Есть легенда, что знаменитый физик Стивен Хокинг однажды сказал: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьём!».
Кот Шрёдингера — объект мысленного эксперимента, предложенного Эрвином Шрёдингером, лауреатом Нобелевской премии по физике (1933), с которым он вступил в обсуждение квантовой теории с Эйнштейном и другими видными учеными своего времени. Суть эксперимента, в том, что в черный ящик сажают кота вместе с хитроумным механизмом: немного радиоактивного вещества (такого, что за час распадется не более одного ядра) в счетчике Гейгера, реле, молоток и банка с синильной кислотой. Распад ядра действует на счетчик, тот на реле, реле на молоток, молоток разбивает банку, кот погибает.
Живой мертвый кот
Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, возникает парадокс, который окончательно не разрешен до сих пор: все-таки кот жив, кот мертв, или и то и другое?
Было предложено немало решений этого парадокса, который на самом деле не вещь в себе, а иллюстрация очень сложного вопроса, поставленного еще Эйнштейном (который, как известно, в квантовую механику не верил) - вопроса о полноте квантовой теории (иными словами, может быть ее чего-то не хватает, может ее стоит чем-то дополнить? Взять даже эксперимент с котом Шредингера: ведь трудная задачка, сходу не рашается, правда?). На протяжении 70 лет после того, как Шредингер придумал своего кота, шли (и до сих пор идут) уточняющие эксперименты, которые пока показывают - с квантовой теорией все в порядке, и ничем дополнять ее не нужно.
Одно из популярных решений парадокса - так называемая копенгагенская интерпретация.
В макроскопических системах мы не наблюдаем квантовых явлений (кроме явления сверхтекучести и сверхпроводимости); поэтому, если мы накладываем макроскопическую волновую функцию на квантовое состояние, то из опыта должны заключить, что суперпозиция разрушается. И хотя не совсем ясно, что́ значит, что нечто является «макроскопическим» вообще, про кота точно известно, что он является макроскопическим объектом. А значит, до открытия ящика кот не находится в состоянии смешения живого и мёртвого.
Единства физиков, однако, по этому вопросу не достигнуто. Похоже, что и упоминавшийся в начале статьи Хокинг с копенгагенской интерпретацией не вполне согласен. Есть и совсем экзотические теории. Например, в многомировой интерпретации квантовой механики оба состояния кота существуют, но декогерируют. Когда наблюдатель открывает ящик, он запутывается (то есть входит в состояние смешения) с котом и от этого образуются два соответствующие живому и мёртвому коту состояния наблюдателя, которые не взаимодействуют друг с другом.
Другими словами, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные вселенные, в одной из которых наблюдатель смотрит на ящик с мёртвым котом, а в другой — наблюдатель смотрит на живого кота.