Hva skjer med katten når boksen lukkes?
Hva skjer med katten når boksen lukkes?

Kvantefysikk:
Hva kan vi egentlig bruke Schrödingers katt til?

Det er kanskje verdens mest kjente tankeeksperiment, men hva betyr det?

Du har kanskje hørt om Schrödingers katt. En katt er inne i en boks, og den er enten levende eller død når boksen åpnes.

Men hva er det som skjer inne i boksen? Hvorfor snakker vi i det hele tatt om denne katten?

Schrödingers katt er et tankeeksperiment. Det er en måte å utforske ideer og tanker på. Og Schrödingers katt handler om hvordan de minste tingene i universet oppfører seg.

Noe rart med de minste tingene

Kvantefysikk er teorien om de aller minste bitene i universet. Alt du kan se rundt deg, også deg selv, er bygget opp av noen få typer grunnleggende ting.

Dette kaller vi partikler, og de danner atomene som bygger opp alt annet i verden. Atomene blir til alt fra skrivepulter, til klær, til skyer og til cellene som settes sammen til mennesker, hunder og katter.

I lang tid trodde forskere at verden var bygget opp av ørsmå byggeklosser, som du ikke kunne se, men som fortsatt var håndfaste ting. Vann var laget av bittesmå vannting og ild var laget av bittesmå ildting.

Og i mange hundre år hadde fysikere ideer som fungerte. De forsto hvordan jorden gikk rundt solen, og de kunne bruke matematikk til å lage maskiner som motorer og dampmaskiner.

Men for over 100 år siden begynte flere å forstå at noe var veldig annerledes med de aller minste tingene i universet.

De oppførte seg ikke som noe annet i den virkeligheten som vi kjenner, og de knøttsmå tingene ligner mer på bølger som beveger seg enn noe håndfast.

Denne gjengen med folk la grunnlaget for moderne fysikk. Bildet er fra 1927, og svært kjente vitenskapsfolk som Marie Curie, Albert Einstein, Erwin Schrødinger, Niels Bohr, Max Planck og mange andre var med på dette møtet.
Denne gjengen med folk la grunnlaget for moderne fysikk. Bildet er fra 1927, og svært kjente vitenskapsfolk som Marie Curie, Albert Einstein, Erwin Schrødinger, Niels Bohr, Max Planck og mange andre var med på dette møtet.

Ideene om disse bitte små partiklene kalles kvantefysikk. Dette har blitt viktig for mye av det du ser rundt deg. Datateknologi som sitter i smarttelefoner, PC-er og spillkonsoller fungerer fordi teoriene om de minste tingene i universet fungerer.

Men det rare er: Selv om matematikken og ideene kan brukes til å si hvordan partiklene oppfører seg, er det ingen som vet hva teoriene egentlig betyr. Det er altså noen spørsmål som det fortsatt ikke finnes noe svar på, rundt 100 år etter at fysikerne kom fram til disse ideene.

Mange steder samtidig

En av disse spesielle kvante-tingene kalles superposisjon. Det er ideen om at en partikkel kan virke som om den gjør ulike ting samtidig. Blant annet går det ikke an å si sikkert hvor en partikkel faktisk er, noe som ikke henger sammen med hvordan vi opplever verden.

Noen fysikere sier at hvis du undersøker denne partikkelen, det som kalles «å måle den», så forsvinner de andre mulighetene, og universet «bestemmer» seg for at partikkelen enten er her eller der.

Disse partiklene følger altså ikke de samme reglene som ting vi kjenner rundt oss.

Dette høres helt mystisk ut. Det er som om jakken din kan være rød eller gul mens den henger i skapet, men hvis du åpner skapdøren - og ser etter - er jakken tilfeldigvis enten gul eller rød.

Det er ikke sånn ting fungerer, eller?

Dette er Erwin Schrödinger. Han ble født i Østerrike og levde fra 1887 til 1961
Dette er Erwin Schrödinger. Han ble født i Østerrike og levde fra 1887 til 1961

Erwin Schrödinger er en av dem som var med på å lage moderne kvantefysikk, og det er han som står bak tankene om Schrödingers katt. Selv om tankeeksperimentet er fra 1935, brukes det fortsatt for å teste ut hva kvantefysikk egentlig kan bety.

Han ville vise hva som skjer hvis du beskriver en katt i livsfare i en lukket boks med ideer fra kvantefysikken. Han ville sette katten i en superposisjon.

Altså ikke en partikkel eller et atom, men noe på vår egen størrelse.

Og Schrödinger ville vise at det ikke henger på greip med hvordan vi tenker at ting fungerer. Selv om kanskje matematikken beskriver hvordan de minste partiklene oppfører seg, ville Schrödinger vise at det kunne lede til helt merkelige situasjoner når du snakket om ting på vår størrelse.

Anders Kvellestad jobber med kvantefysikk ved Universitetet i Oslo. Og han forteller at Schrödingers katt viser fram matematikken på en bokstavelig måte.

– Og det er ingenting i kvantefysikken som hindrer deg fra å behandle katten som et kvantefysisk system. Det må ikke handle om enkeltpartikler.

Så hvordan ser egentlig tankeeksperimentet ut?

Katten i boksen

En katt sitter inne i en lukket boks. Inne i denne boksen er det et radioaktivt atom, og en maskin som kan knuse en flaske med gift.

Det radioaktive atomet kan sende ut en partikkel. Dette er helt tilfeldig, og det kan skje, eller det kan ikke skje, i løpet av for eksempel ett minutt.

Hvis maskinen måler en partikkel, knuses flasken med gift og katten dør. Hvis maskinen ikke måler partikkelen, knuser ikke flasken. Katten overlever.

Et enkelt bilde av katten i boksen, som viser de forskjellige mulighetene.
Et enkelt bilde av katten i boksen, som viser de forskjellige mulighetene.

Hva som skjer med katten er altså knyttet til om det radioaktive atomet tilfeldigvis sender ut partikkelen eller ikke. I matematikken som brukes i kvantefysikk beskrives alle disse mulighetene som at de eksisterer samtidig. Derfor snakkes det om at «katten er verken død eller levende».

– Alle fysikere er nok enige om hvordan man skal skrive ned formelen, men ulike fysikere vil være uenige om hva den egentlig sier om virkeligheten, sier Kvellestad.

Det finnes mange måter å beskrive dette på. En måtene å si det på er at alle muligheten finnes på en gang. Men de forsvinner når noen ser, eller måler, hva som er oppi boksen.

Da lander universet på en løsning, og katten er enten død eller levende. Den andre muligheten er borte. Derfor kan katten heller aldri sees i denne «mellomtilstanden», hvor alt bare er muligheter - det kvantefysikerne altså kaller superposisjonen.

Kvellestad forklarer at dette kalles kollaps. Alle mulighetene kollapser og én klar står igjen - katten er enten levende eller død.

– Et av mange underliggende spørsmål er: Når skjer dette valget? Dreper du katten fordi du åpner boksen?

Kvellestad peker også på at det er veldig uklart hvem eller hva som gjør målingen - eller ser etter hva som skjer i boksen. Kan katten regnes som en som gjør målingen, eller må det være en person som åpner den fra utsiden?

Og hvorfor skjer denne kollapsen? Hva skjer med de andre mulighetene? Og skjer dette i det hele tatt i den virkelige verden? Dette kalles måleproblemet, og er et gammelt og uløst problem i kvantefysikken.

Litt død og litt levende?

Men hva kan skje inne i boksen? Hvis vi på magisk vis hadde kunnet sett hva som skjer med katten, ville vi kanskje kunne sett en katt som for eksempel er litt død og litt levende?

Det er kanskje ikke sånn virkeligheten fungerer. Det finnes nemlig også noen nye ideer om hvordan kvanteverdenen og vår verden henger sammen. Dette er ideer som ikke fantes da Schrödinger tenkte på katten sin.

Dette går ut på å at alle partiklene i katten, i lufta rundt, i boksen og inne i maskinen påvirker hverandre og er knyttet sammen.

Med denne idéen trenger vi heller ingen som «måler» hva som skjer med katten, fordi alle partiklene «måler» hverandre og tvinger partiklene til å ende opp med å gjøre mer bestemte ting.

Dermed finnes kanskje aldri de forskjellige mulighetene samtidig, slik som Schrödinger ville vise med tankeeksperimentet sitt.

Men dette forklarer fortsatt ikke hvorfor man til slutt ender opp med en død eller levende katt, og om det er noe helt tilfeldig som styrer hva vi faktisk ser i boksen etterpå, mener Kvellestad.

Mange verdener

Det finnes andre måter å forklare hva som skjer med katten. En av disse forklaringene kalles mange-verdener-tolkningen, og går ut på at alle mulighetene ikke er muligheter, men bare noen virkeligheter i en nær-uendelig rekke med forskjellige virkeligheter.

Her skjer det ingen kollaps, men de forskjellige virkelighetene splittes fra hverandre i to forskjellige retninger som aldri vil møtes igjen.

I én virkelighet overlever Schrödingers katt, fordi atomet ikke slapp ut en partikkel. I en annen virkelighet dør katten, fordi atomet slapp ut en partikkel.

Dette er en illustrasjon som viser Mange-verdener-tolkningen sett fra utsiden. Virkelighetene splittes fra hverandre, og møtes ikke igjen.
Dette er en illustrasjon som viser Mange-verdener-tolkningen sett fra utsiden. Virkelighetene splittes fra hverandre, og møtes ikke igjen.

Hvis universet fungerer på denne måten er det ingen tilfeldighet inne i bildet, forklarer Kvellestad. Alle muligheter vil spilles ut i forskjellige virkeligheter. Hvis katten er død når du åpner boksen, vil det si at det finnes en annen virkelighet hvor katten er levende.

Anders Kvellestad er ikke tilhenger av denne måten å forstå hva som skjer her, mens andre fysikere mener den kanskje beskriver universet vårt best.

Eksperimentet lever videre

Men selv om Schrödingers katt har blitt et av de mest berømte tankeeksperimentet fra kvantefysikkens verden, er det liten vits i å gjøre dette i virkeligheten.

– Det ville vært veldig slemt, sier Kvellestad.

Og ganske unyttig. Kvellestad forklarer at alle fysikere er enige om hva du faktisk vil finne i boksen. Det vil enten være en død eller levende katt der.

Men det store spørsmålet er jo nettopp hva som skjer inne i den isolerte boksen når ingen ser på.

– Hvorfor tror du dette tankeeksperimentet har blitt så berømt?

– Det handler om en katt. Det er noe levende vi kan identifisere oss med.

– Jeg tror det framprovoserer en magefølelse om at dette bare ikke kan stemme, og det er nok det Schrödinger var ute etter.

Siden eksempelet er så kjent, er det også en tydelig og klar måte å diskutere og få fram forskjellige syn på kvantefysikken, mener Kvellestad.

Powered by Labrador CMS