კვანტური ფილოსოფია ანუ რა არის შრედინგერის კატა?

0
793

შრედინგერის კატა” – ეს არის გონებრივი ექსპერიმენტი, წარმოდგენილი კვანტური ფიზიკის ერთ-ერთი პიონერის ერვინ შრედინგერის მიერ, რათა ეჩვენებინა, თუ რამდენად უცნაურად გამოიყურებიან კვანტური ეფექტები მაკროსკოპული სისტემების მიმართ. ყველაფერ ამას შევეცდები მარტივი სიტყვებით აგიხსნათ ამ სტატიაში (ამასთანავე ბატონო ფიზიკოსებო ძალიან ნუ განმსჯით, რადგან ფრაზა “უხეშად რომ ვთქვათ”,  ყველა წინადადების წინ არის ნაგულისხმევი).

ძალიან მცირე მასშტაბებში სამყარო შედგება საგნებისაგან, რომელთა ქცევა საკმაოდ უჩვეულოა. ასეთი ობიექტის ერთ-ერთი ყველაზე უცნაური თვისებაა, უნარი იმყოფებოდეს ორ ურთიერთგამომრიცხავ მდგომარეობაში ერთდროულად.  ინტუიტიური თვალსაზრისით კიდევ უფრო უჩვეულოა ის ფაქტი, რომ მიზანმიმართული დაკვირვების აქტი აღმოფხვრის ამ გაურკვევლობას და ობიექტი, რომელიც ახლახანს იმყოფებოდა ერთდროულად ორ ურთიერთგამომრიცხავ მდგომარეობაში, დამკვირვებლის წინაშე წარსდგება მხოლოდ ერთ-ერთი მათგანით.

სუბატომურ დონეზე, ყველა ეს ხრიკი დიდი ხანია ცნობილია. არსებობს მათემატიკური აპარატი, რომელიც აღწერს ამ პროცესებს, რომელთა ცოდნამ სხვადასხვა გამოყენება ჰპოვა: მაგალითად, კომპიუტერებსა და კრიპტოგრაფიაში.

მაკროსკოპულ დონეზე კი იგივე ეფექტი არ შეინიშნება: ჩვეულებრივ, ჩვენთვის ნაცნობი ობიექტები ყოველთვის ერთნაირ, კონკრეტულ მდგომარეობაში იმყოფებიან.

და ახლა გონებრივი ექსპერიმენტი! ავიყვანოთ კატა და ჩავსვათ ყუთში. იქვე განვათავსოთ ყოლბა მომწამვლელი გაზით, რადიოაქტიური ატომი და გეიგერის მრიცხველი (არ სცადოთ სახლში გამეორება). რადიოაქტიური ატომი შესაძლოა დაიშალოს ნებისმიერ წამს. ატომის დანაწევრების შემთხვევაში მრიცხველი გამოავლენს რადიაციას, მარტივი მექანიზმი დაამტვრევს გაზიან ყოლბას და ჩვენი კატა მოკვდება, ხოლო თუ ეს არ მოხდება, კატა გადარჩება.

დავხუროთ ყუთი. ამ მომენტიდან, კვანტური მექანიკის თვალსაზრისით, ჩვენი ატომი იმყოფება გაურკვეველ მდგომარეობაში. ის 50%-ის ალბათობით დაიშლება, ხოლო 50%-ით არა. სანამ ჩვენ გავხსნით ყუთს და ჩავიხედავთ შიგნით, ატომი ამ ორ მდგომარეობაში იქნება. იმის გათვალისწინებით, რომ კატის სიცოცხლე ამ ატომზეა დამოკიდებული, ფაქტობრივად ის ერთდროულად ცოცხალიც არის და მკვდარიც. სწორედ ასე აღწერდა ამ სიტუაციას კვანტური თეორია.

შრედინგერს არც კი წარმოედგინა, თუ რა ხმაურს გამოიწვევდა მისი იდეა. რა თქმა უნდა, ექსპერიმენტი ორიგინალი აღწერითაც კი ძალიან უხეშია და არ აკმაყოფილებს სამეცნიერო წესებს: შრედინგერს სურდა, კოლეგებამდე მიეტანა იდეა, იმის შესახებ, რომ აუცილებელია თეორიას დაემატოს მკაფიო განმარტებები იმ პროცესებზე, როგორიცაა “დაკვირვება”,  რათა გამოირიცხოს კატების სცენარი მისი იურიდიქციიდან.

კატის იდეას იყენებდნენ იმისთვისაც, რომ “დაემტკიცებინათ” ღმერთის არსებობა, როგორც ზეგონიერისა, რომელიც უწყვეტი დაკვირვებით ქმნიდა შესაძლებლობას ჩვენი არსებობისა. სინამდვილეში “დაკვირვება” არ გულისხმობს შეგნებულ დაკვირვებას, რაც უკარგავს კვანტურ ეფექტებს გარკვეულ მისტიკას. მიუხედავად ამისა, დღესდღეობით კვანტური ფიზიკა რჩება აუხსნელი მოვლენებისა და ინტერპრეტაციების მეცნიერების წინა პლანზე.

მიკროსამყაროს ობიექტების ქცევა მნიშვნელოვნად განსხვავდება იმ ობიექტების ქცევისაგან, რომელთანაც ჩვენ ჩვეულებრივ გვაქვს შეხება. მაგალითად, ელექტრონს შეუძლია გაფრინდეს ორ სხვადასხვა დაშორებულ ადგილას, ან ერთდროულად იმყოფებოდეს ატომის ორ სხვადასხვა ორბიტაზე. იმისათვის, რომ აღეწერათ ეს მოვლენა, შექმნეს კვანტური ფიზიკის თეორია. ამ თეორიის მიხედვით, ნაწილაკებს შეუძლიათ გაიფანტნონ სივრცეში, მაგრამ თუ თქვენ გსურთ, რომ დაადგინოთ ნაწილაკის მდებარეობა, თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ აღმოაჩინოთ ის  მთლიან ნაწილაკში, თითქოს ის რაღაც გარკვეულ ადგილას გაფანტული მდგომარეობიდან გაერთიანდა. ითვლება, რომ სანამ თქვენ არ განსაზღვრავთ ნაწილაკების მდებარეობას, მას საერთოდ არ ექნება ის. ფიზიკას მხოლოდ შეუძლია განსაზღვროს, თუ როგორი ალბათობით და რომელ ადგილას შეგიძლიათ აღმოაჩინოთ ნაწილაკები.

კვანტური ფიზიკის ერთ-ერთმა დამაარსებელმა ერიკ შრედინგერმა დასვა კითხვა: რა მოხდებოდა, თუ გაზომვის შედეგების მდგომარეობა დამოკიდებული იქნებოდა მიკრონაწილაკის რაღაც მოვლენის მოხდენაზე. მაგალითად, ეს შეიძლება განხორციელდეს შემდეგი გზით: მიიღოთ რადიოაქტიური ატომი, თუნდაც ერთ საათში. ატომი შეიძლება მოვათავსოთ გაუმჭვირვალე ყუთში, ჩავდოთ მოწყობილობა, რომელზეც მოხვედრილი რადიოაქტიური პროდუქტი ხლიჩავს მომწამლავ გაზიან ამპულას, ხოლო ჩემდეგ ჩავსათ ამ ყუთში კატა. მაშინ თქვენ ვერ შეხედავთ გაიხლიჩა თუ არ ატომი, კვანტური ფიზიკის მიხედვით ერთდროულად ატომი შეიძლება გაიხლიჩა, ან არა, ხოლო კატა მკვდარია ან ცოცხალი. ასეთ კატას ეძახდნენ შრედინგერის კატას.

ალბათ გასაოცრად გეჩვენებათ, რომ კატა შეიძლება ერთდროულად ცოცხალიც იყოს და მკვდარიც. თუმცა, ოფიციალურად არ არსებობს წინააღმდეგობა და ეს არ უარყოფს კვანტურ ფიზიკას, მიუხედავად ამისა, შეიძლება გაგიჩნდეთ კითხვები, მაგალითად: ვის შეუძლია განახორციელოს ატომის დაშლა გაურკვეველ მდგომარეობაში? როგორ გრძელდება დაშლის პროცესი? ან როგორ უნდა მოხერხდეს ისე, რომ ვინც ანხორციელებს დაშლას თვითონ არ დაშავდეს კვანტური ფიზიკით? აქვს თუ არა ამ კითხვებს აზრი? მათზე პასუხები ჯერ კიდევ გაურკვეველია.

როგორც ჰეიზენბერგი განმარტავდა, გაურკვევლობის პრინციპის გამო, ობიექტს კვანტურ მიკროსამყაროში განსხვავებული ხასიათი აქვს, ვიდრე  ნიუტონის აღწერით.

ჩვენ, მექანიკურ მოძრაობას სივრცული კოორდინატებისა და სიჩქარის მეშვეობით აღვწერთ, მაგალითად ბილიარდის ბურთის მოძრაობა მაგიდაზე, თუმცა კვანტურ მექანიკაში ეს სრულიად სხვანაირად, ტალღური ფუნქციებით გამოიხატება. “ტალღების” აზიდვა სივრცეში ნაწილაკების მოძიების მაქსიმალურ ალბათობას შეესაბამება. ასეთი ტალღის მოძრაობა შრედინგერის განტოლებით გამოითვლება, რომელიც აღწერს, თუ როგორ იცვლება დროში კვანტური სისტემის მდგომარეობა.

ახლა რაც შეეხება კატას. ყველასთვის ცნობილია, რომ კატებს ყუთში დამალვა უყვართ. შრედინგერმაც იცოდა ამის შესახებ, უფრო მეტიც, სუფთა სკანდინავიური ფანატიზმით, ეს ფაქტი, გამოიყენა ცნობილ გონებრივ ექსპერიმენტში. მისი არსი იყო ის, რომ კოლოფში, ჯოჯოხეთურ მანქანასთან ჩაკეტა კატა, მანქანა რელეს მეშვეობით მიერთებული იყო კვანტურ სისტემასთან, მაგალითად რადიოაქტიურ  ნივთიერებასთან, რომლის დაშლის ალბათობა 50%ია. ჯოჯოხეთური მანქანა მუშაობს, როდესაც სისტემის კვანტური მდგომარეობა იცვლება და კატა კვდება.

ექსპერიმენტის კოპენჰაგენური ინტერპრეტაცია გვეუბნება, რომ სისტემა წყვეტს იყოს ერთიან მდგომარეობაში და ირჩევს ერთ-ერთ მომენტს, როცა მიმდინარეობს დაკვირვება, იგივე გაზომვა. გაზომვის ფაქტი  ცვლის ფიზიკურ რეალობას, რასაც ტალღური ფუნქციის კოლაფსამდე მივყავართ. დაფიქრდით, ექსპერიმენტი, გაზომვა და მათი დამაკავშირებელი, ცვლის რეალობას ჩვენს გარშემო. პირადად მე ეს ფაქტი ტვინს მირევს, უფრო მეტად, ვიდრე ალკოჰოლი. სტივ ჰოკინგიც ძალიან განიცდიდა ამ პარადოქსს, რეაქციის სიმძიმე დაკავშირებულია იმასთან, რომ მისი აზრით, დამკვირვებელის როლი ტალღური ფუნქციის კოლაფსში ძალიან გადაჭარბებულია.

კიდევ ერთი უახლესი ინტერპრეტაცია შრედინგერის გონებრივი ექსპერიმენტისა არის შელდონა კუპერის მონათრხრობი – “დიდი აფეთქების თეორია”, რომელიც ნაკლებად განათლებულ, მეზობელ პენის მოუყვა. მონათხრობის არსი მდგომარეობდა იმაში, რომ შრედინგერის კატის კონცეფცია შეიძლება გამოეყენებინათ ადამიანებთან ურთიერთობაში, გაეგოთ, თუ როგორი დამოკიდებულება იყო ქალსა და კაცს შორის, როგორი ურთიერთობა აქვთ მათ, კარგი თუ ცუდი – საჭიროა უბრალოდ გახსნათ ყუთი, ხოლო მანამდე ურთიერთობა შეიძლება იყოს ერთდროულად კარგიც და ცუდიც.

ამირან კილაძე, ეკონომისტი