Det är viktigt att notera att inga faktiska katter, verkliga eller överlagrade, skadades under skapandet av denna Förklarade-artikel. (Inside skämt för fysik majors).
Erwin Schrödinger var en samtida med andra framstående fysiker som Albert Einstein och Neils Bohr, även om han var mer intresserad av ett relativt nytt område som kallas kvantfysik. Kvantfysiken i allmänhet gick emot mycket av vad Einstein och Bohr ansåg vara vetenskapliga fakta, vilket ledde till ett antal debatter på hög nivå mellan Schrödinger och Einstein. Ett av dessa argument innehöll ett paradoxalt tankeexperiment som vi nu känner som Schrödingers katt, även om katten aldrig var mer än teoretisk.
Ett av de inneboende problemen med subatomära system är svårigheten med mänsklig observation. Man kan anta att subatomära partiklar beter sig på ett visst sätt, men att införa ett mikroskop eller en kamera för att observera dem i aktion kan påverka det subatomära systemets naturliga beteende negativt. Detta skulle motsvara ett klassrum med elever som ändrade sitt beteende när de upptäckte en dokumentärfilmskamerateam i rummet. Samma sak händer när fysiker försöker observera mycket små föremål.
”Schrödingers katt” är i grunden en objektlektion om problemen med att förlita sig på enbart observation när man har att göra med subatomära system. Schrödinger föreslog ett experiment där en levande katt skulle placeras i en bur på ena sidan av ett metallrör. Nära katten skulle finnas en injektionsflaska innehållande giftig gas och en utlösningsmekanism. En vetenskapsman skulle placera en mycket liten mängd av ett radioaktivt ämne i den andra änden av röret. Detta radioaktiva material skulle sönderfalla med en hastighet av en atom per timme, men chansen att det inträffar är XNUMX-XNUMX. Om en atom verkligen släpptes, skulle det få flaskan med giftig gas att gå sönder och katten skulle dö. Inget atomärt förfall skulle innebära att katten lever.
När detta teoretiska rör väl var förseglat skulle ingen extern observation vara möjlig. Ingen skulle kunna checka in på ”Schrödingers katt” på en hel timme. Efter 60 minuter skulle frågan till försöksledaren vara ”Lever Schrödingers katt eller är död?”. Enligt Einsteins teorier skulle katten antingen vara död eller levande, utan medelväg. Först när röret öppnades och kattens status blev observerbar kunde ett definitivt svar hittas. Einstein skulle antingen se en död eller levande katt, eftersom Gud inte spelar tärning med universum.
Enligt Schrödingers teori om kvantfysik befinner sig katten faktiskt i två olika tillstånd samtidigt. En version av katten är död, men en annan är fortfarande vid liv. Det är så subatomära system skulle behöva fungera också, vilket skapar paradoxen. En katt lever i ett makroskopiskt system, där objekt antingen lever eller inte. Det finns ingen medelväg, som en halv levande katt. Inom kvantfysiken kunde den teoretiska Schrödingers katt dock existera i olika tillstånd, från helt levande till död och alla stadier däremellan. Alla dessa tillstånd, kända som superposition, är möjliga resultat från experimentet, även om endast ett kunde observeras som sant när forskaren undersökte katten.
Schrödinger själv beklagade senare att han använde en katt som potentiellt offer för ett paradoxalt tankeexperiment. Hans ursprungliga poäng var att illustrera några av problemen med att observera subatomära system och dra slutsatser när observationshandlingen kunde förvränga resultaten. Genom att ta ut paradoxen ur den mindre subatomära världen och flytta den in i den större makroskopiska världen, bevisade Schrödinger verkligen sin poäng för Einstein och andra, men hans teoretiska objektlektion skulle för alltid bli känd som ”Schrödingers katt”.