Schrödingers kat
Schrödinger's kat is een gedachte-experiment over kwantumfysica. Erwin Schrödinger stelde het voor in 1935, als reactie op de Kopenhagense interpretatie van de kwantumfysica.
Schrödinger schreef:
Men kan zelfs behoorlijk belachelijke gevallen opzetten. Een kat wordt opgesloten in een stalen kamer, samen met het volgende apparaat (dat moet worden beveiligd tegen directe interferentie door de kat): in een geigerteller is er een klein beetje radioactieve stof, zo klein, dat misschien in de loop van een uur slechts een van de atomen vervalt, maar ook, met dezelfde waarschijnlijkheid, misschien geen; als het gebeurt, ontlaadt de tegenbuis en door een relais laat een hamer los die een klein flesje waterstofcyanide verbrijzelt. Als men dit hele systeem een uur lang aan zichzelf heeft overgelaten, zou men zeggen dat de kat nog leeft als ondertussen geen enkel atoom is vergaan. De psi-functie van het hele systeem zou dit tot uitdrukking brengen door de levende en dode kat (vergeef me de uitdrukking) in gelijke delen te laten mengen of uit te smeren.
Het is typisch voor deze gevallen dat een onbepaaldheid die oorspronkelijk beperkt was tot het atoomdomein, wordt omgezet in een macroscopische onbepaaldheid, die vervolgens kan worden opgelost door directe observatie. Dat voorkomt dat we zo naïef zijn om een "wazig model" voor de representatie van de werkelijkheid als geldig te accepteren. Op zich zou het niets onduidelijks of tegenstrijdigs belichamen. Er is een verschil tussen een wankele of onscherpe foto en een momentopname van wolken en mistbanken.
-•Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (De huidige situatie in de kwantummechanica), Naturwissenschaften
(vertaald door John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
In eenvoudige bewoordingen stelde Schrödinger dat als je een kat en iets dat de kat zou kunnen doden (een radioactief atoom) in een doos stopt en deze verzegelt, je niet zou weten of de kat dood of levend was totdat je de doos opende, zodat de kat (in zekere zin) zowel "dood als levend" was totdat de doos werd geopend. Dit wordt gebruikt om weer te geven hoe de wetenschappelijke theorie werkt. Niemand weet of een wetenschappelijke theorie goed of fout is totdat die theorie getest en bewezen kan worden.
De natuurkunde kan worden onderverdeeld in twee soorten; de klassieke natuurkunde en de kwantummechanica. De klassieke natuurkunde verklaart de meeste fysieke interacties, zoals waarom een bal stuitert als hij valt. Het kan ook gebruikt worden om fysieke interacties te voorspellen, zoals wat er zal gebeuren als je een bal laat vallen. Er zijn echter enkele fysieke interacties die het niet verklaart; bijvoorbeeld hoe licht kan worden omgezet in elektriciteit. Kwantummechanica biedt een manier voor fysici om te verklaren waarom deze dingen gebeuren.
De interpretatie van Kopenhagen wordt gebruikt om uit te leggen wat er gebeurt met het kleinste deel van een atoom (een subatoomdeeltje) zonder er naar te kijken (observeren of meten). De wiskunde wordt gebruikt om te laten zien hoe groot de kans is dat er iets met het deeltje gebeurt. Een deeltje zou beschreven kunnen worden als zijnde 50% waarschijnlijk op de ene plaats op een bepaald moment, of 50% waarschijnlijk op de ene plaats op een ander moment. Dit kan ook worden uitgedrukt als een grafiek (of golfvorm). Dit is erg handig bij het maken van kwantumfysische berekeningen.
Maar de enige manier om 100% zeker te zijn van waar een deeltje zich bevindt, is door het te observeren. Tot het punt dat je het observeert, zegt de interpretatie van Kopenhagen dat het deeltje er is en er niet is. Alleen als je het deeltje observeert, weet je of het er wel of niet is.
Hoewel dit zinvol is in de kwantumfysica, is het niet zinvol in de klassieke (echte wereld)fysica.
Schrödinger wilde laten zien dat deze manier van denken over kwantummechanica tot absurde situaties zou leiden. Hij ontwierp een gedachte-experiment.
Een kat wordt in een van de buitenwereld afgescheiden kamer geplaatst.
Een geigerteller die de hoeveelheid radioactief verval en een beetje van een radioactief element in de ruimte telt.
Binnen een uur kan een van de atomen van het radioactieve materiaal vergaan (of afbreken omdat het materiaal niet stabiel is), of het kan niet.
Als het materiaal afbreekt, zal het een atoomdeeltje loslaten, dat de geigerteller zal raken, waardoor er gifgas vrijkomt, dat de kat zal doden.
De vraag is nu: is de kat aan het eind van het uur nog levend of dood? Schrödinger zegt dat volgens de interpretatie van Kopenhagen de kat, zolang de deur gesloten is, dood en levend is. Er is geen enkele manier om dat te weten totdat de deur wordt geopend. Maar door de deur te openen, bemoeit de persoon zich met het experiment. De persoon en het experiment moeten worden beschreven met verwijzing naar elkaar.
Door te kijken naar het experiment heeft de persoon het experiment beïnvloed, waardoor het ons misschien niet het juiste antwoord geeft.
Het gedachte-experiment is uitgevonden door Schrödinger om de dwaasheid van het denken over kwantumtoestanden voor grote objecten aan te tonen. Ook in de popcultuur wordt er vaak naar verwezen.
Een kat, met een geigerteller, en een beetje gif in een afgesloten doos. Quantummechanica zegt dat de kat na een tijdje zowel levend als dood is. Iemand die in de doos kijkt, zal de kat levend of dood vinden, maar er wordt aangenomen dat hij zowel levend als dood is voordat je in de doos kijkt.
Reële kattenfiguur in de tuin van de Huttenstrasse 9, Zürich, waar Erwin Schrödinger woonde 1921 - 1926. Afhankelijk van de lichtomstandigheden verschijnt de kat ofwel levend ofwel dood.
Gerelateerde pagina's
Vragen en antwoorden
V: Wat is de kat van Schrödinger?
A: De kat van Schrödinger is een gedachte-experiment over kwantumfysica, voorgesteld door Erwin Schrödinger in 1935 als reactie op de Kopenhagen-interpretatie van de kwantumfysica. Het gaat om een hypothetisch scenario waarbij een kat in een stalen kamer wordt geplaatst met een apparaat dat radioactief materiaal bevat en de kat mogelijk kan doden. De vraag die door het experiment wordt gesteld is of de kat al dan niet levend of dood zal zijn wanneer de doos wordt geopend.
V: Wat zegt de interpretatie van Kopenhagen over deeltjes?
A: De interpretatie van Kopenhagen stelt dat het onmogelijk is om met zekerheid te weten in welke toestand een deeltje zal verkeren totdat het is waargenomen, dus vóór de waarneming kan worden gezegd dat het in beide toestanden tegelijk bestaat.
V: Hoe toonde Schrödinger dit concept aan?
A: Schrödinger demonstreerde dit concept met zijn gedachte-experiment waarbij een kat in een verzegelde doos met radioactief materiaal werd geplaatst. Hij suggereerde dat totdat de doos werd geopend, men niet zou weten of de kat dood of levend was, zodat de kat tot dat moment in beide toestanden tegelijk zou bestaan.
V: Wat zijn twee soorten natuurkunde die in deze tekst worden genoemd?
Antwoord: Twee soorten natuurkunde die in deze tekst worden genoemd zijn de klassieke natuurkunde en de kwantummechanica. De klassieke fysica verklaart de meeste fysische interacties en kan fysische interacties voorspellen, terwijl de kwantummechanica een verklaring biedt voor sommige fysische interacties die de klassieke fysica niet kan verklaren.
V: Hoe beïnvloedt het waarnemen van iets een experiment?
A: Iets waarnemen kan een experiment beïnvloeden omdat men bij het waarnemen van een experiment de resultaten ervan kan verstoren door zijn aanwezigheid en handelingen tijdens de waarneming. Dit betekent dat de resultaten van een dergelijk experiment niet noodzakelijkerwijs de werkelijkheid nauwkeurig weergeven, omdat zij beïnvloed zijn door factoren van buitenaf.
V: Wat betekent "psi-functie"?
A: Psi-functie verwijst naar wiskundige vergelijkingen die worden gebruikt om te beschrijven hoe waarschijnlijk het is dat iets gebeurt binnen de kwantummechanica zonder er daadwerkelijk naar te kijken (observeren).
