Pusa ni Schrödinger

Part of a series of articles about
Mekanikang quantum
$i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle$ Ekwasyon ni Schrödinger
Introduksiyon Glossary Kasaysayan
Background Mekanikang klasiko Lumang teoryang quantum Notasyong Bra–ket Hamiltonian Interference
Pundamental Complementarity Dekoherensiya Pag-uugnay Energy level Pagsukat Nonlokalidad Bilang na Quantum Estado Superposisyon Simetriya Tunnelling Walang katiyakan Punsiyong alon Pagguho
Mga eksperimento Inekwalidad ni Bell Davisson–Germer Dalawang hiwa Elitzur–Vaidman Franck–Hertz Inekwalidad na Leggett–Garg Mach–Zehnder Popper Quantum eraser Delayed-choice Pusa ni Schrödinger Stern–Gerlach Naantalang pagpili ni Wheeler
Pormulasyon Buod Heisenberg Interakasiyon Matrix Phase-space Schrödinger Sum-over-histories (path integral)
Ekwasyon Dirac Klein–Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Interpretaasyon Buod Bayesian Konsistenteng kasaysayan Copenhagen de Broglie–Bohm Ensemble Tagong variable Lkcal Interpretasyong maraming mundo Pagguhong obhektibo Lohikang quantum Relasyonal Transaksiyonal
Advanced topics Relativistic quantum mechanics Quantum field theory Quantum information science Quantum computing Quantum chaos Density matrix Scattering theory Quantum statistical mechanics Quantum machine learning
Scientists Aharonov Bell Bethe Blackett Bloch Bohm Bohr Born Bose de Broglie Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordan Kramers Pauli Lamb Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Simmons Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger

Ang Pusa ni Schrödinger(Schrödinger's cat) ay isang eksperimento ng pag-iisip na karaniwang inilalarawan na isang paradokso na nilikha ng Austriyanong pisikong si Erwin Schrödinger noong 1935. Eto ay nagpapakita ng kanyang nakitang problema ng interpretasyong Copenhagen ng mekanikang quantum na nilalapat sa pang-araw araw na mga bagay. Ang senaryo ay nagpapakita ng isang pusa na maaaring buhay o patay depende sa unang randomang pangyayari. Bagaman ang orihinal na eksperimento ay imahinaryo, ang parehong mga prinsipsyo ay sinaliksik at ginamit sa mga pratikal na mga aplikasyon. Ang eksperimentong ito ay malimit ding itinatampok sa mga teoretikal na talakayan ng interpretasyon ng mekanikang quantum. Sa panahon ng pagbuo ng eksperimentong ito, nilikha ni Schrödinger ang terminong Verschränkung (entanglement o pagkakabuhol).

Ang eksperimento

Ang isang pusa, isang bote ng lason at isang pinagmulang radioaktibo ay inilagay sa nakasarang kahon. Kung nadetekta ng panloob na monitor ang isang radioaktibidad, ang bote ay mababasag na maglalabas ng lason na papatay sa pusa. Ang intepretasyong Copenhagen ng mekanikang quantum ay nagpapahiwatig na pagkatapos ng isang panahon, ang pusa ay sabay na buhay at patay. Ngunit kung titingnan ang kahon, makikita na ang pusa ay buhay o patay at hindi parehong buhay at patay.

Isinulat ni Schrödinger :

Ang isa ay maaaring magtayo kahit ng mga kasong kahangal hangal. Ang isang pusa ay nakakulong sa isang bakal na kahon kasama ang mga sumusunod na kasangkapan(na kailangang nakalagay sa paraang hindi mapakikialaman ng pusa): sa isang kounter na geiger, merong isang munting substansiyang radioaktibo na sa sobrang liit nito marahil sa pagdaan ng isang oras, ang isa sa mga atomo ay mabubulok(o nawawalan ng enerhiya) ngunit sa magkatumbas na probabilidad o marahil ay wala. Kung ito ay mangyari, ang kounter na geiger ay madidiskarga at sa pamamagitan ng isang relay(nagpapagalaw ng switch) ay maglalabas ng martilyo na babasag sa isang maliit na flasko(bote) ng asidong hydrocyaniko. Kung iiwan ang buong sistemang ito sa sarili nito sa isang oras, masasabing ang pusa ay buhay pa rin samantalang walang atomo ang nabulok. Ang punsiyong psi ng buong sistema ay maghahayag nito sa pamamagitan ng pagkakaroon nito ng buhay at patay na pusa(ipagpaumanhin ang ekspresiyon) na magkahalo o ipinahid sa magkakatumbas na mga bahagi. Tipikal sa mga kasong ito na ang indeteminasiya(pagiging hindi matukoy) na orihinal na nakatakda sa atomikong sakop(domain) ay nalilipat sa indeterminasiya sa makroskopiko(malalaking bagay) na malulutas sa pamamagitan ng direktang pagmamasid. Eto ay nagpipigil sa atin na walang muwang na tanggapin bilang balido ang isang "pinalabong modelo" sa pagkakatawan ng realidad. Sa sarili nito, eto ay hindi kumakatawan sa isang anumang hindi maliwanag o kontradiktoryo. May pagkakaiba sa pagitan ng magalaw o wala sa pokus na litrato at ng kuha ng mga ulap at hamog.

Ang sikat na eksperimento ng pag-iisip ni Schrödinger ay nagtatanghal ng tanong na: kailan ang sistemang quantum ay titigil sa pag-iral bilang superposisyong quantum ng mga estado at maging isa o iba? Sa mas teknikong pagtatanong, kailan ang aktuwal na estadong quantum ay titigil na maging kombinasyong linyar ng mga estado na ang bawat isa ay katulad ng iba't ibang mga estadong klasiko at bagkus ay magsisimulang magkaroon ng isang walang katulad na deskripsiyong klasiko. Kung mabuhay ang pusa, maalala lang nito ang pagiging buhay. Ngunit ang mga paliwanag ng mga eksperimentong EPR na konsistente sa pamantalayang mikroskopikong mekanikang quantum ay nag-aatas na ang mga bagay na makroskopiko gaya ng mga pusa o kuwaderno ay hindi palaging mayroong mga walang katulad na deskripsiyong klasiko. Ang eksperimentong ito ay nagpapakita ng maliwanag na paradoksong ito. Ang ating intuisyon ay nagsasabing walang tagapagmasid ay maaaring nasa isang paghahalo ng mga estado ngunit ang pusa mula sa ating eksperimento ay tila maaaring nasa gayong paghahalo. Ang pusa ba ay kinakailangang maging tagapagmasid o ang pag-iral nito sa isang mahusay na inilarawang estadong klasiko ay nangangailangan pa ng isang panlabas na tagapagmasid? Ang bawat alternatibo ay tila hindi makatwiran kay Albert Einstein na napahanga sa kakayahan ng eksperimentong ito na bigyang diin ang mga isyung ito.

Mga intepretasyon ng eksperimento

Simula panahon ni Schrödinger, ang ibang mga interpretasyon ng mekanikang quantum ay iminungkahi na nagbibigay ng iba't ibang mga sagot sa mga tanong na itinanghal ng pusa ni Schrödinger kung gaano katagal tumatagal ang mga superposisyon at kailan(o kung) ito ay magigiba.

Interpretasyong Copenhagen

Ang pinaka karaniwang pinaniniwalaang interpretasyon ng mekanikang quantum ng interpretasyong Copenhagen. Sa interpretasyong ito, ang isang sistema ay tumitigil sa pagiging isang superposisyon ng mga estado at nagiging isa o iba kapag ang pagmamasid dito ay nangyari. Ang eksperimento ay nagbibigay linaw na ang kalikasan ng pagsukat o pagmamasid ay hindi isang mahusay na nailarawan sa intepretasyong ito. Ang eksperimentong ito ay maaaring pakahulugan na habang ang kahon ay sarado, ang sistema ay sabay na umiiral sa isang superposisyon ng mga estado ng "nabulok na nukleyus/patay na pusa" at "hindi nabulok na nukleyus/buhay na pusa" at tanging kapag ang kahon ay nabuksan at ang isang pagmamasid ay naisagawa ay ang alongpunsiyon ay magigiba sa isa sa dalawang mga estado. Gayunpaman, ang isa sa mga pangunahing siyentipikong nauugnay sa interpretasyong Copenhagen na si Niels Bohr ay wala kailanman sa isip nito ang pinukaw ng tagapagmasid na pagkagiba ng along punsiyon kaya ang pusa ay hindi nagtanghal sa kanya ng anumang tanong. Ang pusa ay maaaring patay o buhay bago ang kahon ay buksan ng isang may kamalayang nagmamasid. Natagpuan ng analisis ng eksperimento na ang tanging pagsukat(halimbawa ng kounter na Geiger) ay sapat upang gibain ang isang along punsiyon bago magkaron ng anumang kamalayang pagmamasid ng eksperimento. Ang pananaw na ang pagmamasid ay nakuha kapag ang isang partikulo mula sa nukleyus ay tumama sa detektor ay maaaring paunlarin sa isang mga teoriyang obhektibong pagkagiba. Salungat dito, ang pakikutungong intrepretasyong maraming mga daigdig ay tumatangging ang pagkagiba ay kailanman nangyayari.

Interpretasyong maraming mga daigdig at mga kasaysayang konsistente

Ang paradoksong pusa ni Schrödinger ayon sa interpetasyong maraming mga daigdig. Sa interpretasyong ito, ang bawat pangyayari ay isang puntong sanga. Ang pusa ay parehong buhay at patay kahit pa ang kahon ay nabuksan, ngunit ang mga pusang buhay at patay ay nasa iba't ibang mga sanga ng uniberso na magkatumbas na tunay ngunit hindi maaaring makipag-ugnayan sa bawat isa.

Noong 1957, pinormula ni Hugh Everett ang interpretasyong maraming mundo na hindi nagtatangi ng pagmamasid bilang isang espesyal na proseso. Sa interpretasyong maraming mga daigdig, ang parehong mga estadong buhay at patay ng pusa ay nagpapatuloy pagkatapos na ang kahon ay buksan ngunit dekoherente mula sa bawat isa. Sa ibang salita, kapag ang kahon ay nabuksan, ang tagapagmasid at ang ang patay nang pusa ay nahahati sa isang tagapagmasid na tumitingin sa isang kahon na may patay na pusa at isang tagapagmasid na tumitingin sa isang kahon na may buhay na pusa. Ngunit dahil ang mga estadong patay at buhay ay dekoherente, walang epektibong komunikasyon o interaksiyon sa pagitan ng mga ito. Kapag binuksan ang kahon, ang tagapagmasid ay nabubuhol sa pusa kaya ang mga estado ng tagapagmasid na tumutugon sa pagiging buhay at patay ng pusa ay nabubuo. Ang bawat estadong tagapagmasid ay nabubuhol o nauugnay sa pusa upang ang "pagmamasid ng estado ng pusa" at ang "estado ng pusa" ay tumutugon sa bawat isa. Sinisiguro ng dekoherensiyang quantum na ang iba ibang mga kalalabasan ay walang interaksiyon sa bawat isa. Ang parehong mekanismo ng dekoherensiyang quantum ay mahalaga rin para sa interpretasyon sa mga termino ng konsistenteng mga kasaysayan. Tanging ang "patay na pusa" o "buhay na pusa" ang maaaring maging isang bahay ng isang konsistenteng kasaysayan sa interpretasyong ito.

Ang isang uri ng eksperimentong pusa ni Schrödinger na kilala bilang makinang pagpapatiwakal na quantum ay iminungkahi ng kosmolohistang si Max Tegmark. Sinusuri nito ang eksperimentong pusa ni Schrödinger mula sa pananaw ng pusa at nangangatwirang sa pamamagitan ng paggamit ng pakikitungong ito, maitatangi ng isa ang sa pagitan ng interpretasyong Copenhage at maraming mga daigdig.

Interpretasyong pangkat

Ang interpretasyong pangkat ay nagsasaad na ang mga superposisyon ay walang iba kundi ang mga pang-ilalim na pangkat ng isang mas malaking pangkat estadistikal. Ang estadong bektor ay hindi lalapat sa mga indibidwal na eksperimentong pusa kundi sa mga estadistika lamang ng maraming mga katulad na inihandang mga eksperimentong pusa. Ang mga tagapagtaguyod ng mga interpretasyong ito ay nagsasaad na ito ay gumagawa sa paradoksong pusa ni Schrödinger na isang walang kuwentang hindi isyu. Ang interpretasyong ito ay nagsisilbi na magtapon ng ideya na ang isang sistemang pisikal sa mekanikang quantum ay may isang deskripsiyong matematikal na tumutugon rito sa anumang paraan.

Interpretasyong pang-ugnayan

Ang interpretasyong pang-ugnayan ay hindi gumagawa ng pundamental na distinksiyon sa pagitan ng nag-eeksperimentong tao, pusa o ang aparato o sa pagitan ng mga sisteman buhay at hindi buhay. Ang lahat ay mga sistemang quantum na pinangangasiwaan ng parehong mga patakaran ng ebolusyon ng alongpunsiyon at ang lahat ay maaaring ituring na mga tagapagmasid. Ngunit ang interpretasyong pang-ugnay ay pumapayag na ang iba't ibang mga tagapagmasid ay maaaring magbigay ng iba't ibang mga salaysay ng parehong mga sunod sunod na pangyayari depende sa impormasyong meron ang mga ito tungkol sa sistema. Ang pusa ay maaaring ituring na tagapagmasid ng aparato. Samantala, ang nag-eeksperimento ay maaaring ituring na isa pang tagapagmasid ng sistema sa kahon(ang pusa na dinagdagan ng aparato). Bago buksan ang kahon, ang pusa sa kalikasan ng pagiging buhay o patay ay may impormasyon tungkol sa estado ng aparato(ang atomo ay nabulok o hindi nabulok), ngunit ang nag-eeksperimento ay walang impormasyon tungkol sa estado ng mga nilalaman ng kahon. Sa paraang ito, ang dalawang mga tagapagmasid ay sabay na may iba't ibang mga salaysay sitwasyon: Para sa pusa, ang alongpunsiyon ng aparato ay lumilitaw na nagiba. Para sa nag-eeksperimento, ang mga nilalaman ng kahon ay lumilitaw na nasa superposisyon. Hanggang ang kahon ay nabuksan lamang at ang parehong tagapagmasid ay may parehong impormasyong tungkol sa nangyari ay ang parehong mga estadong sistema ay lumilitaw na nagiba sa parehong tiyak na resulta na isang pusang buhay o patay.

Mga teoriyang obhektibong pagkagiba

Ayon sa mga teoriyang obhektibong pagkagiba, ang mga superposisyon ay sabay na nawawasak(kahit pa ano ang panlabas na pagmamasid) kapag ang isang obhektibong pisikal na hangganan(panahon, temperatura, pagiging hindi mababaliktad, etc) ay naabot. Kaya ang pusa ay maasahang tumungo sa isang tiyak na estado bago ang kahon ay nabuksan. Ito ay maluwag na maisasad bilang "ang pusa ay nagmamasid sa sarili nito" o ang "kapaligiran ay nagmamasid sa pusa". Ang teoriyang ito ay nangangailangan ng isang pagbabago sa pamantayang mekanikang quantum upang payagang mawasak ang mga superposisyon sa pamamagitan ng proseso ng ebolusyon ng panahon.