Pisica lui Schrodinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrodinger, s-a nascut la data de 12 august 1887 Viena, a decedat la data de 4 ianuarie 1961. Acest fizician austriac a predat fizica teoretica la Berlin, Graz si Dublin, el este totodata si fondatorul mecanicii ondulatorii, a carei ecuatie fundamentala ii poarta numele. Pentru contributiile sale, printre care studierea elementului radiu si definitivarea teorii culorii, a fost laureat al premiului Nobel pentru fizica in 1933.
Prima sa lucrare de mecanica ondulatorie (1926), inlocuieste electronul din modelul atomic al lui Niels Bohr cu o serie de unde (teoria lui Louis de Broglie), cum ca electronii se comporta ca niste unde.
Aceasta teorie este incorporata in ceea ce mai tarziu, va deveni cunoscut, sub numele de ecuatia lui Schroedinger.
In 1935, Schroedinger dorind sa demonstreze o parte din lacunele si absurditatile prezente la acel moment, in fizica cuantica, imagineaza un experiment.

Originile experimentului.

Acest experiment e o urmare a discutiilor despre paradoxul EPR (numit astfel dupa autorii sai Einstein, Podolsky si Rosen, 1935). Acest paradox atragea atentia asupra naturii stranii a superpozitii cuantice, adica o combinare a tuturor starilor cuantice ale sistemului. Schroedinger si Einstein au discutat mult despre acest paradox, Einstein a folosit drept argument faptul ca superpozitia cuantica a unui butoias cu praf de pusca va contine, dupa un timp, atat componente neexplodate cat si explodate.

Conform interpretarii Copenhaga, superpozitia va decadea intr-o stare definita exact, in momentul in care are loc masurarea cuantica.
Aceasta interpretare a mecanicii cuantice, a fost sustinuta de Neils Bohr si Werner Heisenberg. Un adversar renumit al acestei teorii a fost Einstein, care a sustinut ca „Dumnezeu nu joaca zaruri”, iar replica lui Bohr a fost „Nu-i spune tu lui Dumnezeu ce sa faca”.
Esenta teoriei e ca orice particula cuantica se afla intr-o superpozitie de stari (poate sa fie alba si neagra, sus si jos, etc.) pana in clipa in care este observata.
Asta deoarece in mecanica cuantica, lumea microscopica este descrisa in termeni de probabilitate, deci nu putem vorbi de pozitia unei particule, ci numai de probabilitatea ca ea se afla intr-un loc anume.
In 1927 Werner Heisenberg formuleaza principiul incertitudinii : daca se incearca localizarea exacta a unei particule, atunci nu se mai poate determina, simultan si precis, cu ce viteza se deplaseaza si in ce directie. Sau daca se determina viteza particulei, nu putem niciodata cunoaste pozitia sa exacta.
Acest principiu e adesea confundat cu efectul de observator. Principiul incertitudinii descrie de fapt cat de precis putem masura pozitia si impulsul unei particule in acelasi timp – daca marim precizia determinarii unei cantitati, trebuie sa pierdem precizie in masurarea celeilalte. Astfel, principiul incertitudinii se ocupa de masurare, nu de observare. Ideea ca Principiul Incertitudinii este cauzat de modificare (si deci de observare) nu este considerata valida de unii, desi era populara in primii ani ai mecanicii cuantice, si este repetata in unele discutii.
Termenul „efect de observator” se refera la schimbari pe care actul observatiei le va efectua asupra fenomenului observat. De exemplu, pentru ca noi sa „vedem” un electron, trebuie ca un foton sa interactioneze cu el, iar aceasta interactiune va schimba calea acelui electron. De asemenea, este teoretic posibil ca alte mijloace de masurare, mai putin directe, sa afecteze electronul; chiar daca electronul este pus intr-o situatie in care observarea lui este posibila, fara ca acea observatie sa aiba loc, acesta, teoretic, tot si-ar schimba pozitia.
In fizica, un efect de observator mai comun poate fi rezultat al instrumentelor care in mod necesar modifica starea a ceea ce ele masoara intr-un fel.

Experimentul propriu-zis.

-o pisica este inchisa intr-un container ermetic. Acest container contine o substanta radioactiva, o fiola cu otrava si un contor Geiger. Atunci cand se va produce dezintegrarea unui nucleu radioactiv, acesta va fi detectat de contorul Geiger. Acesta va declansa un mecanism ce va sparge fiola cu otrava.

Moartea pisicii este un fenomen macroscopic, produs de dezintegrarea nucleului radioactiv, fenomen microscopic, care poate fi descris in termeni de probabilitate.
Conform teoriei cuantice, este imposibil de determinat daca substanta radioactiva se va dezintegra sau nu, deoarece noi suntem in exteriorul cutiei.
Tot ce putem face e sa calculam probabilitatea de dezintegrare a unui anumit numar de nuclee, intr-o perioada de timp.
Daca substanta radioactiva se va dezintegra dupa o ora, sa zicem, exista 50% sanse ca un nucleu sa se dezintegreze si 50% sanse sa nu se intample nimic. Daca dezintegrarea nucleului e probabila, atunci si soarta pisicii e probabila.
In aceasta situatie, teoria cuantica, afirma ca pisica nu este nici vie, nici moarta, ci intr-o stare de suspensie intre cele doua stari. Superpozitia enunta ca pisica este vie si moarta, deoarece face parte din sistemul cuantic (conform interpretarii de la Copenhaga). Una dintre posibilitati devine reala, de abia atunci cand cutia va fi deschisa, prin actul observatiei.
Asta implica ca lucrurile de zi cu zi exista intr-o superpozitie a tuturor starilor posibile, pana in clipa in care noi, le observam!

Schroedinger a scris :
„Putem imagina chiar cazuri destul de ridicole. O pisica este inchisa intr-o camera din otel, impreuna cu urmatorul dispozitiv (care trebuie sa fie ferit de interactiunea directa cu pisica): intr-un detector Geiger-Muller se afla o foarte mica cantitate de material radioactiv, atat de mica, incat in decurs de o ora doar un singur atom probabil se va dezintegra, sau cu egala probabilitate, poate niciunul; daca totusi se intampla, detectorul Geiger va genera un semnal si prin intermediul unui releu elibereaza un ciocan care sparge o mica fiola de cianura. Daca lasam nesupravegheat intregul sistem timp de o ora, putem spune ca pisica traieste inca daca in acest timp nici un atom nu s-a dezintegrat. Functia de unda a intregului sistem va exprima acest fapt avand in ea pisica vie-si-moarta (scuzati expresia) sau imprastiata in parti egale.
Este tipic pentru aceste cazuri ca o nedeterminare localizata initial la nivel atomic sa fie transformata intr-o nedeterminare la nivel macroscopic, care poate fi apoi rezolvata prin observare directa. Asta ne impiedica sa acceptam in mod naiv ca valid un „model neclar” pentru a reprezenta realitatea. Prin el insusi el nu contine nimic neclar sau contradictoriu. Exista o mare diferenta intre o fotografie miscata sau nefocalizata si o fotografiere clara a norilor si a palcurilor de ceata.”

Acest experiment da nastere la o intrebare : cand un sistem cuantic inceteaza sa existe ca un amestec de stari si devine unul din ele?
In final, scopul experimentului a fost de a explica cum functioneaza fizica cuantica la scara macro. E imposibil de realizat in practica, pentru a reusi, ar trebui ca acel container sa fie complet izolat mediul inconjurator, sa nu se mai produca nici un schimb de energie.