Banyak orang telah mendengar ungkapan ini, tetapi mungkin tidak semua orang mengerti bahkan artinya yang disederhanakan. Mari kita coba mencari tahu tanpa teori dan rumus yang rumit.
"Kucing Schrödinger" adalah nama eksperimen pemikiran terkenal dari fisikawan teoritis Austria terkenal Erwin Schrödinger, yang juga merupakan pemenang Hadiah Nobel. Dengan pengalaman fiksi ini, ilmuwan ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanika kuantum dalam transisi dari sistem subatom ke sistem makroskopik.
Artikel asli Erwin Schrödinger diterbitkan pada tahun 1935. Berikut kutipannya:
Anda juga dapat membuat kasus di mana olok-olok sudah cukup. Biarkan beberapa kucing dikurung di ruang baja bersama dengan mesin jahat berikut (yang harus terlepas dari intervensi kucing): di dalam penghitung Geiger ada sejumlah kecil zat radioaktif, begitu kecil sehingga hanya satu atom yang dapat membusuk dalam satu jam, tetapi dengan yang sama probabilitas mungkin tidak hancur; jika ini terjadi, tabung pembacaan dilepaskan dan relai terpicu, melepaskan palu, yang memecah kerucut dengan asam hidrosianat.
Jika Anda membiarkan seluruh sistem ini untuk dirinya sendiri selama satu jam, maka kita dapat mengatakan bahwa kucing akan hidup setelah waktu ini, selama peluruhan atom tidak terjadi. Peluruhan atom yang pertama akan meracuni kucing. Fungsi psi dari sistem secara keseluruhan akan mengekspresikan ini, mencampur atau mengolesi kucing hidup dan mati (maaf untuk ungkapannya) di bagian yang sama. Khas dalam kasus seperti itu adalah bahwa ketidakpastian yang awalnya terbatas pada dunia atom diubah menjadi ketidakpastian makroskopik, yang dapat dihilangkan dengan pengamatan langsung. Hal ini mencegah kita untuk secara naif menerima "model kabur" sebagai cerminan realitas. Ini sendiri tidak berarti sesuatu yang tidak jelas atau kontradiktif. Ada perbedaan antara foto buram atau tidak fokus dan foto awan atau kabut.
Dengan kata lain:
- Ada sebuah kotak dan seekor kucing. Kotak berisi mekanisme yang berisi inti atom radioaktif dan wadah berisi gas beracun. Parameter percobaan dipilih sehingga probabilitas peluruhan nuklir dalam 1 jam adalah 50%. Jika nukleus hancur, wadah berisi gas terbuka dan kucing mati. Jika inti tidak membusuk, kucing tetap hidup dan sehat.
- Kami menutup kucing di dalam kotak, menunggu satu jam dan bertanya pada diri sendiri: apakah kucing itu hidup atau mati?
- Mekanika kuantum, seolah-olah, memberi tahu kita bahwa inti atom (dan karenanya kucing) berada dalam semua kemungkinan status secara bersamaan (lihat superposisi kuantum). Sebelum kita membuka box, sistem “cat-core” dalam keadaan “inti telah membusuk, kucing telah mati” dengan probabilitas 50% dan dalam status “inti tidak membusuk, kucing masih hidup” dengan probabilitas 50%. Ternyata kucing yang duduk di dalam kotak itu hidup dan mati pada saat bersamaan.
- Menurut interpretasi Kopenhagen modern, kucing itu hidup / mati tanpa perantara. Dan pilihan keadaan peluruhan inti terjadi bukan pada saat kotak dibuka, tetapi juga saat inti memasuki detektor. Karena reduksi fungsi gelombang dari sistem "cat-detektor-core" tidak terkait dengan manusia-pengamat boks, tetapi dikaitkan dengan detektor-pengamat inti.
Video promosi:
Menurut mekanika kuantum, jika tidak ada pengamatan yang dilakukan terhadap inti atom, maka keadaannya dijelaskan dengan pencampuran dua keadaan - inti yang hancur dan inti yang tidak terselesaikan, oleh karena itu, kucing yang duduk di dalam kotak dan mempersonifikasikan inti atom adalah hidup dan mati pada saat yang bersamaan. Jika kotak dibuka, maka pelaku eksperimen hanya dapat melihat satu keadaan tertentu - "nukleus telah membusuk, kucing sudah mati" atau "nukleus belum membusuk, kucing masih hidup."
Inti dari bahasa manusia: Eksperimen Schrödinger menunjukkan bahwa, dari sudut pandang mekanika kuantum, kucing itu hidup dan mati, yang tidak mungkin. Karenanya, mekanika kuantum memiliki kekurangan yang signifikan.
Pertanyaannya adalah: kapan sistem tidak lagi ada sebagai campuran dari dua kondisi dan memilih satu yang spesifik? Tujuan eksperimen ini adalah untuk menunjukkan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap tanpa beberapa aturan yang menunjukkan dalam kondisi apa runtuhnya fungsi gelombang terjadi, dan kucing menjadi mati atau tetap hidup, tetapi tidak lagi menjadi campuran keduanya. Karena jelas bahwa kucing pasti hidup atau mati (tidak ada perantara antara hidup dan mati), maka ini akan sama untuk inti atom. Itu harus hancur atau tidak-hancur (Wikipedia).
Interpretasi lain yang lebih baru dari eksperimen pemikiran Schrödinger adalah cerita oleh Sheldon Cooper, pahlawan dari serial TV Teori Big Bang, yang dia sampaikan kepada tetangga Penny yang kurang berpendidikan. Inti dari cerita Sheldon adalah bahwa konsep kucing Schrödinger dapat diterapkan dalam hubungan antar manusia. Untuk memahami apa yang terjadi antara pria dan wanita, jenis hubungan apa di antara mereka: baik atau buruk, Anda hanya perlu membuka kotaknya. Sebelumnya, hubungan baik dan buruk.
Di bawah ini adalah video dialog Teori Big Bang antara Sheldon dan Singing.
Ilustrasi Schrödinger adalah contoh terbaik untuk mendeskripsikan paradoks utama fisika kuantum: menurut hukumnya, partikel seperti elektron, foton, dan bahkan atom ada di dua keadaan pada waktu yang sama ("hidup" dan "mati", jika Anda ingat kucing yang lama menderita). Keadaan ini disebut superposisi.
Fisikawan Amerika Art Hobson dari Universitas Arkansas (Universitas Negeri Arkansas) menawarkan solusi sendiri untuk paradoks ini.
“Pengukuran dalam fisika kuantum didasarkan pada operasi perangkat makroskopis tertentu, seperti pencacah Geiger, yang menentukan status kuantum sistem mikroskopis - atom, foton, dan elektron. Teori kuantum menyiratkan bahwa jika Anda menghubungkan sistem mikroskopis (partikel) ke perangkat makroskopis tertentu yang membedakan antara dua keadaan sistem yang berbeda, maka perangkat (pencacah Geiger, misalnya) akan masuk ke dalam keadaan belitan kuantum dan juga akan berada dalam dua superposisi secara bersamaan. Namun, tidak mungkin untuk mengamati fenomena ini secara langsung, sehingga tidak dapat diterima,”kata fisikawan tersebut.
Hobson mengatakan bahwa dalam paradoks Schrödinger, kucing memainkan peran sebagai instrumen makroskopik, penghitung Geiger yang terhubung ke inti radioaktif, untuk menentukan keadaan peluruhan atau "non-pembusukan" inti tersebut. Dalam hal ini, kucing hidup akan menjadi indikator "tidak membusuk", dan kucing mati adalah indikator pembusukan. Tetapi menurut teori kuantum, kucing, seperti halnya nukleus, harus berada dalam dua superposisi kehidupan dan kematian.
Sebaliknya, menurut fisikawan, status kuantum kucing harus terjerat dengan status atom, yang berarti bahwa mereka berada dalam "hubungan non-lokal" satu sama lain. Artinya, jika keadaan salah satu objek yang terjerat tiba-tiba berubah menjadi sebaliknya, keadaan pasangannya akan berubah dengan cara yang persis sama, tidak peduli seberapa jauh mereka satu sama lain. Dalam melakukannya, Hobson mengacu pada konfirmasi eksperimental dari teori kuantum ini.
“Hal yang paling menarik dalam teori keterikatan kuantum adalah bahwa perubahan keadaan kedua partikel terjadi secara instan: tidak ada cahaya atau sinyal elektromagnetik yang memiliki waktu untuk mentransfer informasi dari satu sistem ke sistem lainnya. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa ini adalah satu objek, dibagi menjadi dua bagian oleh ruang, tidak peduli seberapa jauh jarak di antara mereka,”jelas Hobson.
Kucing Schrödinger sudah tidak hidup dan mati pada saat bersamaan. Dia mati jika pembusukan terjadi, dan hidup jika pembusukan tidak pernah terjadi.
Kami menambahkan bahwa opsi serupa untuk memecahkan paradoks ini diajukan oleh tiga kelompok ilmuwan lagi selama tiga puluh tahun terakhir, tetapi mereka tidak dianggap serius dan tetap tidak diperhatikan dalam lingkaran ilmiah yang luas. Hobson mencatat bahwa memecahkan paradoks mekanika kuantum, bahkan yang teoretis, mutlak diperlukan untuk pemahaman yang mendalam.
Anda dapat membaca lebih lanjut tentang karya fisikawan tersebut dalam artikelnya, yang diterbitkan di jurnal Physical Review A.
Schrödinger.
Tapi baru-baru ini, TEORITIK MENJELASKAN BAGAIMANA GRAVITASI MEMBUNUH KUCING SCHRODINGER, tapi ini sudah lebih sulit …
Biasanya, fisikawan menjelaskan fenomena bahwa superposisi mungkin terjadi di dunia partikel, tetapi tidak mungkin terjadi pada kucing atau objek makro lainnya, gangguan dari lingkungan. Ketika sebuah objek kuantum melewati suatu medan atau berinteraksi dengan partikel acak, ia langsung mengasumsikan hanya satu keadaan - seolah-olah ia diukur. Beginilah cara superposisi dihancurkan, seperti yang diyakini para ilmuwan.
Tetapi bahkan jika dalam beberapa cara menjadi mungkin untuk mengisolasi objek makro dalam keadaan superposisi dari interaksi dengan partikel dan bidang lain, maka cepat atau lambat ia akan tetap mengasumsikan satu keadaan. Setidaknya ini benar untuk proses yang terjadi di permukaan bumi.
“Di suatu tempat di ruang antarbintang, mungkin seekor kucing akan memiliki kesempatan untuk mempertahankan koherensi kuantum, tetapi di Bumi atau di dekat planet mana pun hal ini sangat tidak mungkin. Dan alasannya adalah gravitasi,”jelas penulis utama studi baru tersebut, Igor Pikovski dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Pikovsky dan rekan-rekannya di Universitas Wina berpendapat bahwa gravitasi memiliki efek destruktif pada superposisi kuantum objek makro, dan oleh karena itu kami tidak mengamati fenomena semacam itu di makrokosmos. Ngomong-ngomong, konsep dasar hipotesis baru ini dirangkum dalam film fitur Interstellar.
Teori relativitas umum Einstein menyatakan bahwa benda yang sangat masif akan membengkokkan ruangwaktu di dekatnya. Mempertimbangkan situasi pada tingkat yang lebih halus, kita dapat mengatakan bahwa untuk molekul yang ditempatkan di dekat permukaan bumi, waktu akan berjalan lebih lambat daripada waktu yang ada di orbit planet kita.
Karena pengaruh gravitasi pada ruang-waktu, molekul yang berada di bawah pengaruh ini akan mengalami defleksi pada posisinya. Dan ini, pada gilirannya, akan memengaruhi energi internalnya - getaran partikel dalam molekul, yang berubah seiring waktu. Jika sebuah molekul dimasukkan ke dalam keadaan superposisi kuantum di dua lokasi, maka hubungan antara posisi dan energi internal akan segera memaksa molekul untuk "memilih" hanya satu dari dua posisi di ruang angkasa.
“Dalam kebanyakan kasus, fenomena dekoherensi dikaitkan dengan pengaruh eksternal, tetapi dalam kasus ini, getaran internal partikel berinteraksi dengan pergerakan molekul itu sendiri,” jelas Pikovsky.
Efek ini belum teramati, karena sumber dekoherensi lain, seperti medan magnet, radiasi panas, dan getaran, biasanya jauh lebih kuat, dan menyebabkan kehancuran sistem kuantum jauh sebelum gravitasi. Tetapi peneliti mencoba untuk menguji hipotesis yang dinyatakan.
Markus Arndt, fisikawan eksperimental di Universitas Wina, sedang melakukan eksperimen untuk mengamati superposisi kuantum pada objek makroskopik. Ini mengirimkan molekul kecil ke dalam interferometer, yang secara efektif memberi partikel sebuah "pilihan" jalur mana yang harus diambil. Dari sudut pandang mekanika klasik, sebuah molekul hanya dapat berjalan satu arah, tetapi molekul kuantum dapat bergerak dua arah sekaligus, mengganggu dirinya sendiri dan menciptakan pola bergelombang yang khas.
Pengaturan serupa juga dapat digunakan untuk menguji kemampuan gravitasi untuk menghancurkan sistem kuantum. Untuk melakukan ini, perlu membandingkan interferometer vertikal dan horizontal: yang pertama, superposisi akan segera menghilang karena dilatasi waktu pada "ketinggian" jalur yang berbeda, sedangkan pada yang kedua, superposisi kuantum dapat bertahan.
