ניסוי המחשבה המכונה החתול של שרדינגר הוא אחד המושגים המפורסמים והמובנים ביותר במכניקת הקוונטים. מחשבה עמוקה על כך, החוקרים הגיעו לתובנות מרהיבות ביחס למציאות הגופנית.
מי עלה עם החתול של שרדינגר?
הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר, שסייע במציאת המשמעת של מכניקת הקוונטים, הגה לראשונה את קונונדרום החתול שלו בשנת 1935 כפרשנות לבעיות שהציב במקור אלברט איינשטיין המאורות, על פי מאמר במגזין קוונטה.
תוך כדי פיתוח ההבנה החדשה שלהם בתחום התת-אטומי, רוב עמיתיהם של איינשטיין ושרדינגר הבינו כי ישויות קוונטיות מפגינות התנהגויות משונות במיוחד. הפיזיקאי הדני נילס בוהר דגל בהבנה כי לחלקיקים כמו אלקטרונים אין תכונות מוגדרות היטב עד שנמדדו. לפני כן, החלקיקים היו קיימים במה שמכונה סופרפוזיציה של מצבים, למשל, עם סיכוי של 50% להיות מכוונים "למעלה" וסיכוי של 50% להיות מכוונים "למטה".
אינשטיין, במיוחד, לא אהב את ההסבר החלטי הזה. הוא רצה לדעת איך היקום יודע בדיוק שמישהו מודד משהו. שרדינגר הדגיש את האבסורד הזה עם החתול הרעיוני הידוע לשמצה שלו.
נניח שאחד בונה קונטרה מוזרה, כתב שרדינגר במאמר משנת 1935 בשם "המצב הנוכחי במכניקת הקוונטים." המנגנון מורכב מתיבה עם בקבוקון ציאניד אטום, שמעליו תלויה פטיש המחובר לדלפק גייגר המכוון לגוש קטן של אורניום רדיואקטיבי קלות. בתוך הקופסה יש גם קיטי (וזכרו, זה ניסוי מחשבה שמעולם לא בוצע בפועל).
הקופסה אטומה, והניסוי נותן לרוץ למשך זמן מוגדר, אולי שעה. באותה שעה, לאורניום, שחלקיקיו מצייתים לחוקי מכניקת הקוונטים, יש סיכוי מסוים לפלוט קרינה שתאסוף אז על ידי דלפק גייגר, אשר בתורו ישחרר את הפטיש וינפץ את הבקבוקון, יהרוג את החתול על ידי הרעלת ציאניד.
על פי אנשים כמו בוהר, עד לפתיחת התיבה ומצב החתול "נמדד", הוא יישאר בסופרפוזיציה של החיים והמנוחים כאחד. אנשים כמו איינשטיין ושרדינגר הסתכלו על אפשרות כזו, שאינה עולה בקנה אחד עם כל מה שהניסיון הרגיל שלנו אומר לנו - חתולים הם חיים או מתים, ולא שניהם בו זמנית.
"בפיזיקה של uantum היה חסר מרכיב חשוב, סיפור על איך זה מסתדר עם דברים בעולם", כתב עיתונאי המדע אדם בקר בספרו "מה אמיתי?" (ספרי יסוד, 2018). "כיצד מספר פנומנלי אטומים, המנוהלים על ידי פיזיקת הקוונטים, מולידים את העולם שאנו רואים סביבנו?"
האם החתול של שרדינגר אמיתי?
החתול של שרדינגר חתך ללב מה שהיה ביזארי בפרשנותו של בוהר למציאות: היעדר קו הפרדה ברור בין התחומים הקוונטיים ליומיומיים. בעוד שרוב האנשים חושבים שהיא מספקת דוגמא לתמיכה בחלקיקים חסרי תכונות מוגדרות בבירור עד למדידתם, הכוונה המקורית של שרדינגר הייתה ההפך הגמור - להראות שרעיון כזה לא שטותי. עם זאת, במשך עשרות שנים רבות, הפיזיקאים התעלמו במידה רבה מבעיה זו ועברו לשכיות אחרות.
אך החל משנות השבעים החוקרים הצליחו להראות שניתן ליצור חלקיקי קוונטים במדינות שתמיד מתאימות זו לזו - כך שאם אחד מראה כיוון "למעלה", האחר יהיה "למטה" - תופעה ששרדינגר כינה הסתבכות. . עבודה כזו שימשה כדי לבסס את התחום המתהווה של מחשוב קוונטי, שמבטיח לייצר מכונות חישוב המהירות בהרבה מהטכנולוגיות הקיימות.
בשנת 2010, פיזיקאים הצליחו גם ליצור גרסה של העולם האמיתי של החתול של שרדינגר, גם אם באופן שאינו כרוך בפשעים (aka, רצח קיטי). אוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה, מדענים בנו מהוד, בעצם מזלג כוונון זעיר, בגודל הפיקסל על גבי מסך מחשב. הם הכניסו אותה לסופרפוזיציה בה זה היה נדנוד ולא מתנדנד בעת ובעונה אחת, והראו כי עצמים גדולים יחסית יכולים לתפוס מצבים קוונטיים ביזאריים.
ניסויים עדכניים יותר הציבו קבוצות של עד 2,000 אטומים בשני מקומות שונים בו זמנית, וטשטשו עוד יותר את קו ההפרדה בין המיקרוסקופי למקרוסקופי. בשנת 2019 חוקרים מאוניברסיטת גלזגו אף הצליחו לצלם תמונות של פוטונים מסתבכים באמצעות מצלמה מיוחדת שצילמה תמונה בכל פעם שפוטון הופיע עם בן זוגו הסבוך.
בעוד שפיזיקאים ופילוסופים טרם הסכימו כיצד לחשוב על העולם הקוונטי, התובנות של שרדינגר הניבו דרכי מחקר פורות רבות וסביר להניח שיעשו זאת בעתיד הנראה לעין.
