Кіт Шредінгера

У закриту коробку вміщено кота[1]. У коробці маємо механізм, що містить радіоактивне ядро та ємність з отруйним газом. Параметри експерименту підібрано таким чином, що ймовірність того, що ядро розпадеться протягом однієї години, становить 0.5. Якщо ядро розпадається, то воно пускає в дію механізм, який відкриває ємність з газом, і кіт помирає. Згідно з квантовою механікою, якщо над ядром не виконується спостереження, то його стан описувано суперпозицією (сумішшю) двох станів: ядра, що розпалося, та ядра, що не розпалося. Отже, кіт, що сидить у коробці, — і живий, і мертвий одночасно. Коли ж коробку відкрити, то експериментатор мусить побачити тільки який-небудь один конкретний стан: «ядро розпалося, кіт мертвий», або ж «ядро не розпалося, кіт живий».

Кіт Шредінгера. Живий, бо ми його спостерігаємо

Питання формулюється так: коли саме система припиняє існувати як суміш двох станів і вибирає один конкретний стан? Мета експерименту — довести, що квантова механіка неповна без правил, що вказували б за яких умов відбувається колапс хвильової функції, і кіт або стає мертвий, або ж лишається живий, але припиняє бути суперпозицією того й іншого.

Усупереч поширеним уявленням, сам Шредінгер вигадав цей дослід зовсім не тому, що він нібито вірив, що «мертвоживі» коти існують; навпаки, він вважав квантову механіку за неповну й таку, що не до кінця описує реальність у цьому випадку. Ясно, що кіт обов'язково мусить бути або живий, або мертвий (не існує стану, проміжного між життям та смертю). Однак це означає, що не існує подібного стану і для атомного ядра: воно мусить бути або таке, що розпалося, або таке, що не розпалося.

Оригінальна стаття побачила світ у німецькому часописі Naturwissenschaften («Природничі науки») 1935 року: E. Schrödinger: «Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik» («Теперішній стан речей у квантовій механіці»), Naturwissenschaften, 48, 807, 49, 823, 50, 844 (November 1935). Метою статті було обговорити ЕПР парадокс, що його виявили Ейнштейн, Подольський і Розен раніше того самого року. Опріч того, що Шредінгер у цій статті познайомив нас із котом, він ще запровадив термін «заплутаність».

У багатосвітовій інтерпретації квантової механіки, яка не вважає процес вимірювання за щось окрімне, обидва стани кота існують, але декогерують. Коли спостерігач відчиняє коробку, він заплутується з котом, і від цього творяться два стани спостерігача, що відповідають живому та мертвому коту. Ці стани не взаємодіють один з одним. Той таки механізм квантової декогеренції є важливий і для сумісних історій. У цій інтерпретації тільки «мертвий кіт» або «живий кіт» можуть бути в сумісній історії.

Інакше кажучи, коли коробка відчиняється, Всесвіт розщеплюється на два різні всесвіти, в одному з яких спостерігач дивиться на мертвого кота, а в другому — на живого кота. Парадокс?

Космолог Макс Тегмарк запропонував варіацію досліду з котом Шредінгера під назвою «машина для квантового самогубства». Він розглядає експеримент із котом з позиції самого кота, і стверджує, що таким чином можна експериментально розрізнити копенгагенську та багатосвітову інтерпретації. Інша варіація експерименту — це дослід із другом Вігнера.

Фізик Стівен Гокінг якось вигукнув: «Коли я чую про кота Шредінгера, моя рука тягнеться до рушниці!» Він перефразував відомий вислів, що походить із драми «Шлагетер» Ганса Йоста, що її персонаж Фрідріх Тіманн на здогад лицемірства культурників, які, виходячи з театру у Святвечір і переступаючи труп замерзлого на порозі хлопчика, теревенять про людські цінності, вигукнув: «Wenn ich 'Kultur' höre, entsichere ich meinen Browning!» («Коли я чую слово „культура“, моя рука тягнеться до браунінга!»)

Фактично Гокінг та багато інших фізиків дотримуються думки, що «копенгагенська школа» інтерпретації квантової механіки наголошує на ролі спостерігача безпідставно. Вирішальної єдності серед фізиків із цього питання все ще не досягнуто.

Розпаралелювання світів у кожен момент часу відповідає справжньому недетермінованому автомату, на відміну від імовірнісного, коли щокроку вибирають один із можливих шляхів залежно від їхньої імовірності.

Кіт Шредінгера, герой однойменного уявного експерименту, часто з'являвся на сторінках книжок, у серіалах та художніх фільмах. Зокрема кота згадувано у стрічках:Рік та Морті (мультсеріал), Теорія великого вибуху, Зоряна брама, Згадай, що буде, Доктор Хаус, Футурама, Серйозна людина, Кістки (телесеріал). Згадки про кота можна знайти в книжках Террі Пратчетта. Побачити портрет кота Шредінгера можна в таємному науково-дослідницькому комплексі Black Mesa з однойменного римейку гри Half-Life. Персонаж «Шредінгер» OVA-серіалу Hellsing Ultimate мав силу з'являтись «скрізь і ніде».

У літературі

• У своїй книзі Американські боги, письменник-фантаст Геймен Нейл Річард пише «Якщо не відкривати коробку, для того, щоб погодувати кота, то ми отримаємо два різні типи смерті».
• Роберт Антон Вілсон написав трилогію новел, що відома під загальною назвою «Трилогія кота Шредінгера».

Інше

• Як кодове ім'я для Fedora 19 вибрано «Schrödinger's Cat»[2]

• Принцип суперпозиції