Erwin Schrodinger foi uma das figuras-chave física quântica, mesmo antes de seu famoso "Gato de Schrodinger"experimento mental. Ele criou a função de onda quântica, que agora era a equação definidora de movimento no universo, mas o problema é que ela expressa todo movimento na forma de um série de probabilidades - algo que viola diretamente a forma como a maioria dos cientistas do dia (e possivelmente até hoje) gosta de acreditar em como a realidade física opera.
O próprio Schrodinger era um desses cientistas e desenvolveu o conceito de Gato de Schrodinger para ilustrar os problemas da física quântica. Vamos considerar os problemas, então, e ver como Schrodinger procurou ilustrá-los por analogia.
Indeterminação Quântica
A função de onda quântica retrata todas as quantidades físicas como uma série de estados quânticos, juntamente com a probabilidade de um sistema estar em um determinado estado. Considere um único átomo radioativo com meia-vida de uma hora.
De acordo com a função de onda da física quântica, após uma hora, o átomo radioativo estará em um estado em que está deteriorado e não deteriorado. Uma vez que uma medição do átomo é feita, a função de onda entrará em colapso em um estado, mas até então, permanecerá como uma superposição dos dois estados quânticos.
Esse é um aspecto fundamental da interpretação de Copenhague da física quântica - não é apenas que o cientista não saiba em que estado está, mas a realidade física não é determinada até que o ato da medição ocorra Lugar, colocar. De alguma maneira desconhecida, o próprio ato de observação é o que solidifica a situação em um estado ou outro. Até que essa observação ocorra, a realidade física é dividida entre todas as possibilidades.
Para o gato
Schrodinger estendeu isso propondo que um gato hipotético fosse colocado em uma caixa hipotética. Na caixa com o gato, colocaríamos um frasco de gás venenoso, que mataria instantaneamente o gato. O frasco é conectado a um aparelho conectado a um contador Geiger, um dispositivo usado para detectar radiação. O átomo radioativo mencionado acima é colocado próximo ao contador Geiger e deixado por exatamente uma hora.
Se o átomo se deteriorar, o contador Geiger detectará a radiação, quebrará o frasco e matará o gato. Se o átomo não se decompor, o frasco ficará intacto e o gato estará vivo.
Após o período de uma hora, o átomo está em um estado em que está deteriorado e não deteriorado. No entanto, dada a forma como construímos a situação, isso significa que o frasco está quebrado e não quebrado e, finalmente, de acordo com a interpretação de Copenhague da física quântica o gato está morto e vivo.
Interpretações do gato de Schrodinger
Stephen Hawking é citado por dizer: "Quando eu ouço sobre o gato de Schrodinger, pego minha arma". Isso representa o pensamentos de muitos físicos, porque existem vários aspectos sobre o experimento mental que trazem à tona problemas. O maior problema com a analogia é que a física quântica normalmente opera apenas na escala microscópica de átomos e partículas subatômicas, não na escala macroscópica de gatos e frascos de veneno.
A interpretação de Copenhague afirma que o ato de medir algo causa o colapso da função de onda quântica. Nesta analogia, realmente, o ato de medição ocorre pelo contador Geiger. Existem inúmeras interações ao longo da cadeia de eventos - é impossível isolar o gato ou as partes separadas do sistema para que ele seja de natureza verdadeiramente quântica.
Quando o próprio gato entra na equação, a medição já foi feita... mil vezes mais, medições foram feitas - pelos átomos do contador Geiger, pelo aparato de quebra de frascos, pelo frasco, pelo gás venenoso e pelo próprio gato. Até os átomos da caixa estão fazendo "medições" quando você considera que, se o gato cair morto, ele entrará em contato com átomos diferentes do que se passear ansiosamente pela caixa.
Se o cientista abre ou não a caixa é irrelevante, o gato está vivo ou morto, não uma superposição dos dois estados.
Ainda assim, em algumas visões estritas da interpretação de Copenhague, é realmente uma observação necessária por uma entidade consciente. Essa forma estrita de interpretação é geralmente a visão minoritária entre os físicos hoje, embora haja permanece um argumento intrigante de que o colapso das funções quânticas das ondas pode estar ligado a consciência. (Para uma discussão mais aprofundada sobre o papel da consciência na física quântica, sugiro Enigma quântico: a física encontra a consciência de Bruce Rosenblum e Fred Kuttner.)
Ainda outra interpretação é a Interpretação de Muitos Mundos (MWI) da física quântica, que propõe que a situação realmente se ramifica em muitos mundos. Em alguns desses mundos, o gato estará morto ao abrir a caixa; em outros, o gato estará vivo. Embora fascinante para o público, e certamente para os autores de ficção científica, os Muitos Mundos A interpretação também é uma visão minoritária entre os físicos, embora não exista evidência específica para ou contra isso.
Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph. D.