Kvantová fyzika patrí medzi najtajomnejšie oblasti vedy a jej princípy často odporujú bežnému chápaniu reality. Jedným z najznámejších myšlienkových experimentov, ktorý tento paradox demonštruje, je Schrödingerova mačka. Tento experiment ilustruje zvláštny jav známy ako kvantová superpozícia, v ktorom objekt môže existovať vo viacerých stavoch súčasne.
Myšlienkový experiment: Mačka, ktorá je naraz živá aj mŕtva
Rakúsky fyzik Erwin Schrödinger navrhol tento experiment v roku 1935, aby poukázal na problémy tzv. kodanskej interpretácie kvantovej mechaniky. Predstavme si vzduchotesne uzavretú skrinku, v ktorej sa nachádza mačka spolu s mechanizmom obsahujúcim rádioaktívny nuklid a ampulku s jedovatým plynom. Ak sa nuklid rozpadne, mechanizmus uvoľní plyn, ktorý mačku usmrtí. Pravdepodobnosť rozpadu nuklidu je 50 % po jednej hodine.
Keďže nikto skrinku neotvoril, neexistuje možnosť pozorovania, a preto sa nuklid nachádza v superpozícii stavov – súčasne je aj rozpadnutý, aj nerozpadnutý. To znamená, že aj mačka je súčasne živá aj mŕtva. Tento paradox poukazuje na nejasnosť, kedy kvantová superpozícia zaniká a objekt nadobúdne jeden konkrétny stav.
Rôzne interpretácie experimentu
Schrödinger tento experiment nikdy nemal v úmise realizovať v praxi. Chcel len ukázať, že v reálnom svete nemôže existovať stav medzi životom a smrťou. Mačka musí byť buď živá, alebo mŕtva – aj v uzavretej krabici.
Jednou z teórií, ktorá sa pokúša vysvetliť tento jav, je interpretácia Johna von Neumanna. Podľa nej na ukončenie superpozície je potrebné vedomé pozorovanie. To znamená, že kvantová superpozícia pretrváva dovtedy, kým ju vedomá bytosť nepozoruje a nerozhodne o jednom z možných stavov. Tento pohľad spochybnil Eugene Wigner, ktorý tvrdil, že ak by sa na experiment pozrel vedec, jeho pozorovanie by sa stalo súčasťou superpozície a mačka by bola aj naďalej v neurčitom stave – aspoň z perspektívy iného pozorovateľa.
Druhá interpretácia pochádza od Nielsa Bohra. Podľa neho nie je nutné, aby pozorovanie vykonával človek. Stačí, ak meranie vykoná prístroj, napríklad Geigerov počítač, ktorý zaregistruje rozpad nuklidu a aktivuje mechanizmus uvoľnenia plynu. V tomto prípade by o osude mačky rozhodovalo meranie prístrojom ešte predtým, než vedec otvorí krabicu.
Dôsledky pre kvantovú fyziku
Schrödingerova mačka poukazuje na hlboké otázky v kvantovej mechanike, najmä v súvislosti s kolapsom vlnovej funkcie. Tento myšlienkový experiment nám pripomína, že fyzika na subatomárnej úrovni sa správa inak ako klasická fyzika, ktorá platí pre makroskopické objekty.
Zároveň experiment podnecuje filozofické diskusie o povahe reality a hraniciach našej schopnosti pochopiť svet okolo nás. Kvantová fyzika tápa v odpovediach na mnohé fundamentálne otázky a paradox Schrödingerovej mačky nám ukazuje, že ešte máme veľa objavovať.