Eρμηνείες της κβαντoμηχανικής:
Ο Schrodinger και η γάτα του

Επιλογή άλλης ενότητας

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player


5) Η αναβίωση της κυματομηχανικής περιγραφής του Schrödinger, το 1935

κυματομηχανική

Με αυτά τα δεδομένα, λοιπόν, τι είχε ο Schrödinger να αντιπροτείνει; Μετά το '30, υποστήριξε ότι η εισαγωγή ασυνεχειών στο σύστημα θα πρέπει να αναβληθεί μέχρι τη στιγμή της παρατήρησης [13]. Όμως σε αντίθεση με την Κοπεγχάγη, ο Schrödinger πρότεινε ότι, αντί να διαχωριστεί ο παρατηρητής από το παρατηρούμενο σύστημα και να θεωρηθεί η μέτρηση ως υπεύθυνη για την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης σε μια διακριτή τιμή, οι συντεταγμένες τόσο του συστήματος παρατήρησης όσο και των αλληλεπιδρώντων συστημάτων θα πρέπει να θεωρηθούν ως μέρη του «συσχετισμένου» (entangled) συστήματος. Στην κυματομηχανική θεώρηση, η αλληλεπίδραση εμφανίζεται στον χώρο που περιέχει τόσο τη συσκευή μέτρησης όσο και το παρατηρούμενο σύστημα και έτσι, η μέτρηση αφορά και στα δύο στοιχεία του συσχετισμένου συστήματος. Υποστήριξε ότι κατά τη μέτρηση θα μπορούσε να ληφθεί οποιαδήποτε τιμή της κατάστασης του παρατηρούμενου συστήματος αν γινόταν η κατάλληλη προετοιμασία του συστήματος παρατήρησης [14]. Κατά συνέπεια, η ανάγνωση ενός αποτελέσματος δεν έχει καμία ιδιαίτερη σημασία. Απλά ο παρατηρητής είναι που παρατηρεί συγκεκριμένες κατειλημμένες καταστάσεις. Δεν υπάρχει ασυνεχής κατάρρευση του κύματος για [το παρατηρούμενο σωματίδιο] αλλά ένας συνεχής διαχωρισμός της σύνθετης κυματοσυνάρτησης σε κανάλια [του φασματόμετρου].

Οι δημοσιεύσεις σχετικά με τις συσχετίσεις επέμεναν, λοιπόν, στην οντολογικά κυματική προσέγγιση. Όμως σε αντίθεση με την ερμηνεία που έδωσε το 1926, έδιναν έμφαση στην πράξη της μέτρησης ως υπεύθυνης για τον φαινομενικά διακριτό χαρακτήρα των μικροσκοπικών αλληλεπιδράσεων. Η πρόταση ήταν ότι η διακριτή και η σωματιδιακή πλευρά του παρατηρούμενου μικροσυστήματος θα πρέπει να γίνουν κατανοητές αυστηρά ως πειραματικό αποτέλεσμα και όχι ως ιδιότητα του συστήματος. Το σύστημα περιγράφεται σωστά μόνο ως συσχέτιση ανάμεσα στα διάφορα κανάλια, μερικά μετρημένα και μερικά όχι, που καταλαμβάνονται από ολόκληρο το κύμα. Αν η εξίσωση του Schrödinger λυθεί για ολόκληρο το σύστημα, έως και τη στιγμή της μέτρησης, τότε η ασυνέχεια θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ένα στοιχείο του συστήματος που εμφανίζεται κατά τη μέτρηση. Αλλά χωρίς να της δοθεί οντολογικό περιεχόμενο. Έτσι αποφεύγεται η παραβίαση της συνέχειας του περιγραφόμενου συστήματος. Η κυματομηχανική οφείλει να είναι σε θέση να προβλέψει από μόνη της τα πιθανά αποτελέσματα οποιασδήποτε παρατήρησης που θα μπορούσαμε να κάνουμε σε ένα σύστημα, χωρίς να γίνει επίκληση, μέχρι τη στιγμή τηςπαρατήρησης, στις κλασικές σωματιδιακές ιδιότητες των ηλεκτρονίων ή των σωματίων α που αποτελούν το συγκεκριμένο σύστημα.

Η ιδέα των συσχετισμένων καταστάσεων, λοιπόν, εισήχθη στην προσέγγιση του Schrödinger τη δεκαετία του '30. Η αναβίωση της κυματομηχανικής ερμηνείας μπορεί να φάνηκε απαραίτητη για την αντιμετώπιση του παράδοξου EPR καθώς και ως μια νέα αφετηρία για την άσκηση κριτικής στις «ορθόδοξες» απόψεις. Άραγε έδωσε αυτή η ανανεωμένη εκδοχή απάντηση στην προηγηθείσα κριτική που είχε δεχτεί;

Ας εξετάσουμε το πώς η ιδέα πραγματεύτηκε τα πειραματικά αποτελέσματα. Η έννοια της τροχιάς ενός σωματιδίου, ακόμα και αν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ερμηνεία πειραματικών αποτελεσμάτων, παρέχει μόνο τη «διαμήκη» σύνδεση των γεγονότων (π.χ. μια νομοτελειακή, ακολουθιακή εμφάνιση καταγεγραμμένων θέσεων σε μια καθορισμένη κατεύθυνση). Ο Schrödinger τη θεώρησε ως ανεπαρκή έννοια. Κατ' αυτόν, υπάρχει και μια «εγκάρσια» σύνδεση των γεγονότων, όπως είναι η σύνδεση των «χτυπημάτων» στο πέτασμα των πειραμάτων συμβολής. Γι' αυτό και το γενικό του επιχείρημα κατά τη δεκαετία του '30, ήταν ότι είναι καλύτερο να επιμείνουμε σε έναν απολύτως διάχυτο χαρακτήρα των στάσιμων κυμάτων, ο οποίος περιλαμβάνει τόσο κυματικές όσο και σωματιδιακές ιδιότητες, αφού τα κύματα μπορούν να κάνουν ταυτόχρονα και τις δύο δουλειές. Πράγματι, ενώ η έννοια της σωματιδιακής τροχιάς φέρει μόνο «διαμήκη» σύνδεση, η έννοια του (πολυδιάστατου) κύματος συνθέτει τους δύο τύπους σύνδεσης. Ακολουθώντας αυτήν την προσέγγιση «οι πειραματικές ασυνέχειες δεν θα μπορούσαν να αντιπροσωπεύουν τυχόν σωματιδιακές πλευρές των μικροσκοπικών διαδικασιών. Έπρεπε να προέρχονται από ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της αλληλεπίδρασης ανάμεσα στο (κυματικού χαρακτήρα) σύστημα και στην (κυματικού χαρακτήρα) συσκευή».

Η λύση είναι ανάλογη με εκείνη του Mott, ο οποίος με τρόπο παρόμοιο με τη μεταγενέστερη θεώρηση της συσχέτισης από τον Schrödinger, υποστήρηξε ότι «η ακτίνα α δεν θα πρέπει να αναφέρεται ποτέ ως σωμάτιο». Αντίθετα, είναι ένα σφαιρικό κύμα που αφήνει συγκεκριμένα ίχνη «τροχιάς» στον θάλαμο φυσαλίδων. Πώς γίνεται αυτό; Υποστήριξε ότι αυτό που πραγματικά παρατηρούμε είναι ιονισμένα άτομα, των οποίων η πιθανότητα ιονισμού δίνεται από την κυματική εξίσωση. Αυτό που οι «ορθόδοξες» απόψεις θεωρούσαν ως σωματιδιακή τροχιά, στην πραγματικότητα είναι απλώς μια σειρά ιονισμών που χαρακτηρίζουν τα άτομα του αερίου. Παρότι τα άτομα δεν ιονίζονται τυχαία, αφού ο ιονισμός αφήνει συγκεκριμένα ίχνη, κάποιος μπορεί να «θεωρήσει το σωμάτιο α και το αέριο, μαζί, ως ένα σύστημα». Ως αποτέλεσμα, «αυτό που παρατηρούμε είναι ιονισμένα άτομα». Αυτή η θεώρηση καταργεί κάθε συζήτηση περί σωματιδίων πριν από την παρατήρηση.

Αλλά ακολουθώντας την προσέγγιση του Bohr, κάποιος θα μπορούσε να αντιτείνει το εξής: Η «εγκάρσια» σύνδεση, ως μια πλευρά του υποτιθέμενου σφαιρικού κύματος, είναι απλά μια εικασία. Δεν εκδηλώνεται στα πειράματα σκέδασης. Έτσι, αν μιλάμε σοβαρά για το παρατηρούμενο σύστημα, πρέπει ναμιλήσουμε μόνο για τη «διαμήκη» σύνδεση και για μια καθορισμένη κατεύθυνση κατά μήκος της οποίας ταξιδεύει το προσπίπτον κβάντο. Κι επομένως να θεωρήσουμε ότι σε σχέση με την κατεύθυνση αυτήν αποβάλλεται το ηλεκτρόνιο ανάκρουσης (κρίνοντας με βάση τη γωνιακή εξάρτηση) όπως αποβάλλεται ένα συνηθισμένο σωματίδιο. Η γωνιακή εξάρτηση που αφορά στις γωνίες που καταλαμβάνει το ηλεκτρόνιο ανάκρουσης και το δευτερεύον κβάντο, υποδεικνύει την ύπαρξη μιας αλληλεπίδρασης που λαμβάνει χώρα σε μια καθορισμένη κατεύθυνση (δηλ. πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μόνο μια νομοτελειακή, «διαμήκη» σύνδεση). Αυτό αποτελεί μια συνηθισμένη, κλασική, αιτιώδη αλληλεπίδραση. Σε αυτήν την περίπτωση, η «εγκάρσια» σύνδεση ως ένα από «τα δύο συμπληρωματικά χαρακτηριστικά των επιφανειών [ή φάσεων] του κύματος και των κάθετων διανυσμάτων ή ακτίνων», είναι παρατηρησιακά ατεκμηρίωτη. Η απάντηση του Bohr στην ερώτηση «Γιατί να κάνουμε λόγο για σωματίδια όταν επαρκούν τα κύματα;» είναι ότι η «εγκάρσια» σύνδεση δεν εκδηλώνεται στα πειράματα σκέδασης. Για αυτόν, αυτό είναι επαρκής λόγος για να εισάγουμε μια σωματιδιακή πλευρά στην οντολογία. Επιπλέον, η πρόταση του Mott ότι «η ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης θα πρέπει απλά να μας δώσει την πιθανότητα το τάδε άτομο να ιονιστεί», μπορεί να είναι αυθαίρετη, αφού τα κβάντα είναι υπερβολικά καλά οργανωμένα για να είναι τυχαία.

Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις-υπολογισμοί του φαινομένου Compton που μπορούν να εφαρμοστούν με επιτυχία και οι οποίοι διαφέρουν από την αρχική, ημικλασική θεώρηση που χρησιμοποίησε ο ίδιος ο Compton. Ωστόσο, σε εκείνους που αντιμετωπίζουν ευνοϊκά την προσέγγιση της συμπληρωματικότητας του Bohr, αυτές οι προσπάθειες μπορεί να φαίνονται ως άσκοπη απάρνηση των στέρεων και φυσικά ορθών πειραματικών, αποδεικτικών δεδομένων. Για αυτούς, οι παρατηρούμενες τροχιές θα πρέπει να θεωρηθούν ένα παρατηρησιακά ακριβές δεδομένο εντοπισμένων, σωματιδιακών αλληλεπιδράσεων. Κατά την άποψη του Bohr, το ότι ο Schrödinger απέφυγε να ενσωματώσει άμεσα στην οντολογία, τις παρατηρούμενες, καθορισμένες τροχιές (δηλ. το ότι απέφυγε να τις χαρακτηρίσει με σωματιδιακούς όρους), ήταν ένας επικίνδυνος και βεβιασμένος παραγκωνισμός των πειραματικών αποτελεσμάτων, για χάρη εικασιών.

Οι προσεγγίσεις του προβλήματος από τους Bohr και Schrödinger, είχαν σίγουρα διαφορετικές βάσεις. Η πρώτη στηριζόταν αποκλειστικά στα πειράματα και η δεύτερη σε θεωρητικές αρχές. Λόγω του χαρακτήρα των πειραματικών στοιχείων, ο Schrödinger μπορεί να είχε μια εξίσου δύσκολη επιλογή τη δεκαετία του '30, όπως είχε και τη δεκαετία του '20. Ενώ ο Bohr προσπαθούσε να επινοήσει μια ικανοποιητική ερμηνεία, ο Schrödinger εστίασε στο πόσο σημαντικό θα ήταν να διατηρηθούν οι θεωρητικοί του στόχοι μέσα στο πειραματικό υπόβαθρο που υπήρχε.

Στα τέλη της δεκαετίας του '40 και στις αρχές της δεκαετίας του '50, ο Schrödinger έδωσε στο Δουβλίνο, ένα σεμινάριο σχετικά με την κβαντική μηχανική, στα πλαίσια μιας προσπάθειας να αποσαφηνίσει τα εννοιολογικά ερείσματα της αναβιωμένης κυματομηχανικής περιγραφής του και να συμβιβάσει φαινομενικά δυσμενή πειραματικά αποτελέσματα. Το σεμινάριο επιβεβαιώθηκε η συνεχής προσκόλληση του Schrödinger σε μια κυματομηχανική περιγραφή. ΟSchrödinger υποστήριξε ρητά ένα είδος ολισμού που προέρχεται από αυτήν, ως την απόλυτη περιγραφή του μικροφυσικού κόσμου και επέκρινε την προσκόλληση των ατομιστών στα κβαντικά άλματα και στην ασυνέχεια. Πρότεινε ότι αυτό που οι ατομιστές θεωρούν ως εναλλακτικές εμφανίσεις, στο ατομικό επίπεδο θα πρέπει να γίνει αντιληπτό ως ταυτόχρονα συμβάντα που ακολουθούν τον κυματομηχανικό φορμαλισμό. Αλλά το γεγονός ότι δεν δημοσίευσε ποτέ αυτές τις πραγματείες ενδεχομένως να υποδηλώνει ότι εξακολουθούσε να έχει σοβαρές αμφιβολίες σχετικά με τα συμπεράσματά του και ότι για την περίοδο εκείνη, η πειραματικά προερχόμενη ερμηνεία του Bohr φαινόταν πιο αποδεκτή.

 

Υποσημειώσεις:

[13]: Φαίνεται ότι ο Schrödinger υιοθέτησε μια ιδέα παρόμοια με εκείνη που πρότεινε ο Mott το 1929. Ο Mott, στη δημοσίευσή του, ασχολήθηκε με το είδος των δυσκολιών που είχε επισημάνει ο Bohr, και έκανε μια πρόταση για το πώς «οι πιο αντιπροσωπευτικές σωματιδιακές ιδιότητες της ύλης μπορούν να εξαχθούν από την κυματομηχανική».

[14]: Στο πλαίσιο της κυματομηχανικής, η σχέση ανάμεσα στη συσκευή μέτρησης και το παρατηρούμενο σύστημα περιγράφεται ως μια «ακολουθία-κατάλογος κάποιων προσδοκιών- προβλέψεων» (catalog of expectations) που μπορεί να διακοπεί σε διαφορετικά σημεία με διαφορετικούς τρόπους (δηλ. ακολουθώντας διαφορετικές «προετοιμασίες» του συστήματος) και έτσι, το σύστημα να καταλάβει διαφορετικές καταστάσεις.


  Δείτε τη συνέχεια: επόμενο
Ή μεταβείτε στην ενότητα:
Σφάλμα. Ο περιηγητής σας θα έπρεπε να δείχνει περιεχόμενο flash. Για να το δείτε παρακαλούμε εγκαταστείστε / ενεργοποιήστε το flash player.

Get Adobe Flash player

1 Η επίδραση των φιλοσοφικών πεποιθήσεων του Schrodinger στην ερμηνεία του για την κβαντική μηχανική
2 Η πρώιμη κυματομηχανική ερμηνεία του Schrοdinger
3 Η κριτική στην πρώιμη κυματομηχανική ερμηνεία του Schrοdinger
4 Άλλες ερμηνείες της περιόδου 1926-1927 και πειραματικά δεδομένα
5 Η εγκατάλειψη των κυματομηχανικών ερμηνειών
6 Συγκρίνοντας τις ερμηνευτικές προσεγγίσεις των Schrödinger και Bohr
7 Επιστημολογικά σχόλια στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης
8 Η συμβολή του Schrödinger στην αντίδραση προς τη σχολή της Κοπεγχάγης
9 Η αναβίωση της κυματομηχανικής περιγραφής του Schrödinger, το 1935
10 Εισαγωγικές παρατηρήσεις για τους «ασκούς» που άνοιξε η γάτα του Schrodinge
11 Η «κβαντική γάτα» και η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης
12 Η «κβαντική γάτα» και η ερμηνεία των πολλαπλών κόσμων
13 Πειραματικές απόπειρες δημιουργίας μιας «μικρής γάτας» του Schrodinger
14 Οι θέσεις του Schrοdinger για την κβαντομηχανική, ιδωμένες σήμερα