Miért jött létre anno a "Schrödinger macskája" elméleti kísérlet, amikor a kvantumfizika törvényei nem vezethetőek át a makrovilágba?

De, egy kvantumrészecske lehet egyszerre két állapot szuperpozíciójában. Ez a kvantummechanika egyik alapvető sajátossága, amely megkülönbözteti a klasszikus mechanikától.

A Schrödinger macskája című gondolatkísérletet Schrödinger annak demonstrálására találta ki, hogy kézzelfoghatóvá tegye a kvantumos rendszerek hétköznapi szemléletünknek ellentmondó viselkedését, és egyben ráébresszen minket arra, hogy a két leírási mód egymásnak ellentmondani látszik. Mindez még abból a korból való volt, amikor a kvantummechanika még új elméletnek számított, és nem volt tudomásunk arról, hogy a mikroszkopikus világ és a makroszkopikus világ jelenségeinek leírására használat fogalmak hogyan feleltethetők meg egymásnak, illetve mi közöttük az átmenet.

Ma már tudjuk, hogy elvileg nincs akadálya annak, hogy részecskék tetszőlegesen nagy számú csoportja is kvantumos viselkedést mutasson. Például 60 szénatomos fullerénmolekulákkal is elvégezték már a kétrés-kísérletet, pedig ezek már elég nagy struktúrák ahhoz, hogy általában klasszikus leírást kelljen használnunk hozzájuk (tehát jól definiált helyük illetve röppályájuk van jól mérhető sebességgel, stb.). A mikroszkopikus és makroszkopikus rendszerek közti átmenetet a dekoherencia jelensége teremti meg, amelyet Schrödinger idejében még nem ismertek. Ennek lényege, hogy egy a világ többi részétől kezdetben elzártnak tekinthető kvantumrendszer állapota bármilyen fizikai kölcsönhatás révén is kerül kapcsolatba a környezetével, ezen a környezeten "lenyomatot" hagy, hatással van rá, azaz a környezet állapotváltozása révén információ kerül ki magáról a rendszerről vagyis annak állapotáról, és létrejön a rendszer és környezétének egységéből álló, ún. összefonódott állapot. Ez tehát többé már nem az eredeti önálló kvantumrendszer, hanem egy sokkal tágabb valami, amelyben - amennyiben a kölcsönhatás pl. egy méréri folyamat részeként megy végbe - egy laboratóriumi mérőműszer is szerepel. Ilyen nagy léptékben azonban már nem azok az állapotok lesznek stabilak, amelyek az eredeti kvantumos rendszert jellemezték, hanem azok, amelyeket mi klasszikus fizikai értelemben egyértelműnek érzékelünk: tehát pl. hogy valami egy adott helyen van és nem egyszerre két hely szuperpozíciójában, vagy egy adott spinállapottal jelemezhető, nem pedig annak egy másikkal alkotott szuperpozíciójában, stb. Ez tehát egy olyan folyamat, amelynek során egy kvantumrendszerben eredetileg meglévő koherens szuperpozicióra való képesség elvész, és mérési eredményként mi, akik magunk is az előbb említett tágabb rendszer részei vagyunk, csak azon állapotok egyikében észleljük a kvantumrendszert, amelyek szuperpozíciója annak kezdeti állapotát jellemezte.

Tehát összefoglalásképpen az mondható, hogy a kvantumfizika makroszkopikus szinten is igaz, de ezen a szinten a rendszerek koherens szuperpozícióra való képessége elvész, és csak nagyon korlátozott körülmények közt lehet mégis ideig-óráig fenntartani. Amennyiben azonban pl. egy szobát a benne található macskás dobozzal valóban minden szempontból el tudnánk szigetelni a külvilágtól, akkor ha ezt a dobozt egy klasszikus fizikával leírható megfigyelő kinyitja, akkor sosem fog szuperpontált macskát látni. Viszont mindenki más számára, aki az elszigetelt szobán kívül van, a kvantummechanika szerint a macska és a megfigyelő tudatállapota a macskáról is szuperponált állapotban marad, tehát (normálási tényezőtől eltekintve) a következő szerkezetű állapotvektorral írható le (elnézést azoktól, akik ezt a jelölésrendszert nem ismerik):

|macska él>|élő macskát lát a megfigyelő> + |macska halott>|halott macskát lát a megfigyelő>

Adott egy álláspont, amiből kiindulunk, hogy egy részecske kevert állapotban van, amíg meg nem mérjük az állapotát. Erre vannak kísérleti bizonyítékaink is, mondjuk a kétrés kísérletbe ha megnézzük, hogy melyik résen halad át az elektron, akkor azt találjuk, hogy az esetek x részében az egyiken, viszont ilyenkor nem is alakul ki interferencia kép. Ha viszont nem figyeljük, hogy melyik résen halad át, azaz nem mérjük meg a pozícióját, akkor olyan, mintha egyszerre haladna át a két résen, és önmagával interferálna. Ennek, meg más jelenségeknek egy interpretációja, hogy a részecske egészen addig kevert állapotban van, amíg az adott tulajdonságát meg nem mérjük, maga a mérés ugrasztja össze az állapotfüggvényét.

Schrödinger ennek az interpretációnak a képtelen voltára akart rávilágítani a gondolatkísérletével. Hiszen ha a részecske kevert állapotban van, akkor az állapotának mindenféle következménye is kevert állapotban kell, hogy legyen, annak a macskának – amíg meg nem mérjük azt, hogy az atom elbomlott-e – bizony egyszerre kell élnie és halottnak lennie, hiszen az állapota következménye az atom elbomlásának, illetve el nem bomlásának.

Meg aztán lehet tovább ragozni a kérdést, hogy mi számít egyáltalán mérésnek. Vannak kísérletek, melyek szerint ha valamit megmérünk, de a mérés eredményét aztán visszaállíthatatlan módon eldobjuk, akkor is kevert állapotú marad a részecske. Pl. a kétrés kísérletnél ha megmérjük, melyik résen haladt át az elektron, majd a mérési eredményt eldobjuk, akkor is interferencia kép rajzolódik ki. A macskás kísérlettel való párhuzam az, hogy van egy tudós, aki kinyitja a dobozt, látja, hogy a macska halott, majd öngyilkos lesz. Eldobtuk a mérés eredményét. És itt lehet, hogy ha jön egy másik tudós, kinyitja a dobozt, és abban egy élő macskát talál… Mindez a makrovilágban történik és egy olyan világképet tár elénk, amit a makrovilágról nem tudunk elképzelni. De ez nem jelenti azt, hogy nem így működik a dolog.

> De mivel a macska nem egy kvantumrészecske, ezért nem lehet egyszerre élő és halott állapotban.

Egyébként miért ne? Nem tudhatjuk, hogy nem lehet kevert állapotban van-e. Akkor tudnánk, ha megmérnénk, viszont pont a mérés fogja őt a kevert állapotból egy konkrét állapotba helyezni, így amit megmérünk, az egy konkrét állapot lesz. Ezen a ponton az igazság tulajdonképpen nem megismerhető, csak modelleket tudunk csinálni, amik vagy működnek, vagy nem. Ha működnek, akkor mindegy, hogy a modell és az igazság között van-e eltérés, ha az, amit a modellből ki akarunk számolni, az megegyezik azzal, ami valóban történik. Igen ám, csak ehhez meg kell fogalmazni a modellt. Itt van a gond, ugyanis a modellünk tartalmaz egy fogalmat, a mérést, ami nincs jól definiálva.