Schrödingers kattunger

 

Duhusker sikkert at en av kvantefysikkens store helter, ErwinSchrödinger, har en katt. Det stakkars dyret befinner seg i et låstbur sammen med en beholder blåsyre og en atomkjerne. Kjernen har enviss sannsynlighet for å emittere en kjernepartikkel. Hvis det skjeren sånn emisjon, slipper blåsyren ut, og katten omkommer undertragiske omstendigheter. Hvis emisjonen ikke skjer, forblir katten såfrisk som en fisk. Les mer om den stakkars katten her:https://no.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_katt

Om kjernenemitterer en partikkel eller ikke i det tidsintervallet den har tilrådighet styres av rein slump – det kan ikke forutsies. Det eraltså umulig å vite hva kjernen har foretatt seg før vi observererden. Kvantefysikeren vil si at den befinner seg i en superposisjon avmulige tilstander, men idet vi observerer den, kollapser den til énav disse tilstandene. Dermed befinner katten seg også i ensuperposisjon – den er død og levende på samme tid. Først nårvi observerer atomkjernen og katten, kollapser sistnevnte til entilstand av død eller levende.

Schrödingerer ellers mest kjent for at han formulerte Schrödingerlikninga sombeskriver partiklenes bølgefunksjon, og dermed sannsynligheten forat en partikkel befinner seg på et bestemt sted når vi observererden. Bruksanvisningen til denne berømte likninga finner du foreksempel her: https://www.sciencing.com/schrodingers-equation-explained-how-to-use-it-13722578/

Tankeeksperimentetmed katten formulerte han for å demonstrere hvordan i hvert fall éntolkning av kvantemekanikken strider mot sunn fornuft. Her var han pålinje med Einstein, som mislikte at naturen måtte beskrives medsannsynlighetsfunksjoner: «Gott würfelt nicht!» påsto han jo, ien berømt polemikk med Niels Bohr, hvortil den sindige danskensvarte at han (Einstein) ikke burde prøve å lage regler for hva Gudkunne foreta seg. Einstein var i det hele tatt skeptisk til mangerare ting i kvantefysikken, særlig sånt som han ikke hadde tenkt utsjøl.

Sunn fornufttilsier jo at katten er levende eller død helt uavhengig av om viobserverer den eller ikke. Den fornuftige tolkningen avsuperposisjonens kollaps er altså den som Einstein tviholdt på,nemlig at observasjonen bare avdekker en skjult tilstand som har værtder hele tida. Min elektromagnetiske foreleser i fysikkbygget påNTH-skolen, Hemmer, helte nok til denne tolkningen, husker jeg: Denandre tolkningen ble for mystisk i møtet med den prosaiskevirkeligheten. Etterhvert har det likevel vist seg, bådeeksperimentelt og teoretisk, at den sunne fornuft kollapser i møtetmed kvantefysikken. Dermed er katten både både død og levende helttil vi observerer den.

En tankevekkendevariasjon på dette temaet er følgende: Tenk deg at atomkjernen ikkeer knyttet til en beholder med blåsyre, men til en helvetesmaskinsom vil utslette alt liv på Jorda hvis den blir startet opp. Inntilvi åpner boksen og observerer, befinner altså livet her ijammerdalen seg i en superposisjon av levende og utslettet. Tar dusjansen på å observere?

Huffnei, la oss holde oss til katter. Det viser seg at Schrödingers katthar to kattunger som, i et nytt tankeeksperiment, hjelper oss åanalysere et beslektet kvantemekanisk fenomen, nemlig sammenfiltring(«entanglement», hvis du er henfallen til engelsk – se foreksempel her: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement). Hvis to partikler er knyttet sammen ved sitt felles opphav er desammenfiltret; det vil si at observasjon av egenskaper ved énpartikkel avdekker tilsvarende egenskaper hos den andre. Ta foreksempel et elektron og et positron som blir født i en«par-kreasjon» når et særlig energisk foton blir mishandlet ogutslettet. Eller ta en atomkjerne som deler seg i to likeatomkjerner. Avhengig av prosessen som skapte partiklene har deenten samme spinn eller motsatt spinn. Hver av de to nye partiklenehar en superposisjon av mulige spinntall. Når du observerer den enepartikkelen, kollapser superposisjonen, og partikkelen får etbestemt spinn. Da kjenner du også spinnet til den andre partikkelen,helt uten å observere! De to er nemlig sammenfiltret og fortsetter åvære det, uansett hvor langt de reiser ut i verden og bort frahverandre.

Nå kommer vi tilkattungene. Kari får den ene kattungen, Ola får den andre. Desetter kattungene i hvert sitt bur med blåsyrebeholder og tilhørendeatomkjerne, som kan finne på å slippe fra seg en kjernepartikkeleller la det være, helt basert på slump. Disse to atomkjernene ersammenfiltret, og det fortsetter de å være.

Ola og Kari tarhver sin kattunge i hvert sitt bur og reiser til hver sin ende avgalaksen. Der ute tar Ola sjansen på å observere katten. Det viserseg at den er sprell levende! Han trekker et lettelsens sukk og veitat da er kattungen til Kari også i live samtidig. (La oss ikkebekymre oss for begrepet «samtidighet», sjøl om de toobservatørene befinner seg 100.000 lysår fra hvereandre: Viobserverer nemlig observatørene fra et punkt like langt fra begge.De to har synkronisert klokkene sine før de reiste, og de har reistlike langt og like fort, så signalene som når oss fra Ola og Karier fortsatt synkronisert. De har avtalt presist når de skal foretaobservasjonene sine.)

Når vi mottarresultatet av Olas observasjon på avtalt tidspunkt, veit vi strakshvilket resultat vi vil motta fra Kari, to hundre millisekunderseinere: Hvis Olas kattunge lever, så lever også Karis kattunge.Hvis Olas kattunge er død, derimot, må du også felle ei tåre påvegne av Kari og kattungen hennes.

Hva er det som harforegått? Har Olas atomkjerne informert Karis atomkjerne om hva denforetar seg? Det er jo ikke mulig: Einstein har bestemt at ingensignaler kan reise raskere enn lyset, og hittil har alle forsøk påå motbevise Einstein på dette punktet vært fullstendig mislykket.Så hvis de to atomkjernene skulle holde hverandre oppdatert, villedet ta 100.000 år før Karis kattunge fikk vite at Olas kattungefortsatt var i live.

Likevelkan Kari registrere virkningen av at Ola observerer sin kattunge,100.000 år før noe signal fra Ola og katten hans kan nå henne.Dettehenger ikke på greip! Det meinte i hvert fall den evigkvante-skeptiske Einstein: «Spukhafte Fernwirkung», gryntet han.«Spøkelsesaktig fjernvirkning».

Deter riktignok ikke foretatt eksperimenter og observasjoner av dettefenomenet over galaktiske avstander ennå. Av praktiske grunner måvi nøye oss med å utføre eksperimentet i tankene, heller enn ivirkeligheten. Men det er foretatt utallige eksperimenter over meroverkommelige avstander og tidsrom, og resultatet er det samme:Sammenfiltring virker uavhengig av avstand. Her kan du lese om ett avdisse bevisene:https://www.caltech.edu/about/news/proving-that-quantum-entanglement-is-real

Ogsia du spør: Nei, du kan ikke brukedette til å kommunisere raskere enn lyset: Einstein ruler! Du veitjo ikke hva du kommer til å observere før du observerer, og da kanikke Per få gitt noen beskjed til Kari heller. Hun veit ikke en gangat han har observert noe som helst. Hun veit bare det hun sjøl kanobservere, nemlig at kattungen er i live. Da tenker hun sikkert: -Hvis Per observerer noe nå, så ser han at kattungen hans er i live,og da skjønner han at hvis jegobserverer,så ser jeg at - - - osv.

Hvilkennaturstridig naturlov kan vi utlede av dette? Vi kan i hvert fallutlede Bells teorem, som sier – på mange forskjellige måter –at kvantefysikk er uforenlig med en lokal, realistisk beskrivelse avverden der kausalitet gjelder. Les mer om teoremets mange utgaverher: https://plato.stanford.edu/entries/bell-theorem/'

Fysikerne er etterhvert kommet til at både kvantefysikken og dengenerelle relativitetsteorien gir riktige resultater når mananvender dem på den virkelige verden. Samtidig er de uforenlige. Formitt vedkommende klarer jeg såvidt å få huet rundt den spesiellerelativitetsteorien, og jeg har resignert når det gjelder å forståden generelle, men flinkere folk enn jeg har funnet ut at Einsteinsbeskrivelse av kosmos er den beste beskrivelsen vi har: Utenrelativitetsteorien ingen GPS; ingen atombomber. Kvantefysikkenstemmer også overens med virkeligheten, uansett hvor sprø noen avresultatene virker: Uten kvantefysikk ingen tunnel-effekt (at enpartikkel plutselig befinner seg utafor en uoverstigelig barriere),og dermed ingen datamaskiner, mobiler eller andre dippedutter. Ogabsolutt ingen kvantecomputere, som jeg ikke skjønner opp ned på idet hele tatt – bortsett fra at de virker og oppfyller alleforventninger til supersuperdatamaskiner.

I«The Hitch-Hiker's Guide to theGalaxy» (https://en.wikipedia.org/wiki/The_Hitchhiker%27s_Guide_to_the_Galaxy) får vår helt etter mye om og men omsider vite svaret på «detytterste spørsmålet om livet, universet og alt», nemlig 42. Etterytterligere galaktiske eventyr og anstrengelse får han også vitehva det«ytterste spørsmålet» går ut på. Han synker sammen i stilleresignasjon og sukker: «Jeg visstedetvar noe galt med dette universet.»

En liknendekonklusjon kan en fort komme til å trekke etter møtet medSchrödingers katt. Og ikke minst etter møtet med de to kattungene.