Schrödinger'in kedisi

Schrödinger'in kedisi - Deney düzeneği, hem ölü hem diri kedi (solda)

Schrödinger'in kedisi, Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmış, kuantum fiziğiyle ilgili olan, hakkında çok tartışma yapılmış düşünce deneyi. Genellikle kuantum mekaniği ve Kopenhag Yorumuyla ilgili bir paradoks olarak bilinir.

Erwin Schrödinger tarafından 1935'te ortaya atılan bu düşünce deneyi bir kuantum süperpozisyon paradoksudur. Schrödinger, bu deneyle Kopenhag yorumundaki kuantum mekaniğinin problemlerini göstermek istemiştir. Bir kedi ölü ya da diri olabileceği rastgele bir duruma bırakılıyor ve karar vermek için gözlemlemeye ihtiyaç duyuluyor. Bu düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin teorik yorumunu tartışmaya açar.

Schrödinger’in kedisi deneyinde; bir kedi, küçük bir şişe zehir ve radyoaktif bir kaynakla kapalı bir kutuya bırakılır. Radyoaktif kaynağın bir saat içinde ışıma ihtimali ışımama ihtimaline eşittir. Eğer içerideki sensör radyoaktiflik algılarsa küçük şişeyi kıran mekanizma çalışır, zehir kediyi öldürür.  Kopenhag yorumuna göre bir saatin sonunda kedinin canlılık ve ölülük halleri eşdeğerdir. Ancak kutu açılıp gözlemlendiğinde bu durumlardan biri gerçek olur.

Başlangıç ve motivasyon

1935‘te Schrödinger tasarlamış, kendisinin düşünülmüş deneyini bir tartışma olarak EPR makalesinde yazarların isimleri Einstein, Rodolski ve Rosen. Genel teori, diğer adıyla Kopenhag yorumu, bir kuantum sistemi reaksiyon gösterene kadar süper pozisyonunda durduğunda ya da gözlendiğinde, dış dünya bir ya da birkaç olası durumda çöker. EPR deneyine göre çok parçacıkla beraber bir sistem geniş bir alana parçalandığında bu süperpozisyon olur. Schrödinger ve Einstein, Einstein’ın EPR hakkındaki makalesini değiştirdiler. Einstein’ın makalesinde belirtildiği gibi stabil olmayan küçük bir fıçı barut bir süre sonra patlayan ve patlamayan süper pozisyonlar içerdi. Daha ayrıntılı açıklamak gerekirse Schrödinger prensipte geniş bir aralıkta kuantum parçacığına bağlı olarak değişen bir süper pozisyon tanımladı. Schrödinger bir senaryo önerdi: kapalı bir kutuda kedinin canlı veya ölü olması radyoaktif atoma bağlı oysaki radyoaktif madde çürümüş ve radyasyon emilmiş veya emilmemiş olabilir. Ona göre kutu açılmadan kedinin ölü olup olmadığını bilemeyiz. Schrödinger kedinin ölü ya da diri olma olasılığı düşüncesini desteklemedi, aksine o kasıtlı olarak kuantum mekaniğinin incelediği varolan saçmalığı örneklendirdi. Ama Schöringer’den beri fizikçiler kuantum mekaniğinin matematiğini yüksek fizik kabul ettiler, bazıları kedinin canlı ya da ölü olması süper pozisyonunu oldukça gerçek kabul etti. Schrödinger’in kedisi, düşünülmüş deney, kuantum fiziğinin modern yorumu olarak Kopenhag yorumuna denk gelir. Fizikçiler Schrödinger’in kedisinin bir yol olarak resimle gösterilmesine ve ayrıntılı özelliklerin karşılaştırılmasına her birinin zayıf ve güçlü yönleriyle karşılaştırılması üzerine anlaştılar.

Düşünce deneyi

Schrödinger'in yazdığına göre çok saçma bir düzenek de kurulabilir. Bir kedi çelikten bir odaya hapsedilir, odada kedinin erişemeyeceği bir Geiger sayacı ve az miktarda radyoaktif element vardır. Radyoaktif element belki de bir saatte bozunacaktır, eşit olasıkıkla belki radyoaktif bozunma olmayacaktır; eğer bozunma olursa, sayaç tüpü boşalır  ve rölenin serbest bıraktığı çekiç hidrosiyanik şişesini kırar. Bu sistem bir saat kendi halinde bırakıldığında denebilir ki: Eğer hiç radyoaktif bozunma olmamışsa kedi yaşıyordur, aynı zamanda ilk radyoaktif bozunma kediyi oldürmüstür. Sistemin dalga fonksiyonu bu durumu, ölü ve sağ kediyi aynı miktarda içererek ortaya koyar."

Belirsizlik aslında atomik alanı sınırlandırır, atomik alan mikroskopik belirsizlik haline gelir ve gözlemle kararlaştırılır. Bu bizi gerçekte kabul edilen ‘blurred model‘den korur. İçinde hiçbir şeyi somutlaştırmadı temiz olmayan ya da çelişkili.

Erwin Schrödinger: "Schrödinger’in ünlü düşünce deneyinden bir soru bir kuantum sistemi var olmayı bıraktığı zaman süper pozisyon bir diğeri haline gelebilir mi? (Daha teknik bir deyişle gerçek kuantum durumların lineer kombinasyonu olmayı bıraktığı zaman,hangileri farklı klasik durumlarda benzerlik gösterir ve tek klasik kullanım yerine olmaya başladı?) Eğer kedi kurtulursa sadece hayatta olduğunu hatırlar. Ama EPR deneylerinde standart mikroskopik kauntum mekaniğinin makroskopik nesneler gerektirdiği vardır, mesela kedi ve defter her zaman eşsiz klasik tanımlamayı yapamaz. Bu düşünce deneyi örneklerle açıklar bu apaçık paradoksu. Sezgilerimiz der ki durumları karıştırabilen gözlemci yok, görünüyor ki düşünülmüş deneyler karıştırılabilir. Kedi bir gözlemciye ihtiyaç duyar mı ya da kedi iyi tanımlanmış tek bir durum için dışarıdan başka bir gözlemciye ihtiyaç duyar mı? Bütün alternatifler düşünsel deneyden etkilenen Albert Einstein’a absürt göründü. 1950’de Schrödinger’e bir mektup gönderdi Loue dışında, eğer dürüstsen gerçeklik varsayımı çevresinde dolaşamayan tek çağdaş fizikçi sensin. Gerçeklik, yayınlanan deneysellikten bağımsızdır. Çoğu basitçe göremez ne çeşit hayali riskli oyundur gerçeklikle oynanan. Ama onların yorumu  şık bir şekilde senin radyoaktif atom-barut kutuda kedi sisteminle çürütülmüştür, dalga fonksiyonu olan sistem kedinin canlı ya da havaya uçmuş olmasını içerir. Kimse gerçekten evhamlanmadı kedinin varlığı ya da yokluğu üzerine bir şeyler gözlemlemeden bağımsızdı."

Not olarak baruttan sorumlu olmak Schrödinger’in deneysel kurulumunda bahsedilmedi, barut yerine hidrosiyanik asit, Geiger sayacı da yükseltici olarak kullanıldı.

Deneyin yorumu

Schrödinger’in zamanından beri kuantum mekaniğinin yorumları değişikliğe uğramış ve yeni yorumlar ortaya çıkmıştır. Bu yorumların Schrödinger'in kedisi deneyine bakışları değişiklik gösterir.

Kopenhag yorumu

Kopenhag yorumu kuantum mekaniğinde en yaygın rağbet gören yorumlamadır. Kopenhag yorumlamasında gözlem yer aldığında sistem durumların süperpozisyonu olmaktan çıkar ve her ikisinden biri haline gelir. İyi tanımlanmamış yorumda bu düşünülmüş deney aslında doğanın ölçülebildiğini ya da gözlenebildğini gösterdi. Kutu kapalıyken bu deney anlamlı yorumlanabilirdi, sistem anlık süperpozisyon durumuna geçtiğinde iki durum söz konusu (çürümüş çekirdek-ölü kedi, çürümemiş çekirdek-canlı kedi) ve sadece kutu açılıp gözlemlendiğinde dalga fonksiyonunun iki durumdan birinde kaldığı bilinebilir.

Kopenhag yorumuyla ilişkili bilim adamlarından biri olan Niels Bohr deneye farklı bir yorum getirdi: Bilinçli bir gözlemciye göre kutu açılmadan önce kedi ölü ya da diri olabilirdi. Kuantum dalga fonksiyonun geçersiz kalması için asıl deneyin sonucunun yalnız bir ölçüm aracıyla alınması (mesela sadece Geiger sayacıyla) yeterliydi.

Ensemble yorumu

Durum vektörü tek kedi deneyine uygulanamaz ama sadece pek çok hazırlanmış kedi deneyinin istatistiğidir. Ensemble yorumunu destekleyenler Schrödinger’in kedisi paradoksunun gereksiz olduğunu söylediler.

İlişkisel yorum

İlişkisel yorumlama gözlemviler arasında hiçbir temel ayrım yapmaz: İnsan, kedi ve aparatlar, canlı ya da cansız aynı statüye sahiptir. Bütün kuantum sistemleri dalga fonksiyonu evrimine dayalı kurallar tarafından yönetilir ve hepsi gözlemciyle ilişkilendirilir. Ama ilişkisel yorumlama aynı serinin etkinliklerini takip eden farklı gözlemcilerin sahip oldukları sistem hakkındaki bilgilere bağlıdır. Aynı zamanda kedi kutunun içindeki sistemin gözlemcisi olarak düşünülebilir. Kutu açılmadan önce doğası gereği canlı ya da ölü olması gereken kedi deney aletleri hakkında gerekli bilgiye sahiptir ama deneyci kutunun durumu hakkında bilgi sahibi değildir. Bu şekilde iki gözlemci de anlık olarak durumu farklı hesaplar.

Nesnel çökme teorisi

Nesnel çarpışma teorilerine göre, süperpozisyonlar bazı nesnel eşik değerlerinde (gözlemciden bağımsız olarak) ortadan kalkarlar. Bu yüzden kutu açılmadan önce kedinin durumu sabitlenir. Başka bir deyişle “kedi çevresini gözler” ya da “çevresi kediyi gözler.”

Nesnel çökme teorileri, süperpozisyonun zamanla yok olmasını açıklayabilmek için kuantum mekaniğinde değişikler yapılmasını gerektirir.

Uygulamalar ve testler

Deney teoriksel açısından zayıf tanımlanabilir ve makine tarafından yapılı olduğu bilinmeden önerildi. Ama başarılı olan deney benzer kuralları mesela süperpozisyonun göreli genişliğini (standart kuantum fizik tarafından) nesneler tarafından sergiledi. Bu deney kedi büyüklüğündeki nesnenin süperpoze olduğunu göstermedi fakat en yüksek limit “kedi durumu” onlar tarafından yukarı taşındı. Pek çok olayda bu durum kısa ömürlüdür: mesela mutlak sıfıra kadar soğutursanız.

“Kedi durumu”na fotonlarla ulaşıldı. Deneye süper iletkenlerle kuantum girişimi cihazı bağlandı ("SQUID"): "Süper pozisyon etkisi bir bilyon elektronun tek yönde yüzmesine ve diğer bilyonun başka bir yöne yüzmesine uyumlu değildi. Süper iletken elektronlar toplu halde hareket ederler. Schrödinger’in kedisi durumunda, SQUID içindeki bütün süper iletken elektronlar döngü etrafında bir kere her iki yöne de yüzerler. Berilyum  iyonu süperpoze durumunda kapana kısılmıştır. Pizoelektrik yapılıydı, süper pozisyonların titreşen ve titreşmeyen seviyelerine konulmuştu. Rezonatör yaklaşık 10 trilyon atom içeriyordu. Deney, önerilen bir grip virüsü içeriyordu. Kuantum hesaplamaları kısaltılmış “kedi durumu” bazı kübitlerin zorluklarının yerini tutar. Kübitler, bütün başlangıçları 0 ve 1 olan süper pozisyonlara eşittir.

Eklentiler

Wigner’ın arkadaşı deneyinde, dışarıda iki gözlemci vardır. Birinci gözlemci açarak kutuyu kontrol eder ve ikinci gözlemciyle iletişim kurar. Buradaki mesele, dalga fonksiyonu çarpıştığında birinci gözlemci kutuyu açarsa, ikinci gözlemcinin haberi olup olmayacağını anlamak ve birinci gözlemcinin gözlemiyle bunu denetlemektir.

Ayrıca bakınız

• Kuantum mekaniğinin yorumları
• Popüler kültürde Schrödinger'in kedisi

Dış bağlantılar

• Schrödinger's cat in audio25 Mayıs 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. produced by Sift25 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Erwin Schrödinger, The Present Situation in Quantum Mechanics (Translation)13 Kasım 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• The EPR paper10 Ocak 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Viennese Meow (the cat's perspective - short story)24 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• The story of Schroedinger's cat (an epic poem)13 Mayıs 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.; The Straight Dope
• Tom Leggett (Aug. 1, 2000) New life for Schrödinger's cat, Physics World, UK10 Şubat 2009 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Experiments at two universities claim to observe superposition in large scale systems
• Information Philosopher on Schrödinger's cat23 Şubat 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• A YouTube video explaining Schrödingers cat14 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.