Choć może się to wydawać dziwne, mechanika kwantowa opisuje otaczający nas świat
Był rok 1935, a Erwin Schrödinger miał już dość czytania bzdur. Nie minęło nawet dziesięć lat od narodzin współczesnej mechaniki kwantowej, a świat już wypełnił się delirycznymi pseudofilozoficznymi rozważaniami na temat tego, czym naprawdę jest rzeczywistość.
Wtedy biedny Erwin miał już dość i postanowił opowiedzieć nam o swoim kocie.
Słynny kot Schrödingera.
O swoim kocie, o zamkniętym, nieprzezroczystym pudełku, a także o pojemniku z trującym gazem. Pojemnik ten jest kontrolowany przez urządzenie otwierające, które działa tylko wtedy, gdy cząstka radioaktywna ulegnie rozpadowi w określonym czasie.
Po upływie tego czasu prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, wynosi 50%, a prawdopodobieństwo, że żyje, również 50%. „Jeśli nie otworzymy pudełka”, mówi nam standardowa wersja tego „paradoksu”, „kot będzie jednocześnie żywy i martwy”. Innymi słowy, mogliśmy być spokojni: dopóki nie otworzymy pudełka, kot nie będzie naprawdę martwy.
Według wielu interpretatorów to osoba otwierająca pudełko zabija kota.
Nikt nie rozumie biednego Erwina.
Ciekawe w tym wszystkim jest to, że pomimo tego, iż przykład ten był nadużywany do zilustrowania koncepcji superpozycji kwantowej, Schrödinger wykorzystał go, aby pokazać absurdalność stosowania kategorii mechaniki kwantowej do świata rzeczywistego (makroskopowego). Dla austriackiego fizyka kot byłby żywy lub martwy niezależnie od tego, czy otworzylibyśmy pudełko, czy nie.
Ale… a jeśli tak nie jest?
Jednak pół wieku po tym wszystkim grupa naukowców z Uniwersytetu Berkeley nie była tego taka pewna. Od kilku lat wiadomo było, że brakuje nam kluczowego elementu do zrozumienia procesu rozpadu molekularnego.
Oznacza to, że „zdolność poszczególnych cząstek do rozpadu jest dobrze znana” (jest to na przykład fakt fizyczny, który stoi za węglem-14); problem polega na tym, że zgodnie z naszą wiedzą na temat fizyki nie mogło tak być. Cząstki nie powinny ulegać rozpadowi.
W latach 1984–1985 John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili serię eksperymentów z zamkniętym obwodem elektrycznym z nadprzewodnikami i wykazali, że Schrödinger się mylił.
W jaki sposób się mylił?
Jak już wspomniałem, celem eksperymentu myślowego z kotem było „wykazanie absurdalności tej sytuacji, ponieważ szczególne właściwości mechaniki kwantowej zazwyczaj zanikają w skali makroskopowej. Kwantowych właściwości całego kota nie da się wykazać w eksperymencie laboratoryjnym”.
Jednak odkąd badaczom tym udało się wykazać, że niezwykle dziwne właściwości świata kwantowego można zaobserwować również w większym układzie, nic nie jest już tak oczywiste.
Wyjaśniają to bardzo dobrze osoby takie jak Anthony Leggett, ponieważ chociaż „system makroskopowy złożony z wielu par Coopera jest nadal o wiele rzędów wielkości mniejszy niż kotek”, kluczem do eksperymentu jest to, że „istnieją zjawiska obejmujące dużą liczbę cząstek, które razem zachowują się zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej”.
Nobel za zabicie kota.
„Byłbyś bardzo zaskoczony, gdyby piłka nagle pojawiła się po drugiej stronie ściany. W mechanice kwantowej tego typu zjawisko nazywa się efektem tunelowania i jest to właśnie rodzaj zjawiska, które dało jej reputację dziwnej i mało intuicyjnej” – wyjaśniała komisja przyznająca nagrodę. Właśnie to naukowcy ci wykazali, że może się zdarzyć na poziomie makroskopowym.
Ale zrobili coś więcej. I nie mam tu na myśli stworzenia podstaw, które pozwoliły nam stworzyć system technologiczny, jaki znamy: od tranzystorów w mikrochipach komputerowych, które widzimy wszędzie, po kryptografię kwantową. Nie. Mam na myśli zatarcie granicy między światem bardzo małych obiektów a światem, który znamy.
Po drodze „zabili kota”, ale dzięki otwartej przez nich luce wkradła się jedna z najlepszych dziedzin nauki, jakie mamy.
