شرح تناقض گربه‌ی شرودینگر

تنافض گربه‌ی شرودینگر که به وسیله‌ی اروین شرودینگر مطرح شده است یک آزمایش تفکری کلیدی می‌باشد که نظریه‌ی کوانتوم انطباق را شرح و توضیح می‌دهد.
اروین شرودینگر برای تأکید بر شگرفی مکانیک کوانتومی و شرح احتمال اظهار داشت "من این را دوست ندارم و از این که اصلاً با آن سر و کار داشتم متأسفم می‌باشم".
چیزهای کوچکی می‌باشند که به همان اندازه‌ای که برای دوست داران گربه (و فیزیک) آزار دهنده و رنج آور هستند برای تناقض گربه‌ی شرودینگر نیز می‌باشند. بله، مکانیک کوانتومی رفتار جنون آمیز ذرات در سطح درون اتمی را توضیح می‌دهد. حداقل در گفتن دچار سر درگمی می‌شویم اما این نظریه هم چنین یکی از موفقیت آمیزترین نظریات علمی‌ای می‌باشد که در قرن بیستم گسترش یافته است. ما (من جمله بسیاری از فیزیک دانان قدیمی) بر این باور می‌باشیم که جهان در حالتی خاص قرار دارد و ما می‌توانیم با انجام مشاهدات دقیق به این حالت خاص پی ببریم.
این امر با بی اعتنایی توسط نظریه‌ی کوانتوم که باور دارد هیچ گونه حالت خاصی در یک سیستم میکروسکوپی‌ مانند اتم وجود ندارد کنار گذاشته می‌شود. تنها با "مشاهده" می‌توان حالتی را که ذره در آن است تشخیص داد. تا آن زمان ذره به وجود خود در چندین حالت ادامه خواهد داد. این امر "انطباق کوانتومی" نامیده می‌شود. انطباق ذرات با اندازه گیری شکسته می‌شود. گیج کننده یا متناقض می‌باشد؟ خوب، این تمام چیزی است که نظریه‌ی کوانتوم درباره‌ی آن می‌باشد.
نظریه‌ی کوانتوم با گربه چه کار دارد؟ ما تنها می‌توانیم این را از خود اروین شرودینگر، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل که تناقض گربه‌ای پیشنهادی وی در سال 1935 به چنان آوازه‌ای رسید که موجب شد اخیراً گوگل تصمیم گرفت به افتخار 126 امین سال روز تولد وی دودل خود را تم گربه اختیار کند بپرسیم. گربه‌ی شرودینگر یکی از محبوبترین آزمایشات فکری (گدانکن اکسپریمنت) می‌باشد که به توضیح ابهام کوانتومی می‌پردازد ـ شرحی استاندارد در فیزیک کوانتوم برای توضیح ناقص بودن تفسیر سیستم فیزیکی.

تناقض گربه‌ی شرودینگر چیست؟

تناقض گربه‌ی شرودینگر یک آزمایش فکری می‌باشد که فیزیک دان اتریشی اروین شرودینگر آن را به عنوان مبحثی در مقاله‌ی EPR (مخفف انیشتین، پودولسکی و روزن) در نظر گرفت. مقاله‌ی EPR به گیرهای کوانتومی نظاره کرد که در آن ذرات دو گانه به نحوی به یک دیگر پیوسته‌اند که به هنگامی که شما یک ذره را اندازه‌گیری می‌نمایید دیگر ذرات قابل تشخیص باشند.
شرودینگر که هم ساز با شرح استاندارد فیزیک کوانتوم نبود در ارتباطاتش با آلبرت انیشتین با آزمایش فکری تناقضی برای رد کردن شرح کوپنهاگن برخورد نمود. شرودینگر برای توضیح نظریه‌اش گربه‌اش را درون یک جعبه‌ی فلزی قرار داد (البته به طور نظری) که هم چنین شامل یک ماده رادیواکتیو، تابش سنج گایگر، (شیمى‌) اسید هیدروسیانیک‌ (N‏C‏H‏ -‏ زهرین‌ و بى‌رنگ‌ و آبگ ونه‌ داراى بوى بادام‌ تلخ‌) و یک چکش می‌شود. زمانی که اتم ماده‌ی رادیواکتیو وا می‌پاشد، این امر به وسیله‌ی تابش سنج گایگر آشکار سازی می‌شود و به نوبه‌ی خود چکش را فعال می‌سازد تا اسید را آزاد سازد و گربه را بکشد. از آن جایی که اتم رادیو اکتیو در حالتی از انطباق قرار دارد و %50 این احتمال وجود دارد که واپاشی شود و یا نه، این امر به دیگر حوادث مرتبط آن نیز تسرّی پیدا می‌کند. این امر بر سرنوشت گربه نیز تأثیر می‌گذارد و همان طور که شرودینگر اظهار داشت "به یک اندازه احتمال دارد مرده و یا زنده باشد" تا این که این امر مشاهده شود. پس بنا بر نظریه‌ی کوانتوم می‌تواند هم زمان مرده و زنده باشد.
انطباق به هنگامی که شخصی در جعبه را بردارد تا ببیند که آیا گربه مرده است و یا زنده در هم می‌شکند. این امر تناقض و یا ابهام ناظر دانسته می‌شود و منجر به "عدم انسجام" می‌شود، جایی که احتمالات در قالب یک واقعیت انسجام پیدا می‌نمایند. در این مورد ناظر و یا سیستم اندازه گیری با آزمایش سر در گم می‌شود.

این امر چگونه شگرف بودن کوانتوم را توضیح می‌دهد؟

اندازه گیری اشیاء میکرو سکوپیک و ماکرو سکوپیک

تناقض گربه‌ی شرودینگر تضاد آشکار بین اشیائی که در سطح میکرو سکوپیک قابل مشاهده می‌باشند و آنهایی که می‌توان با چشم غیر مسلح دید را شرح و توضیح می‌دهد. در حالی که ممکن است تناقض بالا به خوبی برای عناصر میکرو سکوپی کار کند اما همین قوانین را نمی توان برای اشیاء بزرگتر و روزمره به کار برد. ذرات میکرو سکوپیک به مانند الکترونها را تنها می‌توان با اندازه گیری مشاهده نمود. در حالی که آنها در برخی آزمایشات موجی شکل عمل می‌کنند اما در برخی دیگر ذره مانند عمل می‌نمایند و مسیرهای خط مستقیم را دنبال می‌کنند و یا به هم برخورد می‌کنند و پراکنده می‌شوند. انجام آزمایشات بدون عوض نمودن حالت عناصر میکرسکوپیک غیر ممکن می‌باشد. بر خلاف این مورد، اشیاء روزمره همواره در یک حالت می‌باشند و ما می‌توانیم اندازه گیری‌ها را بدون عوض کردن این حالت به انجام برسانیم.

چه زمانی انطباق‌ها در هم می‌شکنند

هر چند نظریه‌ی کپنهاگن اظهار می‌دارد به هنگام باز شدن جعبه انطباق‌ها در هم می‌شکنند و مشاهده به انجام می‌رسد اما قادر به ذکر کردن این نکته نمی باشد که چگونه چنین انطباق ناظر محوری رخ می‌دهد و یا این که چرا نتیجه‌ای خاص برخلاف نتیجه‌ی دیگر رخ می‌دهد. این مطلب ما را به سؤال مشهور درختی در جنگل می‌رساند که این طور عنوان می‌کند که "آیا وقتی درختی در جنگلی تنها قرار می‌گیرد و کسی در نزدیکی نیست تا صدایش را بشنود، از خود صدا تولید می‌کند؟" آیا تنها به این علت که ما نتایج را مشاهده نمی‌نماییم دلیل بر این مدعا می‌شود که اتفاقی پیش نیامده است؟
جدای از شرح کوپنهاگن شرح و تفسیر همگانی هیو اورت نیز وجود دارد که این طور شرح می‌دهد که وقتی در جعبه باز می‌شود ناظر و مشاهده‌گر در واقعیتی گربه‌ی زنده را و در واقعیتی دیگر گربه‌ی مرده را می‌بیند. علی رغم فکر ناراحت کننده‌ی گربه‌ی مرده، تناقض گربه‌ی شرودینگر سؤالات بسیار مهمی را درباره‌ی نظریه‌ی کوانتوم و به اصطلاح شگرفی آن مطرح می‌سازد. این نظریه مشکلات و نتیجه گیری مشاهده‌ی سیستم‌های درون اتمی و به ویژه زمانی که در جهان ماکروسکوپی بزرگتری به کار برده می‌شود را شرح و نوضیح می‌دهد.