Schrödinger'in kedisi

Schrödinger'in kedisi, Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmış, kuantum fiziğiyle ilgili olan, hakkında çok tartışma yapılmış bir düşünce deneyidir. Genellikle kuantum mekaniği ve Kopenhag Yorumuyla ilgili bir paradoks olarak bilinir.

Erwin Schrödinger tarafından 1935'te ortaya atılan bu düşünce deneyi bir kuantum süperpozisyon paradoksudur.^[1] Schrödinger, bu deneyle Kopenhag yorumundaki kuantum mekaniğinin problemlerini göstermek istemiştir. Bir kedi ölü ya da diri olabileceği rastgele bir duruma bırakılıyor ve karar vermek için gözlemlemeye ihtiyaç duyuluyor. Bu düşünce deneyi, kuantum mekaniğinin teorik yorumunu tartışmaya açtı.

Schrödinger’in kedisi deneyinde; bir kedi, küçük bir şişe zehir ve radyoaktif bir kaynakla kapalı bir kutuya bırakılır. Radyoaktif kaynağın bir saat içinde ışıma ihtimali ışımama ihtimaline eşittir. Eğer içerideki sensör radyoaktiflik algılarsa küçük şişeyi kıran mekanizma çalışır, zehir kediyi öldürür.  Kopenhag yorumuna göre bir saatin sonunda kedinin canlılık ve ölülük halleri eşdeğerdir. Yalnızca kutu açılıp gözlemlendiğinde bu durumlardan biri gerçek olur.

Kuantum mekaniği
${\displaystyle {\hat {H}}|\psi (t)\rangle =i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle }$
Giriş Terimler dizini Tarih
Özgeçmiş Klâsik mekanik Eski kuantum teorisi Bra-ket gösterimi Hamiltonian Girişim
Temeller Tamamlayıcılık Uyumsuzluk Dolanıklık Enerji seviyesi Ölçümler Yerbilmezlik Kuantum sayısı Durum Üst üste gelme Simetri Tünelleme Kararsızlık Dalga fonksiyonu (çöküş)
Deneyler Afshar Bell'in eşitsizliği Davisson–Germer Çift yarık Elitzur–Vaidman Franck–Hertz Mach–Zehnder Popper Kuantum silgisi (geç seçim) Schrödinger'in kedisi Stern–Gerlach Wheeler'in geç seçim
Formülleştirmeler Genel bakış Heisenberg Etkileşim Matris Faz-uzayı Schrödinger Toplam tarihler (yol integrali)
Denklemler Dirac Klein–Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Yorumlar Genel bakış Bayes savunma Kalıcı tarihleri Kopenhag de Broglie–Bohm Ensemble Hidden-değişkeni Çoklu dünyalar Von Neumann Objektif çöküş Kuantum mantığı İlişkisel Olaslıksal işlem
İleri konular Kuantum kaos Kuantum bilgisayarı Yoğunluk matrisi Kuantum alan kuramı Franksiyonel kuantum mekaniği Kuantum bilgi bilimi Göreli kuantum mekaniği Dağılma teoremi Kuantum istatiksel mekanik
Bilim adamları Bell Blackett Bohm Bohr Born Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fok Fermi Feynman Heisenberg Hilbert Jordan Kramers von Neumann Pauli Lamb Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger

Schrödinger bu düşünce deneyini, ismini Einstein, Podolsky ve Rosen'den alan EPR paradoksunun bir tartışması olarak 1935'te tasarladı.^[3][4] EPR paradoksu, atom ve fotonların aynı anda birden fazla durumda olabildiği kuantum süperpozisyonunun genel kanıya aykırılığını gösteriyordu.

Schrödinger, bu konuda Einstein ile mektuplaştı. Bu mektuplardan birinde Einstein ona, bir fıçı kararsız barutun, belli bir süreden sonra hem patlamış hem de patlamamış durumlara sahip olacağından bahsetti.^[4]

Schrödinger, bu anlaşılmaz durumu daha iyi resmetmek için süperpozisyondaki bir kuantum parçacığına bağımlı daha büyük bir sistem tarif etti. Bu sistemde bir kedi çelik bir odada hapsedilmişti ve kedinin hayatı bir atomun radyoaktivitesine bağlıydı. Schrödinger'e göre Kopenhag yorumu, oda gözlemlenene kadar kedinin hem ölü hem canlı olduğunu söylemeliydi. Schrödinger ölü-canlı kedilerin gerçekten var olabileceğini iddia etmemiş, tam tersine bu kuantum mekaniği yorumunun absürtlüğünü göz önüne çıkarmak istemişti.^[1]

Schrödinger’in zamanından beri kuantum mekaniğinin yorumları değişikliğe uğramış ve yeni yorumlar ortaya çıkmıştır. Bu yorumların Schrödinger'in kedisi deneyine bakışları değişiklik gösterir.

Kopenhag yorumu kuantum mekaniğinde en yaygın rağbet gören yorumlamadır. Kopenhag yorumlamasında gözlem yer aldığında sistem durumların süperpozisyonu olmaktan çıkar ve her ikisinden biri haline gelir. İyi tanımlanmamış yorumda bu düşünülmüş deney aslında doğanın ölçülebildiğini ya da gözlenebildiğini gösterdi. Kutu kapalıyken bu deney anlamlı yorumlanabilirdi, sistem anlık süperpozisyon durumuna geçtiğinde iki durum söz konusu (çürümüş çekirdek-ölü kedi, çürümemiş çekirdek-canlı kedi) ve sadece kutu açılıp gözlemlendiğinde dalga fonksiyonunun iki durumdan birinde kaldığı bilinebilir.

Kopenhag yorumuyla ilişkili bilim adamlarından biri olan Niels Bohr deneye farklı bir yorum getirdi: Bilinçli bir gözlemciye göre kutu açılmadan önce kedi ölü ya da diri olabilirdi. Kuantum dalga fonksiyonun geçersiz kalması için asıl deneyin sonucunun yalnız bir ölçüm aracıyla alınması (mesela sadece Geiger sayacıyla) yeterliydi.^[5][6]

Durum vektörü tek kedi deneyine uygulanamaz ama sadece pek çok hazırlanmış kedi deneyinin istatistiğidir. Ensemble yorumunu destekleyenler Schrödinger’in kedisi paradoksunun gereksiz olduğunu söylediler.

İlişkisel yorumlama gözlemciler arasında hiçbir temel ayrım yapmaz: İnsan, kedi ve aparatlar, canlı ya da cansız aynı statüye sahiptir. Bütün kuantum sistemleri dalga fonksiyonu evrimine dayalı kurallar tarafından yönetilir ve hepsi gözlemciyle ilişkilendirilir. Ama ilişkisel yorumlama aynı serinin etkinliklerini takip eden farklı gözlemcilerin sahip oldukları sistem hakkındaki bilgilere bağlıdır. Aynı zamanda kedi kutunun içindeki sistemin gözlemcisi olarak düşünülebilir. Kutu açılmadan önce doğası gereği canlı ya da ölü olması gereken kedi deney aletleri hakkında gerekli bilgiye sahiptir ama deneyci kutunun durumu hakkında bilgi sahibi değildir. Bu şekilde iki gözlemci de anlık olarak durumu farklı hesaplar.

Nesnel çarpışma teorilerine göre, süperpozisyonlar bazı nesnel eşik değerlerinde (gözlemciden bağımsız olarak) ortadan kalkarlar. Bu yüzden kutu açılmadan önce kedinin durumu sabitlenir. Başka bir deyişle “kedi çevresini gözler” ya da “çevresi kediyi gözler.”

Nesnel çökme teorileri, süperpozisyonun zamanla yok olmasını açıklayabilmek için kuantum mekaniğinde değişikler yapılmasını gerektirir.^[7]

Bu deney tamamen teoriktir ve bahsedilen düzeneğin bilinen bir örneği yapılmamıştır. Ancak benzer prensipleri gösteren başarılı deneyler yapılmıştır. Örneğin, kuantum standartlarında büyük sayılabilecek nesnelerin süperpozisyonu deneyle gösterilmiştir.^[8] Bu deneyler kedi büyüklüğünde nesnelerin çift durumlu hale getirebileceğini kanıtlamasa da, "kedi durumu"'na sahip olabileceği bilinen nesne boyutunun üst sınırını artırmıştır. Çoğu zaman, hatta sistem sıfır sıcaklıkta olduğunda bile, süperpozisyon çok kısa sürer.

Wigner’ın arkadaşı deneyinde, dışarıda iki gözlemci vardır. Birinci gözlemci açarak kutuyu kontrol eder ve ikinci gözlemciyle iletişim kurar. Buradaki mesele, dalga fonksiyonu çarpıştığında birinci gözlemci kutuyu açarsa, ikinci gözlemcinin haberi olup olmayacağını anlamak ve birinci gözlemcinin gözlemiyle bunu denetlemektir.

• Kuantum mekaniğinin yorumları
• Popüler kültürde Schrödinger'in kedisi

Wikimedia Commons'ta Schrödinger'in kedisi ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

• Schrödinger's cat in audio25 Mayıs 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. produced by Sift25 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Erwin Schrödinger, The Present Situation in Quantum Mechanics (Translation)13 Kasım 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• The EPR paper10 Ocak 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.