Schrödinger’s cat

Vorig jaar heb ik me verdiept in de speciale relativiteitstheorie en vanuit daar een klein stukje in de kwantumtheorie. Al met al blijft het een lastig onderwerp, waarschijnlijk heb ik te weinig IQ om snel en eenvoudig deze dingen op te nemen…

In de kwantumtheorie wordt vaak de paradox van Schrödinger’s cat aangehaald. Voor de trouwe kijkers van de Big Bang Theory komt deze naam wellicht bekend voor, want Sheldon heeft het er in seizoen 1 volgens mij ook over. Erwin Schrödinger is één van de wetenschappers die de aanzet gaven tot de kwantummechanica als model van gedrag van het universum op subatomaire schaal. In de kwantumtheorie wordt de werkelijkheid op een totaal andere manier benader dan in de klassieke natuurkunde (zoals de speciale relativiteitstheorie). Waar in de klassieke natuurlijk wordt uitgegaan dat er een waarnemer-onafhankelijke werkelijkheid is, gaan stromingen in  de kwantumtheorie er vanuit dat geen waarnemer-onafhankelijke werkelijkheid is. Met andere woorden: het bestaan van een deeltje is niet zeker totdat het geobserveerd wordt.

Tegen deze theorie kwam Erwin Schrödinger hevig in verzet. Hij stelde daarom een gedachte-experiment voor, dat uiteindelijk bekend is geworden als Schrödinger’s cat:

“Een kat wordt in een stalen ruimte opgesloten, samen met de volgende helse machine (die men afschermen moet tegen direct ingrijpen van de kat): in een buisje zit een minuscuul klein beetje van een radioactief element, zo weinig, dat gedurende een uur mogelijk een van de atomen vervalt, maar even waarschijnlijk ook niet. Vervalt een atoom, dan detecteert een geigerteller dat en laat via een relais een hamertje vallen, dat een flesje met blauwzuur stuk slaat. Als men dit systeem een uur lang aan zichzelf heeft overgelaten, dan zal men zeggen dat de kat nog leeft als intussen geen atoom vervallen is. Het eerste atoom dat vervalt zou de kat vergiftigd hebben. De toestandsfunctie van het hele systeem zou dat zo uitdrukken, dat daarin de levende en de dode kat gelijktijdig gemengd voorkomen. Het kenmerkende aan zulke gevallen is, dat een oorspronkelijk tot atomair bereik beperkte onbepaaldheid zich vertaalt in grofzintuigelijke onbepaaldheid, waarover dan door directe waarneming beslist kan worden.” (vertaling van oorspronkelijke experiment van Schrödinger)

Als het waar is dat een deeltje niet bestaat totdat het geobserveerd wordt, dan is het onzeker of de hamer ooit zal vallen. Pas tot het moment dat de doos wordt geopend is niet zeker wat er is gebeurd. Dit betekent dat zolang de doos dicht is, de kat tegelijkertijd in leven als dood kan zijn. Zonder observatie is het niet te bepalen. Volgens Schrödinger toonde dit experiment aan dat de bestaansonzekerheid niet zinnig is als gevolg van de kwantumtheorie en dat deze theorie niet correct is. Volgens andere wetenschappers toont het experiment juist de onzekerheid aan die in het universum is ingebouwd; het bestaan van een deeltje is niet zeker totdat het is geobserveerd.