Kvantumugrások élet és halál között

A világunkat felépítő elemi részecskék a kvantumvilág különös törvényeinek engedelmeskednek. Ezek a különös törvények elképzelhetetlen dolgokat engednek meg, például egyidejűleg több helyen vagy több állapotban létezhet valami. Hétköznapjainkban nem találkozunk ilyen különös viselkedéssel, az általánosan elfogadott magyarázat szerint ugyanis a kvantumjelenségek csak nagyon kis méreteknél jelentkeznek. Két osztrák fizikus a Physical Review Letters hasábjain közölt tanulmányában kétségbe vonta ezt az állítást. J. Kofler és C. Brukner szerint nem a méreteken, hanem mérési módszereink pontosságán múlik a dolog. A nagy méretek világában is a kvantumtörvények uralkodnak, csak nem vesszük észre.

A kvantummechanikában egy úgynevezett hullámfüggvény írja le a részecskéket. Ez a függvény egyszerre sok, egymást kizáró lehetőséget jelenít meg, a kvantumállapotoknak egy úgynevezett szuperpozíciója létezik. A sok lehetőség közül a részecske akkor vesz fel egy határozott állapotot, ha megmérjük, vagyis megfigyeljük. A paradox helyzetet Schrödinger macskájának sorsával szokták illusztrálni.

A Nobel-díjas osztrák Erwin Schrödinger gondolatkísérletében egy dobozba zárt macska szerepel. A dobozba nem látunk bele, ezért nem tudjuk, hogy a macska él-e vagy már elpusztult; a kvantumelmélet szerint mindkét állapotban létezik egyszerre. A macskánál méreg van egy üvegcsében. Az egyik kvantumállapotban az üveg sértetlen, a másikban pedig törött, a méreg kiszabadult és megölte a macskát. A határozatlan állapotban levő macska akkor kerül a két lehetséges állapot valamelyikébe, ha a dobozt kinyitva rápillantunk, megfigyeljük.

Hétköznapi gondolkodásunk számára nyilvánvalóan abszurdum a se nem halott, se nem élő macska. A paradoxon feloldható, ha felidézzük, hogy a kvantumállapotok szuperpozíciója megszűnik, ha a részecskék kölcsönhatnak környezetükkel: ez az ún. dekoherencia. Minél több részecskéből áll egy rendszer, annál nehezebb elkerülni a dekoherenciát. Ha egy kvantumrészecske egy makroszkopikus tárgyhoz, a méregfiolához kapcsolódik, akkor bekövetkezik a dekoherencia, megszűnik a kvantumállapotok szuperpozíciója, a lehetőségek egymás mellett létező sokasága. Egyetlen egyértelmű állapot marad meg, a macska vagy halott vagy élő, de nem lehet mindkettő egyszerre.

Kofler és Brukner elismeri, hogy a gyakorlatban valóban így történik a dolog, de elvileg más megoldás is létezik. Szerintük a macska se nem halott, se nem élő, hanem egy olyan újfajta állapotban létezik, amelynek nincs megfelelője a klasszikus fizikában. Ha a mérésünk kissé elmosódott (angol szövegben ezt a fuzzy szóval jelölték), vagyis nem tudjuk az egyik kvantumállapotot megkülönböztetni a másiktól, akkor a kvantumfurcsaságok kisimulnak és a klasszikus képhez jutunk. A mérések elmosódott jellegét figyelembe véve a tárgy viselkedését leíró kvantumegyenletek a klasszikus egyenletekké alakulnak át.

Kvantumugrások élet és halál között

A két kutató szerint ehhez nem kell semmiféle, a környezettel való kölcsönhatás eredményeként bekövetkezett dekoherenciát feltételezni. Schrödinger macskája kvantumugrásokat végez élet és halál között. Ennek észleléséhez nagyon nagyszámú kvantumállapotot kellene pontosan megmérni, erre viszont képtelenek vagyunk. A macskánál kisebb, kevesebb részecskéből álló tárgyak esetében azonban érdemes lenne megpróbálni a kutatók által feltételezett kvantumugrások létezésének észlelését. Eddig még senki sem próbálta meg.

Szaporodó univerzumok

A híres macska sorsa sokakat foglalkoztat. A paradoxonnak van egy másik, nem kevésbé furcsa megoldása. Már ötvenéves az a gondolat, hogy a makrovilágra is alkalmazni kellene a mikrovilág leírását nyújtó kvantumfizikát. Ha a kvantummechanikát a Világegyetemre alkalmazzuk, akkor a világ állapotok sokaságában létezhet. A párhuzamos, egymás mellett létező világegyetemek sokaságában, a multiverzumban (multi univerzumban) minden lehetséges fizikai állapot megvalósul. Schrödinger macskája a doboz kinyitása után megkettőződik, mert az eredeti macskát tartalmazó egész univerzum megkettőződik, kettéhasad. Az egyikben élni fog a macska, a másikban pedig nem. Ha egy másik folyamatnak ötféle kimenete lehet (ötféle kvantumállapot lehetséges), akkor ott öt új univerzum keletkezik.

A feltételezés logikus alkalmazása furcsa következményekhez vezet. Mi történik velünk, ha mi vagyunk Schrödinger macskájának a helyében? A multiverzum világban egyik énünk élni fog, a másik nem! A remény is megkérdőjelezhető. Nincs értelme kedvenc futballcsapatunk győzelmében reménykedni, a multiverzumban a csapat egyszerre nyer és veszít.