Wat is de kat van Schrödinger?

'De kat van Schrödinger' is een van die zinnen die zo nu en dan in een gesprek naar voren komt. Maar voor degenen die nog nooit natuurkunde hebben gestudeerd, of in ieder geval Sheldons uitleg over de oerknaltheorie hebben gehoord, is het misschien niet duidelijk wat het betekent. Het korte antwoord is dat de kat van Schrödinger de naam is van een beroemd gedachte-experiment dat voor het eerst werd geponeerd door de natuurkundige Erwin Schrodinger. Het lange antwoord en de bron van een van de belangrijkste debatten in de natuurkunde nodigen ons uit om het bizarre domein van de kwantummechanica te betreden om misschien onze veronderstellingen over de werkelijkheid te heroverwegen.

Wie was Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger werd geboren op 12 augustus 1887 in Wenen, de hoofdstad van Oostenrijk-Hongarije. Erwins vader, Rudolph Schrödinger, was botanicus en eigenaar van een tafelzeilfabriek. Zijn moeder, Georgine, was de dochter van Rudolphs scheikundeprofessor. Als enig kind werd Erwin als Lutheraan opgevoed en kreeg hij privé-onderwijs thuis tot de leeftijd van 11. Erwin blonk al op jonge leeftijd uit in taal, wiskunde en natuurkunde.

Schrödingers onderwijs

Schrödinger schreef zich in aan de Universiteit van Wenen en studeerde natuurkunde. Hij werd sterk beïnvloed door collega-fysici Franz Exner, een pionier op dit gebied, en Fritz Hasenohrl, later hoofd van de theoretische fysica. Schrödinger kreeg zijn Ph.D. in 1910. Hij werd opgeroepen en in 1914 als artillerie-officier naar Italië gestuurd. Schrödinger had meer geluk dan zijn collega en mentor, Hasenohrl, die in 1915 door een granaat werd gedood. Hij overleefde de oorlog en bekleedde faculteitsfuncties aan verschillende universiteiten voordat hij trouwde Annemarie Bertel in 1920.

Schrödinger's vergelijking

In 1921 werd Schrödinger professor aan de Universiteit van Zürich en het werd duidelijk dat hij nieuwe ideeën had op het gebied van atoomfysica. In reactie op theorieën dat de beweging van elektronen binnen een atoom kan worden beschreven als een golf, leverde Schrödinger het nodige wiskundige bewijs met zijn Wave Theory Equation uit 1926. De vonk van creativiteit zou zijn ontstaan ​​tijdens een verzengende affaire met een oude Weense vriendin.

De geboorte van kwantummechanica

De vergelijking van Schrödinger gaf een robuuste beschrijving van het gedrag en de beweging van atomen. Door hun beweging toe te schrijven aan een probabilistische golf, konden de positie en toestand van een atoom statistisch worden behandeld. Totdat een directe meting werd uitgevoerd, zou het atoom zich in een staat van superpositie bevinden. Volgens de Kopenhagen-interpretatie betekende dit dat het op alle locaties tegelijk kon worden beschouwd. De belangrijkste vraag voor natuurkundigen: was de golftheorie slechts een handig wiskundig hulpmiddel of beschreef het iets fysiek echts? Waar was het atoom eigenlijk?

Een penseel met Einstein en nazi's

In 1927 verhuisde Schrödinger met zijn vrouw naar de Friedrich Wilhelm Universiteit in Berlijn. Hier wreef hij over de ellebogen met Albert Einstein. Terwijl hij daar belangrijk en innovatief onderzoek bleef doen, raakte hij steeds meer gealarmeerd door de groeiende antisemitische sfeer in Duitsland. In navolging van Einstein verliet hij in 1937 Duitsland en verhuisde naar Engeland, waar hij een functie innam in Oxford. Kort daarna ontving hij in 1933 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

De kat van Schrödinger

Ondanks zijn cruciale rol bij het creëren van golftheorie, was Shrödinger nooit op zijn gemak met de implicaties ervan. Zoals veel natuurkundigen kon hij de kwantumonzekerheid op atomair niveau niet verzoenen met onze dagelijkse ervaring van de werkelijkheid. In de wereld die we zien, hebben mensen en objecten een bepaalde plaats en staat, of we ze nu waarnemen of niet. Om deze tegenstelling te benadrukken, formuleerde hij een gedachte-experiment waarbij een kat in een verzegelde doos, een radioactieve stof en een geigerteller betrokken waren om het verval van de stof te meten.

Gedurende een uur zou er een kans van 50% zijn dat het radioactieve materiaal zou vervallen en een enkel atoom zou uitstoten. Als dit zou gebeuren, zou de geigerteller het detecteren en een relais activeren waardoor een hamer een fles zuur zou breken. Het zuur zou in de doos terechtkomen en de kat doden. De vraag was, is de kat levend of dood?

De paradox van Schrödinger's Cat

Vanuit een kwantummechanisch perspectief zou de kat zich in een gesuperponeerde staat bevinden, met een gelijke kans om dood of levend te zijn. De toestand van de kat wordt pas bepaald wanneer deze wordt gemeten of geobserveerd. Dit leek absurd, schreef Schrödinger, want de kat moet zeker de een of de ander zijn, of een waarnemer nu besluit een kijkje te nemen of niet. Toch is dit precies hoe atomen zich leken te gedragen. Door het lot van de kat te koppelen aan de fluctuaties van atoomkernen, demonstreerde Shrödinger het centrale probleem van de Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica.

makkelijke zeeprecepten zonder loog

Twijfels en spijt

Onnodig te zeggen dat Shrödinger, toen hem werd gevraagd wat hij vond van de Kopenhagen-interpretatie van zijn golftheorie, zei: 'Ik vind het niet leuk, en het spijt me dat ik er ooit iets mee te maken heb gehad.' Schrödinger zou jarenlang met zijn tijdgenoten discussiëren over de betekenis van zijn eigen experiment.

Heeft Schrödinger ooit een kat gehad?

Een populair gerucht is dat Schrödinger ergens in de jaren dertig in zijn huis in Oxford een kat genaamd Milton zou hebben gehad. Gelukkig is er, ondanks het feit dat hij zijn eigenaar enige inspiratie heeft gegeven, geen bewijs dat Schreilanddinger's kat is ooit in een doos gestopt met een fles zuur.

Nalatenschap

Schrödinger stierf op 4 januari 1961 in dezelfde stad waar hij werd geboren, Wenen. Tegen de tijd van zijn dood hadden zowel hij als zijn theoretische kat een onuitwisbare stempel gedrukt op de wetenschap van de kwantummechanica. Hoewel veel grote geesten hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van de golftheorie en het concept van onbepaaldheid, zal er maar één voor altijd bekend staan ​​als de vader van de kwantummechanica, en dat is Erwin Schrödinger.