Kucing Schrödinger

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Jump to navigation Jump to search

Kucing Schrödinger ialah suatu ujikaji fikiran atau juga paradoks yang menggambarkan masalah interpretasi Copenhagen mekanik kuantum yang dipakai pada objek seharian

Paradoks ini dicetuskan dalam suatu penulisan oleh seorang ahli fizik Austria bernama Erwin Schrödinger pada tahun 1935[1] di mana beliau menyatakan secara ringkasnya:

...jika seekor kucing diletakkan dalam suatu tempat bersama suatu bahan yang membunuh kucing tersebut (atom radioaktif) dalam sebuah kotak lalu ditutup kotak tersebut, nasib kucing tersebut tidak diketahui sama ada ia "mati"—akibat asid hidrosianik yang dilepaskan daripada sebuah kelalang yang pecah dipukul—mahupun masih "hidup" sehingga kotak tersebut dibuka, maka kucing tersebut boleh dianggap berada dalam mana-mana nasib begini; begitulah yang diibaratkan mengenai fungsi teori saintifik di mana teori boleh menjadi salah mahupun benar sehingga ia dapat diuji serta dibuktikan.[2]

Interpretasi eksperimen[sunting | sunting sumber]

Sejak zaman Schrödinger, interpretasi mekanika kuantum lainnya telah diajukan. Interpresi-interpretasi ini memberikan jawaban yang berbeda atas pertanyaan yang diajukan oleh kucing Schrödinger tentang berapa lama superposisi bertahan dan bila (atau apakah) airuntuh.

Interpretasi Kopenhagen[sunting | sunting sumber]

Interpretasi mekanik kuantum yang umum dipegang adalah interpretasi Kopenhagen.[3] Dalam penafsiran Kopenhagen, sebuah sistem berhenti menjadi superposisi suatu kejadian dan menjadi salah satu atau kejadian yang lain saat pengamatan berlangsung. Eksperimen pemikiran ini memperjelas fakta bahawa sifat pengukuran, atau observasi, tidak terdefinisi dengan baik pada interpretasi ini. Ujikaji ini dapat diinterpretasikan bahawa ketika kotak ditutup, sistem secara simultan ada dalam superposisi kejadian-kejadian "kandungan meluruh/kucing mati" dan "kandungan tidak meluruh/kucing hidup", dan hanya ketika kotak dibuka dan sebuah pe.erhatian dilakukan barulah fungsi gelombang runtuh ke salah satu dari dua keadaan.

Namun, salah satu saintis utama yang terkait dengan penafsiran Copenhagen, Niels Bohr, tidak pernah memikirkan keruntuhan fungsi gelombang yang daruh oleh pengamat, sehingga kucing Schrödinger tidak menjadikan teka-teki kepadanya. Kucing itu akan mati atau hidup lama sebelum kotak dibuka oleh seorang pemerhati yang sedar.[4] Analisis percubaan yang sebenarnya menemukan bahawa pengukuran sahaja (misalnya dengan pencacah Geiger) cukup untuk menutup fungsi gelombang kuantum sebelum ada pengamatan sadar terhadap pengukuran,[5] meskipun reka bentuk mereka diperdebatkan kesahihannya.[6] Pandangan bahawa "pengamatan" diambil saat zarah dari nukleus menyentuh pengesan dapat dikembangkan menjadi teori keruntuhan objektif. Eksperimen pemikiran membutuhkan "pengamatan tak sadar" oleh pengesan agar bentuk gelombang runtuh terjadi. Sebaliknya, pendekatan alam berbilang menyangkal bahawa keruntuhan pernah terjadi.

Interpretasi banyak-dunia dan sejarah konsisten[sunting | sunting sumber]

jmpl|ka|350px|Paradoks mekanika kuantum "Kucing Schrödinger" menurut interpretasi banyak-dunia. Dalam penafsiran ini, setiap kejadian adalah titik cabang. Kucing itu hidup dan mati—terlepas dari apakah kotak itu terbuka—tetapi kucing "hidup" dan kucing "mati" berada di cabang alam semesta berbeda yang sama nyatanya namun tidak dapat berinteraksi satu sama lain.

Pada tahun 1957, Hugh Everett merumuskan interpretasi mekanik kuantum banyak dunia, yang tidak menghususkan pengamatan sebagai proses spesial. Dalam interpretasi banyak dunia, baik kucing dalam keadaan hidup ataupun mati tetap ada setelah kotak dibuka, namun dekoheren satu sama lain. Dengan kata lain, saat kotak dibuka, pengamat dan kucing yang mungkin tewas itu berpisah menjadi pengamat melihat sebuah kotak berisi seekor kucing mati, dan seorang pengamat lagi melihat sebuah kotak berisi kucing hidup. Walau bagimanapun, memandangkan nasib kucing dalam kotak ini, tidak ada komunikasi atau interaksi yang efektif antara keduanya.

Saat membuka kotak, pemerhati menjadi terlibat dengan kucing, jadi "keadaan pengamat" tergantung dari apakah kucing hidup atau kucing mati yang mewujud; masing-masing keadaan pemerhati terjerat atau terbelit dengan kucing sehingga "pengamatan keadaan kucing" dan "keadaan kucing" saling terkait satu sama lain. Dekoherensi kuantum memastikan bahawa hasil yang berbeda tidak saling berinteraksi satu sama lain. Mekanisme yang sama dari dekoherensi kuantum juga penting untuk interpretasi dalam hal sejarah konsisten. Hanya "kucing mati" atau "kucing hidup" yang bisa menjadi bseahagian dari sejarah yang konsisten dalam interpretasi ini.

Roger Penrose mengkritisi hal ini:

Saya ingin menjelaskan bahwa, sebagaimana adanya, ini jauh dari resolusi paradoks kucing. Karena tidak ada formalisme mekanika kuantum yang menuntut agar keadaan kesadaran tidak dapat melibatkan persepsi simultan seekor kucing hidup dan seekor kucing mati.[7]

Namun, pandangan arus utama (tanpa harus mendukung interpretasi banyak-dunia) menyatakan bahawa dekoherensi adalah mekanisme yang melarang persepsi simultan semacam itu.[8][9]

Sebuah varian dari percubaan kucing Schrödinger, yang dikenal sebagai mesin bunuh diri kuantum, telah diusulkan oleh ahli kosmologi Max Tegmark. Eksperimen pikiran ini mengkaji eksperimen kucing Schrödinger dari sudut pandang kucing, dan berpendapat bahawa dengan menggunakan pendekatan ini, seseorang mungkin dapat membedakan antara interpretasi Kopenhagen dan interpretasi banyak-dunia.

Interpretasi barisan[sunting | sunting sumber]

Interpretasi barisan menyatakan bahawa superposisi tidak lain adalah subbarisan dari barisan statistik yang lebih besar. Vektor kejadian tidak akan berlaku untuk ujian terhadap kucing secara individu, namun hanya berlaku pada statistik dari banyak percubaan kucing yang disiapkan dengan sama. Pendukung penafsiran ini menyatakan bahawa hal ini membuat paradoks kucing Schrödinger menjadi masalah sepele, atau bukan sebuah masalah.

Interpretasi ini disajikan untuk membuang gagasan bahawa sistem fisik tunggal dalam mekanika kuantum memiliki deskripsi matematis yang sesuai dengannya dalam cara apa pun.

Interpretasi relasional[sunting | sunting sumber]

Interpretasi relasional tidak membuat perbedaan mendasar antara pengamat manusia, kucing, atau aparatus, atau antara sistem bernyawa dan mati; semua adalah sistem kuantum yang diatur oleh peraturan evolusi gelombang fungsi yang sama, namun, penafsiran relasional memungkinkan pengamat berbeda dapat memberikan berbagai catatan tentang serangkaian kejadian yang sama, bergantung pada informasi yang mereka miliki tentang sistem tersebut.[10] Kucing dianggap sebagai pemerhati aparatus; Sementara itu, eksperimen bisa dianggap sebagai pengamat lain sistem di dalam kotak (kucing ditambah aparatus). Sebelum kotak dibuka, kucing yang sifatnya tidak tentu sama ada hidup atau mati mempunyai maklumat pasti mengenai keadaan aparatus (atom mengurai atau sebaliknya); namun eksperimen tidak memiliki informasi tentang keadaan isi kotak. Dengan cara ini, kedua pengamat secara bersamaan memiliki catatan situasi yang berbeda: Kepada kucing, fungsi gelombang aparatus telah tampak "runtuh"; Untuk si penguji, isi kotak itu tampak berada dalam kedudukan superposisi. Kedua-dua pengamat punyai maklumat yang sama tentang apa yang terjadi tanpa perlu menunggu kotak dibuka, iaitu apakah kedua sistem dinyatakan "runtuh" ​​ke hasil yang sama, seekor kucing yang hidup atau mati.

Interpretasi transaksional[sunting | sunting sumber]

Dalam interpretasi transaksional, aparatus tersebut memancarkan gelombang mundur lanjutan dalam waktu, yang digabungkan dengan gelombang yang dipancarkan sumber ke depan pada waktunya, membentuk gelombang berdiri. Gelombang tersebut terlihat nyata secara fisik, dan aparatusnya dianggap sebagai "pengamat". Dalam penafsiran transaksional, keruntuhan fungsi gelombang adalah "atemporal" dan terjadi sepanjang keseluruhan transaksi antara sumber dan peralatan. Kucing ini tidak pernah berada dalam kedudukan superposisi. Kucing hanya berada dalam satu keadaan pada waktu tertentu, terlepas daripada kemungkinan pemerhati manusia melihat dalaman kotak. Interpretasi transaksional memecahkan paradoks kuantum ini.

Kesan Zeno[sunting | sunting sumber]

Kesan Kuantum Zeno diketahui menyebabkan penundaan perubahan dari keadaan awal.

Di sisi lain, kesan anti-Zeno mempercepat perubahan. Misalnya, jika seseorang berulang kali mengintip ke dalam kotak kucing mungkin orang tersebut akan menyebabkan penundaan pada pilihan yang menentukan atau, sebaliknya, mempercepatnya. Kesan Zeno dan kesan anti-Zeno adalah nyata dan diketahui terjadi pada atom nyata. Sistem kuantum yang diukur harus digabungkan dengan kuat ke lingkungan sekitarnya (dalam hal ini ke aparatus, ruang percubaan dan sebagainya.) untuk mendapatkan informasi yang lebih akurat. Tetapi meskipun tidak ada informasi yang diteruskan ke dunia luar, ini dianggap sebagai ukuran-kuasi, namun begitu informasi tentang keselamatan kucing diteruskan ke dunia luar (dengan mengintip ke dalam kotak) pengukuran kuasi berubah menjadi pengukuran. Pengukuran kuasi, sama halnya seperti pengukuran, menyebabkan kesan Zeno.[11] Kesan Zeno mengajarkan bahawa meskipun tiada intipan yang dilakukan dalam kotak tersebut, kematian kucing pasti akan ditunda atau dipercepatkan bergantung kepada persekitarannya.

Teori keruntuhan objektif[sunting | sunting sumber]

Menurut teori keruntuhan objektif, superposisi hancur secara spontan (terlepas dari pengamatan eksternal) ketika beberapa ambang fisik objektif (waktu, jisim, suhu, ketidakbolehmunduran, dan sebagainya) tercapai. Dengan demikian, kucing tersebut diperkirakan akan berada dalam keadaan pasti jauh sebelum kotak dibuka. Dengan kata lain, "kucing itu mengamati dirinya sendiri", atau "lingkungan mengamati kucing itu".

Teori keruntuhan objektif memerlukan modifikasi mekanik kuantum piawai untuk memungkinkan superposisi dihancurkan oleh proses evolusi waktu.

Penyelesaian berdasarkan teori kuantum piawai dan eksperimen[sunting | sunting sumber]

Schrodinger meninggal sebelum investigasi sifat nonlokal dari sistem terjerat yang diprakarsai oleh karya John Bell pada tahun 1964. [12] [13] Paragraf ini meninjau kembali masalah kucing Schrodinger sehubungan dengan pengetahuan terkini tentang nonlokalitas. Karya Bell telah menuntun kepada eksperimen dengan pasangan foton terbelit yang menunjukkan sifat keterikatan nonlokal.[14] [15] [16] Pengujicoba mampu memvariasikan "fasa" kuantum dari subsistem yang terjerat (yaitu kedua foton), sehingga memungkinkan untuk pertama kalinya memahami dengan tepat apa yang diposisikan saat sistem kuantum terbelit.[17] [18] [19] kesan interferensi yang diamati pada berbagai fasa foton mengungkapkan bahawa keadaan yang dililit bukanlah superposisi dari keadaan foton individu yang berbeda, namun merupakan superposisi dari kemungkinan korelasi antara keadaan foton. Keadaan terjerat yang timbul dari pengukuran hanyalah kasus khusus dari keadaan terjerat nonlokal, yaitu kasus di mana kedua fasa subsistem ditetapkan menjadi sifar sehingga hasilnya berkorelasi 100% secara positif. Dengan demikian, keadaan kucing Schrodinger hanyalah sebuah superposisi dari dua korelasi: Seekor kucing hidup berkorelasi sempurna dengan kandungan yang tidak meluruh, dan seekor kucing yang mati berkaitan sempurna dengan kandungan yang meluruh.[20] Artinya, dalam setiap uji kaji percubaan kucing, kita akan mendapati kucing yang diuji itu hidup dan kandungan lain yang tidak meluruh, ataupun kucing tersebut mati dengan kandungan lain tersebut meluruh. Inilah yang kita inginkan, dan tidak ada paradoks di sini.[petikan diperlukan] Fizik kuantum tidak meramal kucing mati-dan-hidup yang tersuperposisikan, dan paradoks tersebut seharusnya tidak ada.[petikan diperlukan]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Schrödinger, Erwin (November 1935). "Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (Keadaan semaasa dalam kuantum mekanik)". Naturwissenschaften. 23 (48): 807–812. Bibcode:1935NW.....23..807S. doi:10.1007/BF01491891. 
  2. ^ Philip, Ball. "New pursuit of Schrödinger's cat". Prospect. Dicapai 20 Julai 2014. 
  3. ^ Wimmel, Hermann (1992). Quantum physics & observed reality: a critical interpretation of quantum mechanics. World Scientific. m/s. 2. ISBN 978-981-02-1010-6. Diarkibkan daripada yang asal pada 20 May 2013. Dicapai 9 May 2011. 
  4. ^ Faye, J (2008-01-24). "Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics". Stanford Encyclopedia of Philosophy. The Metaphysics Research Lab Center for the Study of Language and Information, Stanford University. Dicapai 2010-09-19. 
  5. ^ Carpenter RHS, Anderson AJ (2006). "The death of Schroedinger's cat and of consciousness-based wave-function collapse" (PDF). Annales de la Fondation Louis de Broglie. 31 (1): 45–52. Diarkibkan daripada asal (PDF) pada 2006-11-30. Dicapai 2010-09-10. 
  6. ^ Okón E, Sebastián MA (2016). "How to Back up or Refute Quantum Theories of Consciousness". Mind and Matter. 14 (1): 25–49. 
  7. ^ Penrose, R. The Road to Reality, p 807.
  8. ^ Zurek, Wojciech H. (2003). "Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical". Reviews of Modern Physics. 75: 715. arXiv:quant-ph/0105127Boleh diakses secara percuma. Bibcode:2003RvMP...75..715Z. doi:10.1103/revmodphys.75.715. 
  9. ^ Wojciech H. Zurek, "Decoherence and the transition from quantum to classical", Physics Today, 44, pp. 36–44 (1991)
  10. ^ Rovelli, Carlo (1996). "Relational Quantum Mechanics". International Journal of Theoretical Physics. 35 (8): 1637–1678. arXiv:quant-ph/9609002Boleh diakses secara percuma. Bibcode:1996IJTP...35.1637R. doi:10.1007/BF02302261. 
  11. ^ "How the quantum Zeno effect impacts Schrodinger's cat". Diarkibkan daripada yang asal pada 17 June 2017. Dicapai 18 June 2017. 
  12. ^ Bell, J.S., (1964). "On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox," Physics 1, 195-200.
  13. ^ Gilder, L., (2008). The Age of Entanglement: When Quantum Physics Was Reborn (Alfred A. Knopf).
  14. ^ Clauser, J. F., and Freedman, S. J. (1972). "Experimental test of local hidden-variables theories," Physical Review Letters 26, 938-941.
  15. ^ Aspect, A., Dalibard, J. and Roger, G., (1982), "Experimental test of Bell's inequalities using time-varying analyzers," Physical Review Letters 49, 1804-1807.
  16. ^ Herbert, Nick (1985). Quantum Reality: Beyond the New Physics (Doubleday), Chps.11, 12.
  17. ^ Rarity, J.G., and Tapster, P.R., (1990), "Experimental violation of Bell's inequality based on phase and momentum," Physical Review Letters 64, 2495-2498.
  18. ^ Ou, Z.Y., Zou, X.Y., Wang, L.J., and Mandel, L. (1990), "Observation of nonlocal interference in separated photon channels," Physical Review Letters 66, 321-324.
  19. ^ Hobson, A. (2017). Tales of the Quantum: Understanding Physics' Most Fundamental Theory (Oxford University Press)
  20. ^ Hobson, A. (2017). "Review and suggested resolution of the problem of Schrodinger's cat," Contemporary Physics 59, 16-30.

Pautan luar[sunting | sunting sumber]