Schröndinger macskája: a gondolatkísérlet története

Schrödinger macskája: a négy lábon járó paradoxon, amely nem él és nem is halott, illetve egyszerre él és halott. A józan paraszti ész erre azt mondatja velünk, hogy persze, vicces, érdekes meg minden, de azért ez így akkor is egy baromság, ilyen nincsen. A konyha-kvantumfizikusok (hogy nincs is ilyen szó? most már van!) ennek ellenére az elmélet publikálása óta, azaz napra pontosan 86 éve hivatkoznak rá mégis a legkülönbözőbb helyzetekben és szövegkörnyezetben.

Ezzel csak az a baj, hogy Schrödinger macskája egyrészt nem is elmélet, csupán egy gondolatjáték és illusztratív pedagógiai példa, másrészt maga Erwin Schrödinger is úgy gondolta, hogy az egész egy baromság, ezért is találta ki és publikálta 1935. november 29-én ezt a ránézésre is abszurd macskás példát. Megpróbáljuk megfejteni a történet lényegét és sikerének titkát, ehhez azonban kicsit el kell kalandoznunk az elméleti fizika és a kvantumelmélet univerzumában, de igyekszem érthető maradni. Hogy oldjam kicsit a súlyos felvetéseket, a rázósabb bekezdések után képeket mutogatok a saját macskámról, akit természetesen sosem zárnék dobozba és nem is kockáztatnám az életét máshogyan sem.

Fotó: Neményi Márton

Először is tisztázzuk, kik és mik is a kitalált helyzet szereplői. A közgondolkodásban mára általában annyi maradt az osztrák fizikus ötletéből, hogy van egy macska egy dobozban, és amíg ki nem nyitjuk, nem tudjuk, hogy él-e vagy halott; éppen ezért addig, amíg a dobozban van, egyszerre él és halott. A képlet azonban ennél bonyolultabb. A Schrödinger-féle gondolatkísérlethez szükségeltetik ugyanis:

• egy teljesen hermetikus, sem fényt, sem hangot, sem radioaktív sugárzást, sem mérges gázokat át nem engedő doboz;
• egy macska (szigorúan fiktív, tehát még a PETA sem tiltakozhat);
• némi folyamatosan bomló radioaktív anyag;
• egy Geiger-Müller-számláló;
• egy fiola mérges gáz.

Schrödinger a következő forgatókönyvet képzelte el: a macskát bezárjuk a dobozba minden más fenti tárggyal együtt. A számlálót hozzákötjük egy szerkezethez, amely kinyitja a fiolát, azaz kiengedi a mérges gázt. Ha a sugárzás elér egy bizonyos szintet, tehát, ha a radioaktív anyag bomlani kezd, a számláló pörögni kezd, bekapcsolja a szerkezetet, a fiola kinyílik és megöli a macskát. Mivel előre megjósolhatatlan, hogy a sugárzás mikor éri el a „megfelelő” szintet, egy órával azután, hogy a cica a dobozba került, pontosan ötven százalék az esélye annak, hogy meg is halt.

Fotó: Neményi Márton

És itt jön a lényeg: Schrödinger sosem vette komolyan ezt az egészet. Tudni kell, hogy a Nobel-díjas osztrák fizikus a kvantumelmélet egyik úttörője – azaz Einstein kollégája és egyébként hozzá mérhető koponya is – így aztán kissé méltatlan, hogy éppen erről a munkásságához képest butácska macskás példáról ismert a neve, de ez most mellékes. Ami fontos, hogy az elmélet szerint a kvantummechanikai rendszerekben a részecskék az úgynevezett szuperpozíció állapotába, azaz – leegyszerűsítve – egyidejűleg két helyzetbe kerülhetnek, például a van-nincs helyzetbe, azaz egyszerre léteznek és nem léteznek.

Nem baj, ha nem teljesen világos az egész, egyrészt azért, mert nagyon bonyolult, az elméleti, asztro- és egyéb fizika beható ismerete szükséges, és nem árt némi földtől elrugaszkodott, tudományos-fantasztikus gondolkodásmód és filozófiai affinitás. Másrészt – és főleg – meg azért, mert én sem egészen értem.

A lényeg, hogy a radioaktív anyag bomlását, például a spontán hasadást a kvantummechanika törvényei irányítják, így magától értetődőnek tűnt, hogy ezzel lehet a leghatásosabban illusztrálni a kvantumelméletet. A gondolatkísérlet tanulsága pedig az, hogy a doboz kinyitása előtti pillanatban az elmélet szerint nem egyszerűen nem tudjuk, hogy a macska él-e vagy halott, hanem konkrétan mindkettő egyszerre, pontosabban egyik sem: ilyenkor a macska lehetőségek összessége, már ami a saját létezését és életfunkcióit illeti. Az elméleti fizikusok szerint – leegyszerűsítve – a kvantumrészecskék szuperpozíciója miatt lehetséges ez, a filozófusok szerint pedig azért, mert azt, hogy a macska él-e vagy sem, valójában nem is a dobozba applikált méreg dönti el, hanem a megfigyelő: azzal, hogy kinyitjuk a dobozt és megnézzük, mi a helyzet odabent, mi magunk tesszük valósággá – ha úgy tetszik, okozzuk – a macska halálát. Eredetileg erre az elvont és, ha túl sokat gondolkodunk rajta, fejfájást okozó elméletre értették, hogy a kíváncsiság megölte a macskát – curiosity killed the cat –, azaz a kíváncsi ember okozza a macska halálát, nem a macska kíváncsisága.

Fotó: Neményi Márton

A csavar az egészben az, hogy miután Schrödinger segített leírni a kvantumelmélet alapjait, és végiggondolta a szuperpozíciók szerepét és jelentőségét a gyakorlatban, rövid úton úgy döntött, hogy

Ebből a lendületből kitalálta a macskás példát, hogy kollégáinak és a laikusoknak is illusztrálja, micsoda abszurd, a valóságtól elrugaszkodott dolog ez az egész kvantummizéria, majd átképezte magát, és innentől kezdve inkább biológiával foglalkozott. (Einstein egyébként megdicsérte a macskás gondolatkísérletet, szerinte is jó példa volt, sőt, ő maga is terjesztette, csak azonnal ölő, fájdalommentes méreg helyett robbanószerrel – nem tudni, mi baja volt a macskákkal.) Arról sem ő, sem Schrödinger nem tehetett, hogy a gondolatkísérlet nem csak pozitív példává vált az ezek után rohamosan fejlődő kvantummechanikában (amely valószínűleg a következő nagy áttörés lesz az űrutazás és a számítógépek terén), de utat talált a közgondolkodásba és a popkultúrába is, és a mai napig hivatkozik rá boldog-boldogtalan, függetlenül attól, tudja-e, honnan ered és miről szól.

A szuperpozíciókat továbbgondolva pedig megkaptuk a multiverzum-elméletet, amelyről a szuperhős-képregények (a közelgő Pókember-mozinak hála pedig hamarosan a Marvel-filmek) is szólnak. Akit érdekel a téma, annak mégis inkább a sokkal komolyabb és megrázóbb Devs című sorozatot ajánljuk a HBO-n.

Most, hogy ezen túlvagyunk, akár rá is térhetünk a kvantumszámítógépek működési elvére, a húrelméletre és az Einstein-Rosen-féle féregjáratokra. De inkább fejezzük be itt, mit szóltok? Tessék, itt van még egy kép a macskámról.

Fotó: Neményi Márton