Hoofdstuk 3.3. Schrödingers kat
Gerelateerd aan het 'waarnemerseffect' is er ook 'Schrödingers kat'. Deze term wordt vaak door literaire figuren gebruikt als een grap om een toestand van onzekerheid en onvoorspelbaarheid (superpositie) te beschrijven.
Voordat we dit uitleggen, is het belangrijk om te begrijpen dat de kwantumwereld geen tijdsconcept heeft. In de echte wereld volgt de tijd de continuïteit van "verleden → heden → toekomst", maar elementaire deeltjes volgen geen tijdsconcept. Elementaire deeltjes die in het 'heden' plaatsvinden, kunnen in het volgende moment het 'verleden' bereiken, of zelfs de 'toekomst'.
Ten tweede hebben kwanta geen ruimtelijk concept en kunnen ze tegelijkertijd op elke andere plaats zijn. In de klassieke natuurkunde kan een object zich slechts in één bepaalde toestand bevinden, bijvoorbeeld een bal kan op een bepaald moment slechts op één positie zijn. In de kwantummechanica kunnen elementaire deeltjes echter in een superpositie van meerdere toestanden tegelijk zijn. Dit betekent dat een deeltje tegelijkertijd op meerdere posities, met meerdere momenten of met meerdere spinrichtingen kan zijn.
Een eenvoudig voorbeeld: in de objectieve wereld vragen we: waar is Xiao Ming nu? Hij doet nu zijn huiswerk op de derde verdieping, en zowel tijd als ruimte zijn dan uniek; maar in de kwantumwereld kan Xiao Ming tegelijkertijd op de tweede en derde verdieping van dit gebouw zijn, en in het volgende moment kan hij op de vierde, vijfde verdieping, of zelfs op willekeurige verdiepingen tegelijk aanwezig zijn, alsof Xiao Ming een dubbelganger heeft. Deze eigenschap van superpositie is een uniek en merkwaardig fenomeen in de kwantummechanica.
‘Schrödingers kat’ verklaart deze kwantum‘superpositie’ (dat wil zeggen, het vermogen van een kwantumsysteem om zich in meerdere toestanden tegelijk te bevinden voordat het gemeten wordt). Het is een beroemd ‘gedachte-experiment’ dat in 1935 werd voorgesteld door de Oostenrijkse natuurkundige Erwin Schrödinger, voornamelijk om het kwantumgedrag van de microwereld uit te breiden naar de macrowereld voor deductie en uitleg. In dit hypothetische experiment plaatste Schrödinger een kat in een doos met radioactief materiaal, waarbij het radioactieve materiaal een kans van vijftig procent had om te vervallen. Als het verviel, stierf de kat; anders overleefde de kat.
Afbeelding 3.6: Gedachte-experiment ‘Schrödingers kat’
Het interessante aan dit experiment is dat voordat de doos wordt geopend, niemand weet wat erin zit. De kans op radioactief verval is slechts de helft, de kat kan al dood zijn of nog leven; op dat moment is de kat niet ofwel levend ofwel dood, maar bevindt hij zich in een 'levend-dode superpositie'. Tenzij we de doos openen en kijken, wordt de toestand van de kat bepaald door onze 'observatie'.
Hoewel 'Schrödingers kat' een gedachte-experiment is op het gebied van de kwantummechanica, kennen we in de macroscopische wereld die met het menselijk oog waarneembaar is, meestal alleen de enkelvoudige toestand van 'ofwel dood, ofwel levend', en geen 'superpositie' van 'zowel dood als levend'. Mensen zijn echter duidelijk meer gefascineerd door de dialectische betekenis van dit gedachte-experiment en gebruiken 'Schrödingers kat' vaak als metafoor voor de onvoorspelbaarheid of onzekerheid na een gebeurtenis: als we iets niet doen, zijn er twee mogelijke uitkomsten, wel of niet doen; alles is onbekend zolang er geen keuze is. Zodra we het doen, is er slechts één uitkomst. De menselijke actie wordt dan een cruciale stap.
Wetenschappers hebben 'Schrödingers kat' uitgebreid met vele fysieke problemen en filosofische controverses, zoals: wat bepaalt eigenlijk onze wereld? Is het determinisme of waarschijnlijkheid? Je hebt een vriendin, maar de relatie is nog niet vastgesteld; op dat moment kun je niet zeker weten of zij je vriendin is, en de vriendin bevindt zich in een superpositie. Iemand heeft kanker; moet hij geld uitgeven aan behandeling of niet? Zonder behandeling kan het goed gaan, of hij kan zijn leven verliezen; met behandeling kan het geld verspild zijn. Behandelen of niet behandelen is een superpositie. Moet je naar een sollicitatiegesprek voor een nieuwe baan? Zelfs als je gaat, kun je wel of niet aangenomen worden; aangenomen worden of niet is een superpositie... In feite zei Confucius al meer dan 2000 jaar geleden, tijdens de Lente- en Herfstperiode: liefde wenst dat het leeft, haat wenst dat het sterft. Zowel willen dat het leeft als willen dat het sterft, is verwarring. Het is hetzelfde principe.
In werkelijkheid kan een persoon niet tegelijkertijd twee wegen bewandelen; om het fenomeen van "Schrödingers kat" te vermijden, moeten we, wanneer we levenskeuzes maken, niet te veel aarzelen als we eenmaal hebben besloten. Want alleen door te handelen, kun je het resultaat kennen, en of dit resultaat goed of slecht is, zal een zekere invloed op je hebben.
Vanuit een ander perspectief bevestigt dit opnieuw het ‘onzekerheidsprincipe’. Als we een punt op een tweedimensionale tafel bepalen, kunnen we dat punt in theorie talloze keren nauwkeurig met onze vinger aanraken. Maar als we een steen vanuit de ruimte op dit punt zouden gooien, zou het uiteindelijke landingspunt discreet en ‘onzeker’ zijn. Dit lijkt ook een ‘hogere’ mogelijkheid te suggereren: of de wereld bestaat, hangt af van de waarnemer. De wereld is misschien van tevoren ontworpen, maar we weten nu nog niet wie de ontwerper is? Of misschien bestaat de wereld helemaal niet, maar is het een virtuele wereld. Veel mensen willen dit misschien niet geloven, maar als je er goed over nadenkt, kunnen de personages in een spel, wanneer ze spelen, weten dat ze zich in een virtuele wereld bevinden?