Vlnová funkce Schrödingerovy kočky  
Nejslavnější kočka vědy je prý polomrtvá a položivá zároveň. Anebo se nám to jenom zdá? Vědci Queenslandské univerzity spějí k rozuzlení meziválečné záhady.
Trable s vlnovou funkcí. Kredit: Benjamin Duffus & Martin Ringbauer.
Trable s vlnovou funkcí. Kredit: Benjamin Duffus & Martin Ringbauer.


Kdo by neznal Schrödingerovu kočku. Původně to byl poněkud poťouchlý myšlenkový pokus jednoho ze zakladatelů kvantové mechaniky, teoretického fyzika Erwina Schrödingera, který se v roce 1935 chtěl vysmívat standardní Kodaňské, čili pravděpodobnostní interpretaci kvantové mechaniky. Jak už to ale v podobných případech bývá, Schrödinger tak trochu minul cíl. Jeho metafora se utrhla z řetězu, stala se mediální hvězdou a žije si vlastním životem. Schrödingerova kočka dneska ohromně popularizuje kvantovou mechaniku a všem, kdo píšou o vědě, ukazuje, jak se to má správně dělat.
Alessandro Fedrizzi. Kredit: A. Fedrizzi.
Alessandro Fedrizzi. Kredit: A. Fedrizzi.
Pro připomenutí s Wikipedií, v experimentu se Schrödingerovou kočkou hraje hlavní roli neprůhledná krabice, která obsahuje přístroj s radioaktivním nuklidem, nádobku s jedovatým plynem, a samozřejmě kočku. Když přístroj zaznamená rozpad nuklidu, tak vypustí plyn a ten usmrtí kočku. Nuklid se přitom s padesátiprocentní pravděpodobností rozpadne během jedné hodiny. Vtip spočívá v tom, že podle kvantové mechaniky se nepozorovaný nuklid z uzavřené krabice nachází ve stavu superpozice, tedy vlastně jakoby zároveň ve stavu rozpadlý nuklid/ mrtvá kočka a nerozpadlý nuklid/ živá kočka. Jenže, když krabici otevřeme, tak uvidíme jenom jeden z uvedených stavů. Schrödinger si kladl otázku, kdy soustava přestává být superpozicí stavů a vynoří se pouze jediný stav, a dospěl k názoru, že kvantová mechanika nebude kompletní bez popisu stavu při zkolabování vlnové funkce, tedy ve chvíli, kdy se rozhodne, jestli je kočka živá nebo mrtvá.
Polomrtvá/ položivá. Kredit: Dhatfield, Wikimedia Commons
Polomrtvá/ položivá. Kredit: Dhatfield, Wikimedia Commons


Píše se rok 2015 a po osmdesáti letech stále nevíme, jak na tom Schrödingerova kočka vlastně je. Nicméně, mezi vědci se i po tak dlouhé době najdou odvážlivci, kterým to není jedno a snaží se přijít Schrödingerově kočce na kloub. Je mezi nimi i Alessandro Fedrizzi z Queenslandské univerzity, který se svými kolegy, podle článku nedávno publikovaného časopisem Nature Physics, v odhalování záhady Schrödingerovy kočky významně pokročil. Pomocí velmi přesných měření a výpočtů kolem stavů jednotlivých fotonů se jim prý povedlo vyloučit populární hypotézu, podle které je polomrtvý/ položivý stav Schrödingerovy kočky pouhým důsledkem nedostatku informací o její skutečné situaci.
Plastika Schrödingerovy kočky v zahradě curyšského domu na Huttenstrasse, kde v letech 1921 až 1926 žil Erwin Schrödinger. Kredit: Koogid, Wikimedia Commons
Plastika Schrödingerovy kočky v zahradě curyšského domu na Huttenstrasse, kde v letech 1921 až 1926 žil Erwin Schrödinger. Kredit: Koogid, Wikimedia Commons

Stejně jako všechny objekty kvantové mechaniky, je i Schrödingerova kočka popsaná kvantovou vlnovou funkcí. Vlnová funkce, mnohým známá v podobě poněkud démonického trojzubce třiadvacátého písmene řecké abecedy, čili „psí“, je sice klíčovým nástrojem k popisu fyzikálních systémů v kvantové mechanice, zároveň ale stále nikdo neví, co je vlastně vlnová funkce zač. Je to jenom projev nedostatků v poznání reálného stavu zkoumaného systému anebo vlnová funkce přímo souvisí s realitou takového systému? A existuje vůbec nějaká objektivní realita?
Donedávna šlo jenom o takové teoretické dohady. Nedávno ale tři teoretičtí kvantoví fyzici z nynějšího Fedrizziho týmu navrhli experimenty, s nimiž je možné tyhle věci testovat.


Podle prvního autora studie Martina Ringbauera, taktéž z Queenslandské univerzity, naznačují výsledky jejich studie, že pokud existuje nějaká objektivní realita, tak ji vlnová funkce popisuje. Jinými slovy, vypadá to, že Schrödingerova kočka je doopravdy polomrtvá/ položivá. Buď je vlnová funkce kompletně reálná, anebo není reálné vůbec nic. A pak že jsou přírodní vědy nudné.


Video: Alessandro Fedrizzi. Kredit: University of Queensland.

Video: Schrodingers Cat Paradox and Multiple Interpretations of the Universe. Kredit: Keith Motes.

Literatura
University of Queensland, Nature Physics online 2. 2. 2015, Wikipedia (Schrödinger"s cat).
Datum: 09.02.2015 03:58

Schrödingerova velryba - Crumey Andrew
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 328 Kč
cena: 275 Kč
Schrödingerova velryba
Crumey Andrew

Diskuze:

Milan Závodný,2015-02-14 18:25:02

Realita je práve tak nudná, ako keď vás chce zožrať lev.
Myslím, že by sa veci malo venovať viac priestoru.

Odpovědět

Copak kočka

Jakub Beneš,2015-02-11 23:24:55

ale představte si, že vesmír vznikl a vyvíjel se celé miliardy let jen jako vlnová funkce, až do chvíle než vznikl člověk, a svým prvním pozorováním ho zpětně zreálnil :) proti tomu nějaká napůl živá a napůl mrtvá kočka úplně bledne.

Odpovědět


František Luft,2015-02-11 23:37:24

A víte že křesťani vědí, jak se ten první člověk jmenoval?

Odpovědět


Martin Chabada,2015-02-12 12:36:14

Ono je to ale naopak. Svojim pozorovanim sucasnosti si "vyberame" tu historiu vesmiru, ktora je konzistentna s nasim pozorovanim. To tvrdi Stephen Hawking:
"This leads to a radically different view of cosmology, and the relation between cause and effect. The histories that contribute to the Feynman sum don’t have an independent existence, but depend on what is being measured. We create history by our observation, rather than history creating us."

Hawking, Mlodinow: The Grand Design

Odpovědět


Kreacionisti a evolucionisti maju sucasne pravdu

Tomáš Habala,2015-02-12 14:08:00

z toho vyplyva.
Dali by sa tym vysvetlit aj take veci, ako je strasne nizka entropia na pociatku vesmiru a presne nastavenie prirodnych konstant a to bez toho, aby sme potrebovali biliony bilionov atd. paralelnych svetov. No obrovska uspora...

Odpovědět

Co když místo kočky dáme pozorovatele č. 2...?

Bohumil Tříska,2015-02-11 17:31:14

Byl bych trochu milosrdnější než pan Schrödinger a dal bych do krabice místo jedu voňavku, ale místo kočky domácí bych tam dal kolegyni z laboratoře jako pozorovatele č. 2. Tím se ale dostávám do úzkých: Já, pozorovatel č. 1, popíšu systém vlnovou funkcí, ve které je kolegyně z poloviny voňavá a z poloviny nikoli. Ovšem kolegyně uvnitř si nemůže nevšimnout, jestli je voňavka vylitá nebo ne, a tedy v její "souřadné soustavě" je vlnová funkce úplně jiná - nejspíš nějaká vlastní funkce operátoru voňavosti...
Po pravdě řečeno si dokonce myslím, že celá kvantová filozofie s jejími pozorovateli je vhodná pouze pro objekty, které žádného pozorovatele neobsahují a obsahovat nemohou. Že je vhodná pouze pro objekty mikrosvěta. A na druhé straně mám tušení, že obecná teorie relativity se svými lokálními inerciálními systémy je zase vhodná pouze pro případy, kdy studovaný systém pozorovatele obsahuje (nebo obsahovat může), tedy pro systémy většího rozměru. Mám pochybnosti o tom, nakolik je možné se z jedné nebo druhé strany dopracovat k teorii, která by propojila oba světy, svět kvantový se světem relativistickým. Ve své bujné fantazii si dokonce představuji, že složitost takové "teorie všeho" by mohla růst nade všechny meze.

Odpovědět


Martin Chabada,2015-02-12 12:27:03

Interpretacia kvantovej mechaniky, kde je vlnova funkcia zavisla od pozorovatela, uz existuje.
http://en.wikipedia.org/wiki/Relational_quantum_mechanics

Odpovědět


Tomáš Habala,2015-02-12 14:11:05

By ma zaujimalo, ci pozorovatel zrealnuje vlnovu funkciu absolutne alebo len relativne. Ak relativne, tak ten pozorovatel vnutri krabice by si funkciu objektivne zrealnil, ale pre pozorovatela vonku by objektivne bol stale vo vlnovom stave.

Odpovědět


Martin Chabada,2015-02-12 14:47:32

Samozrejme, ze len relativne, to je zakladna podstata RQM interpretacie.
Ide o to, ze na kvantovej urovni nic take ako "absolutna realita", teda realita nezavisla od pozorovatela a jeho pozorovania, neexistuje. Co je teoreticky aj experimentalne dokazany fakt.
http://en.wikipedia.org/wiki/Leggett%E2%80%93Garg_inequality

Odpovědět


Tomáš Habala,2015-02-12 21:37:23

Je to na mna moc huste, neviem z toho vydolovat tu relativnost kolapsu vlnovej fukcie voci pozorovatelovi, t.j. ze voci istemu pozorovatelovi je skolabovana a voci inemu nie je. Vedel by si mi ukazat ako sa ten zapi cita prosim Ta?

Odpovědět


to Tomáš Habala

František Luft,2015-02-12 23:52:47

Tady byl na Oslovi článek a v diskuzi to vysvětloval p.Brož:

http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&akce=showall&clanek=5110&id_c=108956

Každý pozorovatel si zkolabuje ten systém na který se dívá: Ten co je v krabici s kočkou se s ní kvantově prováže a stanou se z něj dva - jeden vidí mrtvou a druhý živou. Druhý pozorovatel, vně krabice po otevření zkolabuje tuto superpozici a uvidí jen jednu možnost. (pozn.: pozorovatel v krabici se nazývá Wignerův přítel)

Odpovědět


Kvantový popis pozorovatele v krabici

Bohumil Tříska,2015-03-01 22:30:42

Děkuji za odkaz na příspěvky pana Brože, jsou skvělé. Zdá se mi, že situace, kdy pozorovatel v krabici popisuje systém zkolabovanou vlnovou funkcí, zatímco pozorovatel mimo krabici jako superpozici, předpokládá, že ta vlnová funkce není něco, co reálně existuje - je to jenom náš matematický aparát, model, vzoreček. To je sice legitimní, ale přijde mi to líto - raději bych dělal s něčím, co by existovat mohlo. Přijde mi pak přijatelnější říci (jak jsem psal výše), že kvantový popis se nehodí na systémy, které obsahují pozorovatele.

Odpovědět

Táto mačka mi pomohla prejsť z fyziky

Rene Mikolas,2015-02-10 16:18:31

Ale po celý život ma frustruje.
Zomieranie (skapínanie) predsa nie je vecou okamihu, trvá to predsa nejaký čas rôzny od nuly a to ma ničí.
A o čase v tom celom vraždiacom mechanizme a jeho jednotlivých krokoch, ani nehovorím.

Odpovědět


František Luft,2015-02-10 21:08:22

Považuji za chybu, že se tak zpopularizovala. Laik nemůže ani vědět, proč si fyzikové myslí, že by měla být současně živá i mrtvá

Odpovědět

Nevěřím :)

František Luft,2015-02-10 10:02:16

Kdyby byla současně živá i mrtvá, to by potom elektron v Youngově pokusu byl nějakém okamžiku v obou štěrbinách současně a systém s elektronem by měl najednou o jeden elementární náboj navíc - v rozporu se zákonem zachování ne? V experimentu "testování bomby" bomba buď vybuchne nebo nevybuchne, nic mezi

Odpovědět


Petr Hájek,2015-02-11 14:42:21

Youngův pokus - tedy pokud myslíme ten "dvě štěrbiny a světlo" ale ukazuje, že pokud pustíte na desku se štěrminami fotony "po jednom", tak se také na stínítku objeví interferenční obraz, jako by foton interferoval sám se sebou, tedy jakoby prošel oběmi štěrbinami...

Odpovědět

Také jsem nečetl článek ...

Pavol Habuda,2015-02-10 07:30:09

... ale předpokládám, že se budou opírat o kauzalitu. Rozpad atomu je přímou příčinou smrti kočky. Budou se snažit ukázat, že vlnová funkce daného atomu a vlnová funkce kočky jsou stejné. A protože u atomů máme ověřeno, že skutečně existují před "měřením" ve více stavech zároveň, pak i kočka bude existovat ve více stavech (stejná vlnová funkce, stejné vlastnosti).

Odpovědět

Jak to dokázali?

Martin Plec,2015-02-09 16:02:27

K Nature Physics přístup nemám, ale i kdybych měl, asi bych si ty vzorečky do lidštiny přeložit neuměl. Dokázal by někdo populárně popsat, jaké jsou jejich argumenty?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace