hovedstaden i Østerrike-Ungarn. Erwins far, Rudolph Schrödinger, var botaniker og eier av en voksdukfabrikk. Moren hans, Georgine, var datter av Rudolphs kjemiprofessor. Som enebarn ble Erwin oppvokst som lutheraner og privatutdannet hjemme til han var 11. Erwin utmerket seg fra en tidlig alder innen språk, matematikk og fysikk.

Schrödingers utdanning

Schrödinger meldte seg inn ved universitetet i Wien og studerte fysikk. Han ble sterkt påvirket av andre fysikere Franz Exner, en pioner innen feltet, og Fritz Hasenohrl, senere sjef for teoretisk fysikk. Schrödinger ble tildelt sin Ph.D. i 1910. Han ble innkalt og sendt til Italia som artillerioffiser i 1914. Schrodinger var heldigere enn sin kollega og mentor, Hasenohrl, som ble drept av en granat i 1915. Etter å ha overlevd krigen hadde han fakultetsstillinger ved flere universiteter før han giftet seg Annemarie Bertel i 1920.

Schrödingers ligning

I 1921 ble Schrödinger professor ved Universitetet i Zürich, og det ble klart at han hadde nye ideer innen atomfysikk. Som svar på teorier om at bevegelsen av elektroner i et atom kan beskrives som en bølge, ga Schrödinger det nødvendige matematiske beviset med sin Wave Theory Equation fra 1926. Gnisten av kreativitet ble sagt å ha kommet under en brennende affære med en gammel wiener kjæreste.

Kvantemekanikkens fødsel

Schrödingers ligning ga en robust beskrivelse av oppførselen og bevegelsen til atomer. Ved å tilskrive deres bevegelse til en sannsynlighetsbølge, kan posisjonen og tilstanden til et atom behandles statistisk. Inntil en direkte måling ble tatt, ble atomet sagt å være i en tilstand av superposisjon. Ifølge Københavnstolkningen medførte dette at den kunne anses å være på alle steder samtidig. Nøkkelspørsmålet for fysikere, var bølgeteori bare et praktisk matematisk verktøy, eller beskrev den noe fysisk virkelig? Hvor var atomet, egentlig?

En børste med Einstein og nazister

I 1927 flyttet Schrödinger sammen med sin kone til Friedrich Wilhelm-universitetet i Berlin. Her gned han albuer med Albert Einstein. Mens han fortsatte å gjøre viktig og nyskapende forskning der, ble han stadig mer skremt av den økende antisemittiske atmosfæren i Tyskland. Etter eksempelet til Einstein forlot han Tyskland i 1937 og flyttet til England og tok stilling i Oxford. Like etter ble han tildelt Nobelprisen i fysikk i 1933.

Schrödingers katt

Til tross for sin sentrale rolle i å skape bølgeteori, var Shrödinger aldri komfortabel med implikasjonene. Som mange fysikere kunne han ikke forene kvanteusikkerhet på atomnivå med vår hverdagsopplevelse av virkeligheten. I den verden vi ser har mennesker og gjenstander en bestemt plass og tilstand, enten vi observerer dem eller ikke. For å markere denne motsetningen formulerte han et tankeeksperiment som involverte en katt i en forseglet boks, et radioaktivt stoff og en geigerteller for å måle stoffets forfall.

I løpet av en time ville det være 50 % sjanse for at det radioaktive materialet ville forfalle og sende ut et enkelt atom. Hvis dette skjedde, ville geigertelleren oppdage det og aktivere et relé som ville få en hammer til å knuse en kolbe med syre. Syren ville bli sluppet ut i boksen, og drepe katten. Spørsmålet var, er katten levende eller død?

Paradokset til Schrödingers katt

Fra et kvantemekanisk perspektiv sies katten å være i en overliggende tilstand, med like stor sannsynlighet for å være død eller levende. Kattens tilstand bestemmes først når den måles eller observeres. Dette virket absurd, skrev Schrödinger, da katten sikkert må være den ene eller den andre, enten en observatør bestemmer seg for å ta en titt eller ikke. Likevel er dette nøyaktig hvordan atomer så ut til å oppføre seg. Ved å knytte kattens skjebne til fluktuasjonene i atomkjerner, demonstrerte Shrödinger det sentrale problemet med København-tolkningen av kvantemekanikk.

fjerne blodflekker med eddik

Bekymringer og anger

Unødvendig å si at på spørsmål om hva han mente om København-tolkningen av sin bølgeteori, sa Shrödinger: 'Jeg liker det ikke, og jeg beklager at jeg noen gang har hatt noe med det å gjøre.' Schrodinger ville fortsette å krangle i årevis med sine samtidige om betydningen av sitt eget eksperiment.

Eide Schrödinger noen gang en katt?

Populære rykter er at Schrödinger på et tidspunkt på 1930-tallet faktisk kan ha eid en katt ved navn Milton hjemme i Oxford. Heldigvis, til tross for å gi litt inspirasjon til eieren sin, er det ingen bevis for at Schrøydingers katt ble noen gang lagt i en boks med en kolbe med syre.

Arv

Schrödinger døde 4. januar 1961 i samme by som han ble født i, Wien. Da han døde, hadde både han og hans teoretiske kattedyr satt et uutslettelig preg på vitenskapen om kvantemekanikk. Mens mange store hoder bidro til å utvikle bølgeteori og begrepet ubestemthet, vil bare én for alltid være kjent som kvantemekanikkens far, og det er Erwin Schrödinger.