V tomto blogovém příspěvku se budeme zabývat omezeními kodaňské interpretace prostřednictvím Schrödingerovy kočky, reprezentativního myšlenkového experimentu v kvantové mechanice.
Kvantová teorie je fyzikální teorie, která vysvětluje mikroskopický svět. Mikroskopický kvantový svět označuje svět o velikosti přibližně 1 nanometru. Až do 19. století byla za fyzikální pravdu považována klasická mechanika, reprezentovaná Newtonovou mechanikou. S rozvojem kvantové teorie však klasická mechanika prošla zásadní změnou.
Kvantová teorie, která vznikla v roce 1900, a teorie relativity, která vznikla v roce 1905, měly zásadní dopad nejen na vědu, ale i na lidskou kulturu a společnost. V klasické mechanice, reprezentované Newtonovou mechanikou, je „hmota“ středem světa. Hmota má hmotnost, polohu, kinetickou energii a potenciální energii. Úlohou a účelem klasické mechaniky je předpovídat budoucnost výpočtem pohybu hmoty a jeho potvrzením experimenty. V materialistickém světonázoru může hmota existovat nezávisle. I když ji někdo pozoruje nebo s ní experimentuje, je „skutečná“. Tato teorie se nazývá determinismus nebo realismus. Dvěma reprezentativními osobnostmi, které v tento determinismus věřily a prováděly výzkum, byli Einstein a Schrödinger. V roce 1935 Schrödinger provedl slavný myšlenkový experiment s názvem „Schrödingerova kočka“.
V tomto myšlenkovém experimentu se objeví alfa částice a kočka. Kočka je umístěna v krabici, která je zcela izolovaná od okolního světa. Tato krabice je připojena k nádobě naplněné jedovatým plynem. Jedovatý plyn je blokován ventilem a nemůže vstoupit do krabice a nádoba s jedovatým plynem je také zcela izolována od okolního světa, takže není možné zjistit, zda je ventil otevřený. Ventil je připojen k přístroji, který detekuje záření. Přístroj je nastaven tak, aby detekoval alfa částice emitované během rozpadu radia, které má 50% pravděpodobnost rozpadu za jednotku času, a otevře ventil, když detekuje takové částice. Pokud je ventil otevřen, kočka zemře vdechnutím jedovatého plynu. Poté, po uplynutí této jednotky času, bude mít kočka 50% šanci, že je naživu, nebo mrtvá. Pokud jde o tento myšlenkový experiment, deterministé se domnívají, že i bez kontroly po uplynutí jednotky času bude určeno, zda je kočka mrtvá, nebo živá. Jinými slovy, Schrödinger tvrdil, že kočka, která je zároveň mrtvá i živá, neexistuje. Věřil, že kvantová mechanika je neúplná a nereálná.
Reprezentativní myšlenkovou školou, která se staví proti výše popsanému determinismu a realismu, je Kodaňská škola, která tvrdí, že kočka, která byla zároveň mrtvá i živá, existuje. Mezi reprezentativní osobnosti Kodaňské školy patří Niels Bohr a Werner Heisenberg. Jednoduše řečeno, Kodaňská interpretace uvádí, že před měřením jsou vlnové funkce vyjádřeny jako pravděpodobnostní superpozice více stavů a když pozorovatel provede pozorování, dojde ke „kolapsu vlnové funkce“ a vlnová funkce je určena jako v jednom stavu. V klasické mechanice se předpokládalo, že fyzikální objekty existují v jednom ze dvou stavů, buď jako částice, nebo jako vlny, ale Kodaňská škola Bohra věřila, že fyzikální objekty mohou existovat v obou stavech současně. Později Heisenberg oznámil „princip neurčitosti“, který říká, že polohu a hybnost částice nelze přesně měřit současně. V kodaňské interpretaci je Schrödingerova kočka, zmíněná dříve, interpretována jako živá i mrtvá, zatímco je krabice zavřená, ale v okamžiku, kdy je krabice otevřena, aby se zkontroloval stav kočky, musí být určeno, že se kočka nachází v jednom ze dvou stavů. Jinými slovy, klíčovým bodem kodaňské interpretace je, že hodnota fyzikální veličiny má význam až po jejím změření.
Zde bych rád položil následující otázku. Jsou v kodaňské interpretaci pozorovatel a akt měření stále popsány z hlediska klasického světa? Podle zákonů kvantové mechaniky se pozorovatel, měřicí zařízení a akt měření musí řídit zákony kvantové mechaniky, které platí stejně pro všechny ostatní objekty ve vesmíru. Pravidla v kodaňské interpretaci jsou však vyjádřena jako vlnové funkce, které se řídí dříve zmíněným deterministickým procesem. Je pravda, že pravděpodobnostní pravidla kodaňské interpretace dobře odpovídají realitě. To však neznamená, že tato interpretace v konečném důsledku vysvětluje vše v kvantové teorii. Věřím, že fyzikální stav látky může být určen nezávisle na měření, nebo může být určen interakcí s procesem měření, jak tvrdí kodaňská interpretace. Nesouhlasím však s tím, že toto tvrzení kodaňské školy je 100% správné. Je to proto, že akty pozorování a měření, které provádíme, nemusí být dostatečně dokonalé k určení všech vlastností objektu. Podle kodaňské interpretace fyzikální veličiny nemají pevné hodnoty, ale jsou určeny pouze pozorováním. Vezměme si jako příklad Major League Baseball. Nadhazovač jménem Ohtani z LA Dodgers hodil míč chytači. Předpokládejme, že rychlost míče je měřena týmem a vysílací stanicí. Tým MLB naměří rychlost 163 km/h, zatímco NHK ji naměří 161 km/h. Znamená to, že skutečná rychlost míče hozeného Ohtanim je 163 km/h a 161 km/h? Myslím, že ne. Domnívám se, že rozdíl ve výsledcích měření je způsoben tím, že měřicí přístroje nejsou 100% dokonalé. Aby byla kodaňská interpretace přesvědčivá, je nutné prokázat, že měření byla získána pozorováním v rámci zákonů kvantové mechaniky, které tvrdí, že dodržují. Nestačí jen říci, že to funguje při testování v experimentu. Proto kodaňská interpretace stále není v akademické sféře 100% akceptována.
Lidské vnímání je nedokonalé. Samotný akt pozorování je subjektivní, protože k němu dochází prostřednictvím našeho mozku. Z tohoto důvodu musí být akt pozorování v kodaňské interpretaci nově definován. Ačkoli ve skutečnosti neexistuje, pokud by třetí strana s omnipotentní perspektivou pozorovala výše zmíněný Schrödingerův myšlenkový experiment s kočkou, byla by schopna poznat stav kočky uvnitř krabice? Mohlo by být, že výsledky se jeví jako pravděpodobnostní vlnová funkce, protože naše pozorování jsou nedokonalá?
Argumentoval jsem proti kodaňské interpretaci, která je v současnosti přijímána jako hlavní proud kvantové teorie. Pokud se mi podaří dokázat, že tato interpretace je chybná, bude to významný příspěvek k dějinám vědy. Myslím si však, že spíše než přijmout tuto interpretaci doslova, není na škodu se nad ní alespoň jednou zamyslet jinak. Kvantový svět ještě nebyl plně prozkoumán, ale věřím, že jednoho dne pochopíme jeho skutečnou podstatu.
