Η γάτα του Σρέντιγκερ: Πως ένα νοητικό πείραμα μπορεί να εξηγήσει τα θέματα της κβαντομηχανικής

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΑΡΘΡΑ

Στο άρθρο που ακολουθεί θα μπορέσουμε να δούμε Πως ο Έρβιν Σρέντιγκερ μπόρεσε να εξηγήσει την κβαντομηχανική με ένα νοητικό πείραμα. Το πείραμα αυτό ονομάστηκε Η γάτα του Σρέντιγκερ και μάλιστα τράβηξε το ενδιαφέρον του Αϊνστάιν τότε, ο οποίος τα έπαιξε λιγάκι οφείλουμε να παραδεχτούμε…. Και έτσι έχουμε την εξίσωση Schrödinger… Πάμε να τα δούμε όλα αυτά γιατί είναι κοντά ο καιρός που θα τα ζήσουμε κιόλας με την κβαντική φυσική να μπαίνει για τα καλά στη ζωή μας… Όχι πως δεν ήταν από πάντα εδώ, απλά μας την έκρυβαν με πολλούς τρόπους…


Νικόλαος Αναξίμανδρος: Συγγραφέας- ερευνητής. Ακολουθείστε με στα social media


H εξίσωση Schrödinger είναι μία διαφορική εξίσωση η οποία προτάθηκε από τον Αυστριακό φυσικό Έρβιν Σρέντινγκερ το 1925, για να περιγράψει την χρονική και χωρική εξάρτηση κβαντομηχανικών συστημάτων. Παίζει κεντρικό ρόλο στην κβαντομηχανική θεωρία, με σημασία ανάλογη του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα στην κλασσική μηχανική.

Η γάτα του Σρέντιγκερ και η αρχή της απροσδιοριστίας.

Ο Σρέντιγκερ για να εξηγήσει θέματα της κβαντομηχανικής πρότεινε το περίφημο πείραμα με την γάτα, θέλοντας να δείξει ότι η κβαντική θεωρία είναι ακόμη ελλιπής. Θεωρούσε ότι η γάτα είτε είναι ζωντανή είτε έχει πεθάνει, ανεξαρτήτως της παρατηρήσεώς μας.

Φανταστείτε ένα δοχείο χωρίς ανοίγματα μέσα στο οποίο βρίσκεται μια γάτα. Υπάρχει ένας εξωτερικός μηχανισμός που παράγει ένα φωτόνιο, το οποίο προσκρούει σ΄ ένα ημιδιαφανές κάτοπτρο. Εκεί, έχει 50% πιθανότητα να διαπεράσει το κάτοπτρο και άλλη τόση να ανακλασθεί. Αν το διαπεράσει, ενεργοποιεί έναν άλλο μηχανισμό στο εσωτερικό του δοχείου που απελευθερώνει ένα δηλητήριο που σκοτώνει την γάτα. Επειδή λοιπόν δεν ξέρουμε πώς το φωτόνιο θα συμπεριφερθεί ή καλύτερα επειδή ξέρουμε πως υπάρχει ταυτόχρονα σε δυο επάλληλες και κβαντικές καταστάσεις, δεν ξέρουμε και την μοίρα της γάτας.

Μέχρι όμως ν΄ ανοίξουμε το κουτί για να δούμε τι κάνει η γάτα, σύμφωνα με την κβαντική θεωρία και τους κανόνες της, έχουμε την λεγόμενη «υπέρθεση δύο καταστάσεων». Ο κόσμος υπάρχει στον βαθμό που υπάρχουμε κι εμείς ως μάρτυρες μιας από τις πολλές του εκδοχές και τις άπειρες διακλαδώσεις του αρχικού συμβάντος.

Προτείνουμε: ΤΟ ΙΕΡΟΝ ΠΕΠΛΟΝ ΤΗΣ ΘΕΑΣ ΑΘΗΝΑΣ …..ΚΑΙ Ο ΑΙΘΕΡΙΚΟΣ ΚΟΣΜΟΣ.

Η αρχή της απροσδιοριστίας ή διαφορετικά αρχή της αβεβαιότητας είναι βασικό αξίωμα της Κβαντικής Μηχανικής που διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1927 από τον Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (Werner Heisenberg, 1901 – 1976). Σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας είναι αδύνατο να μετρηθεί ταυτόχρονα και με ακρίβεια, ούτε πρακτικά, ούτε και θεωρητικά η θέση και η ταχύτητα, ή ορμή, ενός σωματίου. Εν αντιθέσει με την αρχή της αιτιοκρατίας, σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας υπάρχουν γεγονότα των οποίων η εκδήλωση δεν υπαγορεύεται από κάποια αιτία.

Η απροσδιοριστία δεν αναφέρεται στην ανικανότητα του ανθρώπου να παρατηρήσει ορισμένα φαινόμενα στον μικρόκοσμο αλλά σε μία πραγματική ιδιότητα του Φυσικού Κόσμου, η οποία εμφανίζεται και πειραματικά. Ο λόγος που δεν βλέπουμε αυτή την αβεβαιότητα στην καθημερινότητα άμεσα, παρά μόνον έμμεσα, είναι ότι εμφανίζεται σε πολύ μικρή κλίμακα και γίνεται κυρίως εμφανής στον μικρόκοσμο.

Εάν μετράμε τη θέση ενός σωματιδίου με αβεβαιότητα Δx και την ορμή του με αβεβαιότητα Δp, τότε το γινόμενο των δύο αυτών μεγεθών δε μπορεί να είναι μικρότερο, από έναν αριθμό της τάξης του. Τι θέλει να πει ο φιλόσοφος ουσιαστικά; Είναι αδύνατο σε ένα σωματίδιο να μπορούμε ταυτόχρονα να γνωρίζουμε την ακριβή θέση του και την ταχύτητα με την οποία αυτό κινείται, χωρίς αν το επηρεάσουμε με την παρατήρηση μας.

Το νοητικό πείραμα απεικονίζει ένα φαινομενικό παράδοξο. Η διαίσθησή μας προστάζει ότι κανένας παρατηρητής δεν μπορεί να βρίσκεται σε μίξη καταστάσεων, όμως η γάτα, όπως φαίνεται από το νοητικό πείραμα, μπορεί να είναι αυτή η μίξη. Χρειάζεται η γάτα να γίνει παρατηρητής, ή από μόνη της η ύπαρξη σε μια καλά καθορισμένη κλασική κατάσταση απαιτεί κάποιον εξωτερικό παρατηρητή; Κάθε εναλλακτική λύση φαίνεται παράλογη για τον Αϊνστάιν, ο οποίος εντυπωσιάστηκε από την ικανότητα του νοητικού πειράματος να τονίζει αυτά τα θέματα.

Σε γράμμα του προς τον Σρέντινγκερ το 1950, έγραψε: “Είσαι ο μοναδικός σύγχρονος φυσικός, πέραν του Λάουε, ο οποίος μπορεί να δει ότι κάποιος δε μπορεί απλά να προσπεράσει την υπόθεση της πραγματικότητας, αν θέλει είναι ειλικρινής. Οι περισσότεροι δε βλέπουν το επικίνδυνο παιχνίδι που παίζουν με την πραγματικότητα ως κάτι ανεξάρτητο από αυτό που είναι πειραματικά καθιερωμένο. Η ερμηνεία τους, ωστόσο, αντικρούεται τόσο κομψά από το δικό σου σύστημα του ραδιενεργού ατόμου + ενισχυτή + πυρίτιδα + γάτα στο κουτί, στο οποίο η κυματοσυνάρτηση του συστήματος περιέχει και την ζωντανή γάτα και την κομματιασμένη. Κανένας δεν μπορεί να αμφιβάλει ότι η παρουσία ή απουσία της γάτας, είναι κάτι ανεξάρτητο της πράξης του παρατηρητή.”

Προτείνουμε: Ποια Είναι Η Πέμπτη Διάσταση;

Αίσθηση προκαλεί το γεγονός ότι η πυρίτιδα δεν αναφέρεται στον μηχανισμό του Σρέντινγκερ, ο οποίος χρησιμοποιεί μετρητή Γκάιγκερ ως ενισχυτή και υδροκυάνιο ως πυρίτιδα. Η πυρίτιδα αναφέρθηκε στην αρχική υπόθεση του Σρέντινγκερ 15 χρόνια νωρίτερα και προφανώς ο Αϊνστάιν το συνέχισε στην κατοπινή συζήτηση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο Αϊνστάιν όχι μόνο ποτέ δεν συμπάθησε την κβαντική μηχανική αλλά βάσει των πειραματικών αποδείξεων του θεωρήματος του Μπελ (John Stewart Bell) η άποψη του Αϊνστάιν περί κβαντικής σύμπλεξης αποδείχθηκε θεμελιωδώς λάθος.

“Πράγματι, η θέση και η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου δεν είναι δυνατό να καθοριστούν την ίδια χρονική στιγμή, αλλά κάτι τέτοιο σημαίνει απλώς ότι αυτές δεν είναι οι κατάλληλες ποσότητες που πρέπει να χρησιμοποιούμε για την περιγραφή του. Αυτό που χαρακτηρίζει το ηλεκτρόνιο ή οποιοδήποτε σύνολο σωματιδίων κάθε χρονική στιγμή είναι μια κυματοσυνάρτηση. Αν υπάρχει ένας άνθρωπος που παρατηρεί τα σωματίδια, τότε η κατάσταση ολόκληρου του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του παρατηρητή, περιγράφεται από μια ενιαία κυματοσυνάρτηση.”
Steven Weinberg, “Όνειρα για μια Τελική Θεωρία”, 1995 – Κάτοπτρο (Dreams of a Final Theory, 1992 – Pantheon Books)

Ύλη και Αντιύλη

Κάθε σωματίδιο διαθέτει αναγκαστικά και το αντισωματίδιο του … που στην ουσία είναι το ίδιο σωματίδιο συμπεριφερόμενο διαφορετικά π.χ  όταν ένα σωματίδιο ταξιδεύει και κινείται προς το μέλλον, την ίδια στιγμή το αντισωματίδιο του ταξιδεύει ανάδρομα στο παρελθόν… Που σημαίνει ότι ο θάνατος ακολουθεί την ζωή, αλλά μπορεί να προηγείται αυτής. Ένα αρνητικό φορτίο που ταξιδεύει στο παρελθόν ισοδυναμεί μ’ ένα θετικό φορτίο που κινείται προς το μέλλον. Αν καταργούσαμε την τυραννία του χρόνου και ζητούσαμε την κατάργηση της αιτιοκρατικής σχέσης των γεγονότων … τότε γέννηση και θάνατος θα συνυπήρχαν από την πρώτη κιόλας στιγμή.

Όπως η γέννησή μας αποτελεί την πύλη που οδηγεί στο θάνατο έτσι και ο θάνατος εμπεριέχει ήδη την αναγέννησή μας. Σίγουρα ξαφνιάζει τον μέσο άνθρωπο τον προσκολλημένο στην ύλη η διαπίστωση της κβαντικής θεωρίας ότι το άθροισμα του παντός είναι το μηδέν… από το 1905 γνωρίζουμε ότι ενέργεια και μάζα είναι εναλλάξιμες μορφές.

Αν υποτεθεί ότι μια ποσότητα ενέργειας κάπως, κάπου, κάποτε χάνεται, αυτή η απώλεια εξισορροπείται από μια ισοδύναμη ποσότητα μάζας που κερδίζεται, έτσι ώστε το συνολικό άθροισμα να είναι πάντα σταθερό, στο μηδέν. Απλά δηλαδή αλλάζει μορφή.

Από την μια τώρα αν κάτι είναι νεκρό, θα πει πως κάποτε ζούσε, άρα μπορείς να δεχτείς την ζωή, υπάρχουν δίπλα μας άνθρωποι που πιστεύουν ότι είναι ζωντανοί αλλά στην ουσία είναι νεκροί, απλώς δεν το γνωρίζουν, επίσης υπάρχουν δίπλα μας ανθρωποειδή, που νομίζουν πως είναι άνθρωποι αλλά δεν είναι.

Το νοητικό πείραμα είναι ένα βοήθημα της σκέψης για να υποστηριχθεί, να αντικρουστεί ή να επεξηγηθεί κάποια θεωρία. Έτσι κατασκευάζεται νοητικά μια κατάσταση που θα ήταν αδύνατον ή πολύ δύσκολο να υπάρξει στην πραγματικότητα, όπως, για παράδειγμα, ένα ταξίδι με την ταχύτητα του φωτός. Η χρήση των νοητικών πειραμάτων στη φιλοσοφία αποτελεί μέρος της μεθοδολογίας που είναι γνωστή ως αναλυτική φιλοσοφία. Η μέθοδος που κυριαρχεί γενικά στα νοητικά πειράματα διατυπώνεται μέσω της ερώτησης «τι θα συνέβαινε εάν…». Οι Μπορ επεξηγούσαν συχνά τις ιδέες τους μέσω νοητικών πειραμάτων.

Ένα νοητικό πείραμα αποτελείται γενικά από τρία στάδια:
    μια διατύπωση της θεωρητικής υπόθεσης,
    μια περιγραφή μιας εξωπραγματικής κατάστασης,
    μια δοκιμή της υπόθεσης.

Πρέπει φυσικά να έχουμε πάντα κατά νου ότι ένα νοητικό πείραμα αποτελεί συχνά ένα παράδειγμα, και άρα δεν εξηγεί πλήρως την ιδέα από την οποία προκύπτει. Διάσημα νοητικά πειράματα από τον χώρο της φυσικής είναι, μεταξύ άλλων, το καράβι του Γαλιλαίου, ο δαίμονας του Μάξγουελ στην θερμοδυναμική, το παράδοξο των διδύμων του Λανζεβέν στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, το παράδοξο του τρένου στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, η γάτα του Σρέντιγκερ στην κβαντική μηχανική.

Και στην φιλοσοφία συναντάμε νοητικά πειράματα, για παράδειγμα το παράδοξο του Ζήνωνα, το σπήλαιο του Πλάτωνα, το δαχτυλίδι του Γύγη (επίσης του Πλάτωνα), ο κακός δαίμων του Ρενέ Ντεκάρτ (Καρτέσιος) κλπ. κλπ.

Ποιος ήταν ο Σρέντιγκερ

Ο Έρβιν Σρέντινγκερ (Erwin Schrödinger, 12-08- 1887/04-02 1961) ήταν Αυστριακός φυσικός. Ασχολήθηκε με την Στατιστική φυσική, την Θερμοδυναμική, την Ηλεκτροδυναμική, την Κοσμολογία, την Βιολογία, την Φιλοσοφία, αλλά κυρίως με την Κβαντική φυσική, ανακαλύπτοντας την περίφημη κυματική εξίσωση που φέρει το όνομά του. Τιμήθηκε μαζί με τον Πολ Ντιράκ (Paul Dirac, 1902-1984) με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τις εργασίες του πάνω στην ατομική θεωρία.

Ο Erwin Schrödinger  γεννήθηκε στις 12 Αυγούστου 1887 στην Βιέννη, μοναδικό παιδί του Ρούντολφ Σρέντινγκερ και της Έμιλι Μπάουερ, θυγατέρας του Αλεξάντερ Μπάουερ, καθηγητή του της Χημείας στο Πολυτεχνείο της Βιέννης. Ο Ρούντολφ καταγόταν από Βαυαρική οικογένεια που είχε αρκετές γενεές πριν, εγκατασταθεί στην Βιέννη. Ο Ρούντολφ είχε κληρονομήσει ένα μικρό εργοστάσιο λινελαίου, στο οποίο και εργαζόταν. Η μητέρα του Έρβιν ήταν κατά το ήμισυ Βρετανή.

Ως αποτέλεσμα, ο μικρός Έρβιν έμαθε από μικρός τόσο αγγλικά όσο και γερμανικά, καθώς στο σπίτι του μιλούσαν και τις δύο γλώσσες. Ωστόσο, δεν φοίτησε σε σχολείο μέχρι την ηλικία των 10 ετών, αλλά δεχόταν κατ’ οίκον μαθήματα από ιδιώτη εκπαιδευτή. Το φθινόπωρο του 1898 εγγράφηκε στο Akademisches Gymnasium αφού πραγματοποίησε ένα μακράς διαρκείας ταξίδι στην Αγγλία με την μητέρα του. Αποφοίτησε το 1908 και την ίδια χρονιά εγγράφηκε στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης για να σπουδάσει Θεωρητική Φυσική.

Οι παραδόσεις του καθηγητή του Φριτς Χάζενερλ (Fritz Hasenöhrl), διάδοχο του Μπόλτσμαν (Bolzmann), επηρέασαν σημαντικά το νεαρό Έρβιν. Το 1910 έλαβε το διδακτορικό του (θέμα της διατριβής του ήταν “Περί ηλεκτρικής αγωγιμότητας στην επιφάνεια μονωτών σε υγρή ατμόσφαιρα”.

Ο Erwin Schrödinger είχε πολλά και ποικίλα ενδιαφέροντα, ήδη από την εποχή της φοίτησής του στο Γυμνάσιο. Του άρεσαν οι επιστημονικές αρχές, αλλά εκτιμούσε την αυστηρή λογική της γραμματικής της παλαιάς γερμανικής γλώσσας και ποίησης. Απεχθανόταν την αποστήθιση και την αυστηρή εκμάθηση μόνον από βιβλία. Ολοκληρώνοντας τις σπουδές του έγινε βοηθός του καθηγητή Φραντς Έξνερ (Franz Exner), καθοδηγώντας την πρακτική εξάσκηση των φοιτητών. Με την έναρξη του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου κλήθηκε να υπηρετήσει και τοποθετήθηκε ως αξιωματικός σε μονάδα Πυροβολικού. 

Με την λήξη του Πολέμου επέστρεψε στην εργασία του και, το 1920, έλαβε ακαδημαϊκή θέση ως βοηθός του Καθηγητή Μαξ Βιν (Max Wien). Στην συνέχεια έγινε έκτακτος καθηγητής στην Στουτγάρδη και τακτικός καθηγητής στο Μπρέσλαου. Ακολούθησε η ανάληψη της θέσης του Καθηγητή στην Ζυρίχη, όπου εγκαταστάθηκε για έξι χρόνια. Η περίοδος αυτή ήταν ίσως η πιο γόνιμη γι’ αυτόν, καθώς ασχολήθηκε με πολλά θέματα Θεωρητικής Φυσικής, κυρίως με θέματα θερμότητας και θερμοδυναμικής (τον ενδιέφερε ιδιαίτερα η θεωρία του Μπόλτσμαν). 

Ασχολήθηκε, επίσης, και με θέματα οπτικής και φυσιολογίας των χρωμάτων, συνέπεια των επαφών του με τον συνάδελφο και φίλο του Κολράους (Kohlrausch), τον Έξνερ και τις διαλέξεις του Χέλμχολτς (Helmholtz). Στο τέλος αυτής της περιόδου έκανε και μια από τις πλέον σημαντικές ανακαλύψεις του, γνωστή ως κυματική Εξίσωση του Σρέντινγκερ (πρώτο ήμισυ του 1926). Αυτή η ανακάλυψη έγινε επειδή οι κβαντικές συνθήκες του Μπορ δεν τον ικανοποιούσαν. Ο Erwin Schrödinger πίστευε ότι η λύση σχετιζόταν με το πρόβλημα των χαρακτηριστικών ριζών (eigenvalue problem). Γι’ αυτή του την εργασία ο Σρέντινγκερ τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ το 1933, από κοινού με τον Πολ Ντιράκ (Paul Dirac).

Το 1927 ο Erwin Schrödinger  μετακόμισε στο Βερολίνο όπου αντικατέστησε τον Μαξ Πλανκ. Η γερμανική πρωτεύουσα ήταν, εκείνη την εποχή, επίκεντρο μεγάλης επιστημονικής δραστηριότητας. Ωστόσο, όταν το 1933 στην εξουσία ανέβηκε το Εθνικοσοσιαλιστικό Κόμμα του Χίτλερ, ο Σρέντινγκερ αποφάσισε ότι δεν του ήταν πλέον δυνατό να ζήσει στην Γερμανία και μετακόμισε, αυτή την φορά στην Αγγλία. Ανέλαβε μια θέση στην Οξφόρδη, όταν το 1934 του προτάθηκε μόνιμη θέση από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον στις ΗΠΑ, την οποία όμως δεν δέχτηκε. Το 1936 του προτείνεται θέση στο Πανεπιστήμιο του Γκρατς και ο Σρέντινγκερ δέχεται, κυρίως επειδή νοσταλγούσε την πατρίδα του, πράγμα που υπερνίκησε την φρόνηση του. 

Το 1938 όμως, η Αυστρία προσαρτάται στο Χιτλερικό Ράιχ και ο Σρέντινγκερ βρίσκεται σε εξαιρετικά δύσκολη θέση, επειδή η φυγή του από την Γερμανία το 1933 θεωρήθηκε ως εχθρική πράξη προς το Ράιχ. Κατάφερε να διαφύγει αρχικά στην Ιταλία, απ’ όπου επανήλθε στην Οξφόρδη και ύστερα στο Πανεπιστήμιο της Γάνδης (Ghent). Μετά από σύντομη παραμονή εκεί τοποθετήθηκε ως Διευθυντής της Σχολής Θεωρητικής Φυσικής στο Ίδρυμα Ανωτάτων Σπουδών, που μόλις είχε δημιουργηθεί στο Δουβλίνο (Ιρλανδία). Παρέμεινε εκεί ως το 1955, οπότε και συνταξιοδοτήθηκε.

@Eos Anagnostou / miastala.com /2013

πηγή

ΣΠΑΜΕ ΤΟ ΜΑΤΡΙΞΕΝΑ ΒΙΒΛΙΟ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΜΠΕΙ ΣΕ ΚΑΘΕ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΣΠΙΤΙ. Ένα εγχειρίδιο αφύπνισης στο οποίο αναλύω με πολύ απλό και κατανοητό πιστεύω τρόπο, ακριβώς τι έχει συμβεί στην ανθρωπότητα, ποιον φωτεινό ρόλο έχει παίξει ο Ελληνισμός, ποια είναι η πραγματική μας κοσμοθέαση, ποιοι μας είχαν κατακτήσει, γιατί το έκαναν, τι εξελίξεις έχουμε στις μέρες μας και κυρίως τι έρχεται στο μέλλον για την ανθρωπότητα. Διαβάζοντας το θεωρώ ότι θα πετύχεις αυτό που λέει ο τίτλος του. ΘΑ ΣΠΑΣΕΙΣ ΤΟ ΜΑΤΡΙΞ. Και πιστεύω ότι αυτό το βιβλίο είναι ένα πολύ καλό δώρο στον εαυτό σου, αλλά και στους αγαπημένους ανθρώπους που θέλεις να αφυπνίσεις αλλά δεν δέχονται όσα εσύ έχεις κατανοήσει και αντιδρούν. Εάν ενδιαφέρεσαι για την απόκτηση του, επικοινώνησε μαζί μου μέσω του mail nikolaosgeor@gmail.com ή εναλλακτικά στο τηλέφωνο 6906771546.

Advertisement
Tagged

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.