Hogyan óldható fel a Schrödinger macskája paradoxon?

A Schrödinger macskája nem paradoxon, hanem egy gondolatkísérlet, így nincs mit feloldani rajta.

Elsőre valóban meglepő az eredménye, de eddig minden tapasztalatunk a kvantummechanikában azt mutatja, hogy valóban így látszik működni a világunk.

A válasz attól függ, hogy mit értesz alatta. Jó, azt mondod, hogy Schrödinger macskája paradoxon, de kvantummechanikailag ez milyen összefüggést akar jelenteni?

Ha arra gondolsz, amire Schrödinger eredetileg megfogalmazta, az bizonyos értelemben nem létező probléma, ami csak a szigorúan vett, klasszikus fizikai felfogású koppenhágai értelmezésből adódott, és abban a pillanatban megszűnik, hogy elhagyjuk a részecskefizika előtti megrögzült szokásokat. Nevezetesen, a koppenhágai értelmezés megadja, hogy mi történik, amikor a megfigyelő egy mérést végez, de mind a mérést, mind a szuperpozíciót a klasszikus fizika szerint értelmezi. Amivel egyrészt azt sugallja, hogy a "megfigyelő" (mérőműszer) valamilyen szinten független a kísérlettől, valamint hogy a részecske szuperpozíció állapota is értelmezhető a klasszikusfizika szerint. Azaz a részecske valamilyen állapotban kell, hogy létezzen a mérés előtt is, mivel pedig egyszerre több lehetséges állapotban létezhet, ezért mindegyikben léteznie kell. Ha jobban megnézed, az egész probléma a fenti gondolatmenetben abból adódik, hogy a klasszikus szemléletet (minden tárgynak mindenhol, mindenkor, méréstől függetlenül rendelkeznie kell ugyanazokkal a fix tulajdonságokkal, amelyeket majd megmérünk) próbáljuk ráerőltetni a részecskefizikai törvényekre, azt állítani, hogy azoknak a nanoszkopikus szinten is igaznak kellene lennie.

Kicsit ahhoz tudnám hasonlítani, mint amikor felfedeztük, hogy az atomok taszítják egymást, tehát az, amit mi "érintésnek" nevezünk, az egymást lokálisan kioltó pozitív és negatív töltések és az elektromágnesesség emiatti gyengüléséből adódó illúzió, ami nanoszinten továbbra is teljesül. De mi ennek ellenére továbbra is azt keresnénk, hogy az atomok hogyan "nyomják" közvetlen érintkezéssel egymást, ahelyett, hogy elfogadnánk, hogy az elektromágnesesség a valódi törvény, és ez az, ami a mi hétköznapi tapasztalataink mögötti valódi irányító erő is.

Hasonlóan nincs értelme azon töprengeni, hogy hogyan alkalmazhatnánk a klasszikus fizikai törvényeket a kvantumvilágra, mert az utóbbi az elsődleges, ez adja azutóbbinak majd a megjelenési formáit.

Magyarul: ha elveted azt az ötletet, hogy mindennek egy meghatározott állapotban kell léteznie minden szinten, akkor megszűnik a probléma. Az egyetlen dolgot, hogy leírd, hogy a nanoszint hogyan ad megjelenést a nagyobb szinten bekövetkező jelenségeknek, és ez megvalósult.

A másik klasszikus probléma, hogyha vannak szabályaid egy részecske leírására, de nincsenek sok részecske együttes leírására. Ez ugyancsak olyasmi, amit azóta már régen megoldottak. Megvilágítva: a problémánk az lehet, hogy azt észleljük, hogy egy részecske máshogy viselkedik, mint sok részecske együtt (amit nevezhetünk mondjuk egy macskának). De ha egyszerűen feltételezzük, hogy sok részecske ugyanúgy viselkedik, mint egyetlen részecske - akkor nem létezik a probléma, nem igaz?

Hogy melyik a legjobb módszer a nanoszkopikus szinttől a magasabb szintekig vezető összefüggések leírására, arról lehet elviekben vitatkozni.

Ha van kedved végigolvasni:

[link]

[link]

Ez a (nő/férfi) például arról beszél, hogy az ő módosított leírása jobb, mint az elterjedt módszer, mert kikerüli azt a kvantum dekoherenciát leíró lépést, ami lehetőséget ad egy ideiglenes "macskás" állapotra a gondolatmenetben. Alatta több kommentelő rámutat, hogy a részecskefizikusok ezt rég tudják, és az ő módszere által kínál előny megkérdőjelezhető (a beszélgetés arról szól, hogy a (2. linken található) cikket az arXive és a tudmányos folyóiratok elutasították, mert nem találták elég újnak/jelentősnek/komolynak. A teljes komment szekcióban több link/ajánlás van más kutatók publikációihoz hasonló módszerekről, ha erősen érdekel atéma, érdekes lehet utánuk járni.

Nem "óldható", hanem oldható (lenne).

A lényeg az, hogy a mikrorészecskék világát csak valószínűségi alapon tudjuk megismerni, ami azt jelenti konkrétumokat kijelenteni erről nem lehet: ezért ebbe belefér, hogy a macska él is, meg nem is.

Már Heisenberg óta tudjuk, hogy számunkra a világ teljes megismerése tiltott, és Schrödinger csak kiscserkész volt Heisenberghez képest amúgy.

Én azt gondolom, hogy a macska-paradoxon alapvetően a klasszikus fizika és a kvantummechanika különbözőségéről szól, NEM a kvantummechanika belső ellentmondásáról. Schrödinger nem azt akarta mondani, hogy "ez az értelmezés nem lehetséges, mert ilyen meg ilyen ellentmondásokba ütközne"; csak azt akarta mondani, hogy "így működik a dolog, de ez annyira fura/különböző attól, amilyen fizikai/fiolzófiai felfogás szerint eddig dolgoztunk, hogy nehéz elhinni, hogy valóban ez az igazság". Schrödinger idejében még az volt a várakozás, hogy előbb-utóbb majd jön egy kísérlet, ami majd leváltja ezt a módszert és bebizonyítja, hogy a klasszikus fizika továbbra is minden szinten érvényes.

Ehelyett minden kísérlet csak újabb példákkal szolgált a kvantum szuperpozícióra és megerősítette a hullámfüggvény értelmezést.

Tehát első szinten a paradoxon nem létezik/azonnal megoldódik, amint egyáltalán elfogadjuk, hogy lehetséges.

A második lehetéges értelmezés az, hogy a hullámfüggvény-összeomlás -időpontjára- vonatkozik a probléma.

(Azaz: mihez köthető a pillanat, amikor eldől, hogy a macska él e vagy halott: a doboz kinyitásához, a macska vagy a kísérletet véző személy érzékeléséhez, stb.? ha közbeiktatunk extra lépéseket (mondjuk, egy asszisztens jelenti a "megfigyelő" tudósnak az eredményt, akkor eltolódik-e ez az időpont?)

(Lényegében ha bárki laikus meg akarja érteni a kvantummechanika értelmét, akkor a legjobb, ha hullámfüggvény-összeomlással és a koherenciavesztéssel kezdi, lévén ez az a pont, ahol a klasszikus és a részecskefizika találkozik, és a fedésben levő/valószínűségen alapuló értékek átváltódnak a klasszikus fizikában érvényes fix értékekre.)

Például:

-koppenhágai értelmezés: az összeomlás matematikai illúzió, aminek nincsen valós megfelelője

- objektív összeomlás (Ghirardi–Rimini–Weber vagy Penrose): az összeomlás valamilyen fizikai eseményhez köthető, Penrose-nál például ahhoz, amikor a téridő-elhajlás (ahogyan azt a relativitásból ismerjük) elér egy bizonyos értékez

- von Neumann értelmezés: az emberi tudat okozza az összeomlást

- sok világ értelmezés (Everett): sok makroszintű világ létezik, amik mind a Schrödinger-egyenlet szabályait követik, de ezek közül egyszerre csak egyet vagyunk képesek megfigyelni

(lásd még: "interpretations of quantum mechanics"+Google)

A fenti értelmezéseknél arra fontos emlékezni, hogy mindegyik vagy elfogad, vagy nem, bizonyos alaptételeket a matematikai leírásokban (ez alapján sorolhatóak gondolati iskolákba) és bizonyos jóslatokat tesz ennek következtében, amikkel -ellenőrizhető-.

Például Bell kísérletei kizárják a legtöbb "rejtett lokális változókat" tartalmazó értelmezést, ami azt sugallná, hogy mérési pontatlanságokkal lenne magyarázható a részecskék valószínűségi hullámfüggvény természete (és a klasszikus fizika maradna mindenhol érvényben, lásd fenn).

Igazából elég pongyola úgy beszélni a témáról, hogy nem adnánk meg a hozzá tartozó matematikai összefüggéseket.

Erősen javallott ezeket szintén elolvasni (ugyanazt adják, amit mi szóban elmondhatunk, de tisztábban - már annak, aki tudja értelmezni, hogy az adott mat. müvelet mit jelképez).

pl:

[link]

De ha csak a [link]

[link]

-ról követed a linkeket, akkor is megtalálod az alapvető matematikai állításokat.

Elég szomorú, hogy a köztudatban azok élnek a legtovább, amik a leghamisabbak, mert azok olyan "izgalmasak".

A Von Neumann–Wigner értelmezést a kitalálása óta a legtöbben elutasítják, mert ugyanúgy a macska-problémára megy vissza: azt feltételezi, hogy a kvantumjelenségeknek jelentősen meg kellene jelenniük a makroszkopikus szinten is (csak ahelyett, hogy azt feltételeznénk, hogy a macska viselkedik úgy, mint egy részecske, azt feltételezzük, hogy az agy vagy valamelyik funkciója viselkedik úgy, mint egy részecske). Elméletileg ugyan nem lehet kizárni, hogy az agynak olyan bonyolult a működése, hogy a nano szint alatt is még folyik, de miért pont az agy lenne minden más dolog között ilyen különleges?

Egyelőre az elektromos jelenségekre az agyban rengeteg bizonyíték van, a kvantumjelenségek jelentőségére semmi.

Ez a megközelítés csak úgy lenne bizonyítható, ha valóban be lehetne bizonyítani, hogy nem csak hipotézis, hogy ilyen agyi funkció van.

A sok világ értelmezésről meg ne is beszéljünk, azt meg annyiféleképpen elferdítették a "tömegeknek" író médiák, hogy alig lehet rájönni, hogy nem a párhuzamos univerzumokról beszél, hanem makrovilágokról, amik egy egyenlet lehetséges megoldásaival jellemezhetőek.

Egyébként sem szeretik a tudósok, mert megsérti az "Occam borotvája" elveit, azaz hogy "elképzelt", bizonyíthatalan entitások hozzáadásával nem szabad egy elméletet bonyolítani.

csak még egyszer, hogy világossá tegyük, hogy hol is van a kritikus eltérés a klasszikus és a kvantummechanikus felfogás között:

klasszikus fizika/flozófia:

- egy dolognak fix tulajdonságai vannak, amik nem létezhetnek egy időben egy kizáró tulajdonsággal (pl. nem lehet valami egy időben több helyen). Ezek a tulajdonságok akkor is léteznek, tőlünk függetlenül, ha nem ismerjük őket. Máshonna megfigyelve a tulajdonságok azonosak, de legalábbis azonossá tehetők egy megfelelő (megfigyelők közti különbségeket figyelembe vevő) átváltókulcs segítségével.

Következésképpen egy tulajdonság pontos értéke egy adott időben megállapítható, olyan módszerekkel, mint egyidőben több megfigyelő/mérést végző műszer/személy, a rendszert megzavaró interferenciák minimumra csökkentése, és a megfigyelési különbségek (eltelt idő, helyzet, zavaró tényezők stb.) miatti eltérések ismerete és figyelembevétele.

kvantummechanika:

- egy dolog tulajdonságai több egyidejű különböző sajátvektorral és sajátértékkel írhatóak le, amik egy közös szuperpozícióban léteznek. A szuperpozíció valószínűségi leírása megengedi, hogy egyes tulajdonságoknak soha ne legyen fix értéke és hogy egyidejűleg több értéken létezzen, és bizonyítható (a valószínűségek eloszlásainka arányaiból), hogy ez a leírás nem a lehetséges mérés pontossági korlátaiból adódik, hanem a rendszer természetes állapota.

Bármilyen mérés ezenfelül elválaszthatatlan a rendszertől, és nem teljesülhet semmilyen módon a rendszer megváltoztatása nélkül, tehát az objektív állandó tulajdonság mint olyan kvázi nem létezik.

-> nagyon remélem, hogy egy hozzáértőbb részecskefizikus ezeket törvényekkel / matematikai képletekkel is le tudja írni, én ehhez (egyelőre még) kevés vagyok. Elismerem, hogy elég pongyola a magyarázat akonkrétumok nélkül.

lol "eloszlatok egy tévhitet", mecsoda önbizalom X3

Drága kérd., ami a macska-szorit működteti, az a hullámfüggvényösszeomlás ténye, a koppenhágai értelmezés gyengesége; de ilyen a valóságban, hogy hullámfüggvényösszeomlás, valójában nem is létezik, soha nem figyeltek meg ilyet.

Gyakorlatilag az összes kvantummechanika-értelmezés azt csinálja, hogy az összeomlás időpontját és okát tologatja. De ahogy a gondolatkísérlet rámutat, ez nem megoldás, mert olyan helyzetekhez vezet, mint amit itt látunk.

Hogy hogyan lehetne a hullámfüggvény-összeomlást valami megfelelőbb modellel behelyettesíteni, pont erről szól a modern kv.m.-i kutatás.

És persze a részecskék maguk valóban a "macska" módjára működnek, ebben nincs vita.

Valami konkrétabb kérdés? Így nehéz válaszolni, sztem már leírtunk mident amit bírtunk.

> Eloszlatok egy tévhitet. Ugyanis Srődinger macskája egy paradoxon !

Jó, itt kérdés az is, hogy mit értünk paradoxonon. Annyiból lehet paradoxon, hogy a paradoxonnak van olyan értelmezése, hogy a józan észnek ellentmondó megállapítás. Persze kérdés, hogy mit lehet józan észnek hívni. A Schrödinger – és nem Srődinger – macskája elnevezésű gondolatkísérletben nincs valódi logikai ellentmondás, ilyen szempontból nem paradoxon.

A kvantumfizika – akárcsak a relativitáselmélet – által leírt világ valóban nagyon eltér a mi hétköznapokban megtapasztalt, – „közepes” méretű, kis sebességű – világunkban megszokott törvényszerűségektől. Viszont az elmúlt kb. száz évben egész jól feltérképeztük a kvantumfizika és a relativitáselmélet világát, mondom ezt mindannak ellenére, hogy vannak még csúnya fehér foltok, és nagy valószínűséggel egy új elmélet legalább az egyik elméletünket le fogja cserélni. De sikerült annyira körbejárni a témát, hogy aki tanulta valamelyik elméletet, az képes megérteni, alkalmazni, illetve valamennyire képes belátni, hogy miért különböznek az ezekből levonható következtetések, összefüggések attól, amit a hétköznapokban látunk magunk körül.

Itt azért a Schrödinger macskája kevésbé paradoxon, mint mondjuk az Olbers-paradoxon, ahol egy adott modellből egy olyan következtetés jön ki, ami a modell megtartása mellett feloldhatatlan ellentmondásba kerül a tapasztalattal. Ott az egyetlen megoldás tényleg az volt, hogy a modellt le kellett cserélni. Itt a modell csak nagyon meglepő, de a valósággal azért összeegyeztethető következtetéssel jár.

Tehát a mai ismereteink alapján már annyira nem is mond ellent a józan észnek, ha valaki kellően érti a témát. Persze van, aki aludt fizikaórán, neki az is paradoxon, hogy hogy lebeghet a vízen egy a víznél jóval „nehezebb” – értsd: sűrűbb – anyagból, mondjuk egy acélból készült hajó. De lássuk be, azért a paradoxon mégsem arról szól, hogy valaki nem rendelkezik kellő ismerettel valamiről ahhoz, ezért meglepődik egy következtetésen.

Nagy tudású válaszolónk, Vree már leírt egy raklap dolgot a témáról, hogy mitől nem tudja a mi „józan eszünk” elfogadni a kvantumfizika világát, hogy milyen értelmezési lehetőségek vannak. Én megpróbálok valamiféle kevésbé tudományos igényességű, sőt kevésbé pontos, de talán érthetőbb analógiát hozni. A kvantumfizika olyan, mintha fekete dobozokat vizsgálnánk. Egy dobozt nézve látjuk mi megy be és mi jön ki. Ebből próbálunk következtetni arra, hogy mi megy végbe a dobozban. Viszont a kimenet olyan, ami nagyon nem szokványos, valami nagyon szokatlan változás történik a dobozban, és nem igazán értjük teljesen, hogy mi zajlik le pontosan a dobozban.

Tehát nagyon jól ismerjük ennek a kvantumfizika nevű doboznak a kimenetelét. Meg tudjuk mondani, hogy egy adott bemenet milyen kimenettel fog járni. De azt nem tudjuk, hogy mi történik belül, márpedig a kimenete a dobozunknak nagyon furcsa.

Valahogy ilyen ez a bizonyos hullámfüggvény-összeomlás. Ez az a tulajdonképpeni változás abban a fekete dobozban. Csak az a gond, hogy mi csak annyit látunk, hogy a dobozba a bemenet még egy hullámfüggvény, a kimenet meg már egy összeomlott állapot, ahol a sok valószínűség közül már csak egyetlen 100%-ban tényleges állapot van, a többi lehetőség 0%-ra esett. Hogy mikor történik ez az összeomlás, azt nem tudjuk. Igen, a koppenhágai interpretáció szerint ez az összeomlás csak egy matematikai kreálmány, bár ezt nehéz megemészteni, az ember várná, hogy valahol egy adott időpillanathoz, illetve helyhez köthető a hullámfüggvény összeomlása. Az a gond, hogy mikor belenézünk abba a fekete dobozba, akkor vagy egy még össze nem omlott hullámfüggvényt látunk – illetve arra következtetünk –, vagy egy már összeomlott hullámfüggvényt. Ergo amit a fekete dobozban valójában találunk, az néhány logikus dolog, meg egy másik fekete doboz.

Schrödinger gondolatkísérlete egy kicsit fordított. A fenti hasonlatban ez olyan, mintha nem felnyitni akarnánk a fekete dobozt, hanem egy nagyobb fekete dobozba csomagolni. Vajon akkor a hullámfüggvény összeomlásának időben meg nem fogható volta átterjed-e az egész nagy dobozra? Vajon a macska is egy még össze nem omlott hullámfüggvénnyé válik csak a dobozban egészen addig, amíg a doboz kimenetét nem látjuk? Természetesen a kérdés nehezen dönthető el, hiszen az a doboz kinyitását jelentené, így az már nem lenne fekete doboz. Legalábbis nem találtunk még jó módot ennek az eldöntésére. De a gondolatkísérlet jól rávilágít arra, hogy azért a koppenhágai értelmezés sem eléggé megnyugtató.

Szerintem a Schrödinger macskájának lehetséges egy másik értelmezése is. Lehet, hogy Schrödinger nem erre találta ki, de mégis jól demonstrálja:

Még pedig azt, hogy a kvantummechanikai bizonytalanság nagyon is hatással tud lenni a makroszkopikus világra. A kísérletben egyetlen atommag elbomlása dönti el, hogy egy élőlény tovább él-e vagy nem. Ezt pedig teljes mértékben a véletlen határozza meg. A valódi véletlen. Nem az ismerethiány miatti látszatvéletlen.

Tehát nem mondhatjuk ki, hogy a makroszkopikus jelenségek kauzálisak. Egyetlen mikroszkopikus esemény óriási horderejű makroszkopikus folyamatokat képes meghatározni, vagy akár a történelem menetét is befolyásolni. Még csak doboz meg méregkapszula sem kell hozzá.

Extrém esetben egyetlen radioaktív atom elbomlása vagy el nem bomlása dönthet akár egy rákos daganat kialakulásáról vagy ki nem alakulásáról. A többihez nem kell túl nagy fantázia.