שרדינגר והחתול התיאורטי שגם חי וגם מת

מאת אבי בליזובסקי, ד"ר גלי ויינשטיין וד"ר משה נחמני, הידען

לא כולם יודעים, אבל ארווין שרדינגר שהיום מציינים 126 שנים להולדתו, זכה בפרס נובל לפיסיקה שנתיים לפני שהגה את הניסוי המחשבתי המפורסם על החתול שחי ומת זו זמנית. הפרס, בשנת 1933 הוענק לו על פיתוח תורת הגלים, שבה הוא נתן הסבר קוונטי לתנועת האלקטרון סביב גלעין האטום, בשונה מההסברים הקלאסיים ששלטו בפיסיקה לפניו.

(צילום: Shutterstock)

החתול שקם לתחיה

בשנת 2012 זכו סרג' הרוש ודיויד ווינלנד בפרס נובל לפיסיקה על המציאו ופיתחו באופן נפרד שיטות מהפכניות למדידה ולשליטה בחלקיקים פרטניים תוך שמירה על אופיים הקוונטו-מכאני, באופנים שנחשבו עד כה לבלתי אפשריים. למעשה הם הצליחו להקים לתחיה את החתול של שרדינגר. בעקבות הזכיה כתבנו "על מנת לתאר את התוצאות המגוחכות של המעבר בין מיקרו-העולם של הפיזיקה הקוונטית למקרו-העולם הרגיל שאותו אנו חווים ביומיום, שרדינגר הגה בשנת 1935 ניסוי מחשבתי מחוכם במיוחד עם חתול: החתול של שרדינגר נמצא בתוך ארגז המבודד לחלוטין מהעולם שבחוץ. בארגז נמצא גם בקבוק של ציאניד קטלני המשתחרר לאחר הדעיכה של אטום רדיואקטיבי מסוים, הנמצא גם הוא בארגז.

הדעיכה הרדיואקטיבית מוכתבת ע"י החוקים של פיזיקת הקוונטים, שעל פיהם החומר נמצא בריכוב מצבים שבו הוא גם הספיק לדעוך וגם עדיין לא דעך. לפיכך, גם החתול אמור להיות בריכוב מצבים של היותו גם חי וגם מת. עכשיו, אם נסתכל לתוך הארגז אנו מסתכנים בהריגת החתול מכיוון שריכוב המצבים הקוונטי הוא כה רגיש ליחסי גומלין עם העולם שבחוץ עד כי כל ניסיון להסתכל בחתול יביא מידית לקריסת המצב הכפול ולקבלת רק אחד מהם – חתול חי או חתול מת. בעיניו של שרדינגר, ניסוי מחוכם זה מוביל למסקנה מגוחכת, ונטען כי לאחר מכן הוא התנצל על שהוא הרחיב את הבלבול בתחום הפיזיקה הקוונטית.

גם גוגל חגגה עם שרדינגר

עוד ב"הידען"

שליטה על הספין האלקטרוני לשם פיתוח תאים סולאריים

אנומליה התגלתה בנתוני CERN – האם הפיסיקה החדשה היא סוס או זברה?

דעה: להלחם בהתחממות באמצעות השתלטות על התקשורת המדווחת עליה

התכתב עם איינשטיין

המכאניקה הקלאסית היא דטרמיניסטית. ניתן לגמרי לנבא את ההתפתחות בזמן של המערכת כאשר קבענו את הפתרון למשוואת התנועה. בנוסף, בעקרון ניתן לצפות במערכת קלאסית מבלי להפריע למצבה. ההתפתחות הזמנית של המערכות הקוונטיות נתונה על ידי משוואת שרדינגר. המצב הקוונטי של המערכת הקוונטית גם הוא מתפתח בצורה דטרמיניסטית בהתאם למשוואת שרדינגר הדטרמיניסטית והליניארית. בדיוק כמו בפיסיקה הקלאסית, בהינתן המצב ההתחלתי של המערכת, ניתן בעקרון לחשב את המצב בזמן שרירותי. אבל משוואת שרדינגר מציבה קושי כאשר רוצים לספק לה פירושים: בהינתן תנאי התחלתי כלשהו המערכת שמתוארת על ידי המצב הקוונטי מתפתחת למצב שמכיל סופרפוזיציה של מצבים (אפשרות למספר מצבים בו זמנית). אם נתונים שני מצבים קוונטיים, לפי מכניקת הקוונטים כל צירוף שלהם מתאים למצב קוונטי אפשרי. היה צורך להסביר כיצד במדידה מתקבלת תוצאת אחת מתוך ריבוי תוצאות אפשריות.

שרדינגר הציע את פרדוקס החתול הנמצא בסופרפוזיציה (גם חי וגם מת בו זמנית) כמענה לניסוי מפורסם אחר בו היה שותף מדען חשוב אחר - אלברט איינשטיין (ניסויי איינשטיין-פודולסקי-רוזן). איינשטיין ושרדינגר התכתבו ב-1935. איינשטיין סירב לקבל את מכניקת הקוונטים כתיאוריה שלמה ושרדינגר הציע את אחד מניסויי המחשבה המפורסמים ביותר שפותחו אי פעם – פרדוקס החתול של שרדינגר – כדי לשכנע את איינשטיין העקשן שהעולם הקוונטי הוא אכן מסתורי ומוזר. 

מתנגד לנאצים - עזב מיוזמתו

שרדינגר נולד וגדל בוינה לאב אוסטרי קתולי ולאם בריטית לוטרנית, והתחנך בביתו עד גיל 11, ואז הוא הלך לבית הספר כדי להתכונן ללימודיו באוניברסיטת וינה. במלחמת העולם הראשונה הוא שירת כקצין ארטילריה בחזית האיטלקית וחזר לאחר מכן לאוניברסיטת וינה, ומשנת 1921 הוא עמד בראש קתדרה לפיסיקה תיאורטית באוניברסיטת ציריך.

ב-1927 הוא הוזמן להחליף את מקס פלנק באוניברסיטת ברלין. עם עליית הנאצים לשלטון ב-1933 ובריחתם של רבים מחבריו, הוא החליט לעזוב לאוקספורד ואולם לאחר שלוש שנים חזר לוינה. כאשר פלשו הנאצים לאוסטריה (האנשלוס המפורסם) הוא עזב ועבר לדאבלין שבאירלנד, שם חקר במכון למחקרים מתקדמים עד 1956. מעט לאחר שובו לוינה חלה וב-4 בינואר 1961 נפטר.