Onzekerheid en Schrödingers kat

Als katten levend én dood zijn

De beroemdste poes van de natuurkunde is dood, levend, en allebei tegelijk. Erwin Schrödinger bedacht zijn gedachte-experiment om te laten zien hoe absurd de kwantummechanica zou zijn als je haar naar grote schaal door zou trekken. Hij was niet serieus. Of was hij?

Het gedachte-experiment

Plaats een kat in een gesloten doos met:
• Een radioactief atoom dat 50% kans heeft om binnen een uur te vervallen.
• Een Geigerteller die een hamer activeert als het vervalt.
• Een flesje gif die de hamer breekt en de kat doodt.

Voor het openen van de doos: volgens kwantummechanica is het atoom in superpositie — zowel vervallen als niet-vervallen. Door de mechaniek is ook de kat in superpositie — zowel dood als levend.

Pas als je de doos opent, "klapt" de toestand naar één: dood of levend. De daad van observeren bepaalt de realiteit.

Schrödinger's punt

Schrödinger vond dit absurd. Zijn argument: als kwantummechanica op macroscopisch niveau geldt, zou dit moeten kunnen — maar dat is belachelijk. Dus er moet iets mis zijn met de theorie.

Ironische moraal: Schrödinger probeerde de kwantummechanica te ontkrachten; in plaats daarvan werd zijn kat het beroemdste beeld van kwantumrare verschijnselen.

Hoe zit het echt?

In de praktijk behoudt een kat geen superpositie. Interactie met omgeving (moleculen, fotonen) veroorzaakt snel "decoherentie" — de superpositie stort effectief in zonder observatie. Kat leeft of is dood vanaf nanoseconde na het gif, niet pas bij opening van de doos.

Maar: voor echt geïsoleerde kwantumsystemen (enkele atomen, fotonen) zijn superposities reëel. Interferentie-experimenten bewijzen het miljoenen keren.

De vraag "wat is meting?"

Honderd jaar later worstelen we nog met de fundamentele vraag: wat maakt dat kwantumtoestanden "instorten"? Interpretaties:
• Kopenhagen: meting door een klassiek instrument doet het.
• Many-worlds: de toestand stort niet in — de werkelijkheid splitst in alle mogelijkheden.
• Objective collapse: collapse is een echt fysisch proces, dat spontaan gebeurt bij grote systemen.

Niemand weet welke juist is. Ze voorspellen alle dezelfde experimentele uitkomsten — tot nu toe.