Schrödingeri kass muutis sajandi mõtteviisi
On teadmata, kas füüsik Erwin Schrödingeril oli ka tegelikult kass. Kuid Schrödingeri välja mõeldud kass on üks kuulsamaid loomi füüsika ajaloos. Ja ka kummalisemaid, sest kvantmehaanikud vaidlevad siiani, kas Schrödingeri kass on elus või surnud. Ühed arvavad, et kass on pooleldi elus, pooleldi surnud. Teised on jälle seda meelt, et vastusel polegi suuremat tähtsust. Kassi arvamust ei küsi keegi.
Ennustatava maailma hukk
Ometi sümboliseerib Schrödingeri kass, olgu surnult või elusalt, 20. sajandi ühte olulisemat murrangut. Võiks isegi öelda, et kuigi Schrödingeri kass ei püüdnud ühtegi hiirt, on ta nüüdseks istunud 70 aastat mürgiampulli ees, teadmata, kas see pääseb valla või mitte, ning ohverdanud end nii puhta teaduse heaks.
Erwin Schrödinger oli erakordne teadlane, kellel õnnestus sündida õigel ajal. Nimelt just siis, kui murdus üks maailm – Newtoni reeglipärane ja ennustatav –, ning astus platsi teine – kvantmehaaniline. Maailm, milles troonib Tema Kõrgus Tõenäosus. Maailm, kus üks ja sama asi saab esineda kord osakese, kord lainena, maailm, kus energiaskaalal saab edasi liikuda vaid portsude kaupa nagu pööninguredelil ning kus üks aineosake tohib ühel ja samal ajal olla vanaema maja pööningul kirstus ning mõne Andromeeda udukogu planeedi poolusel.
Schrödinger tõi kasutusele seda veidrat maailma kirjeldava lainefunktsiooni, kirjutas sellest maailmast põhjapaneva kvantmehaanika raamatu ja tegeles ka geneetilise struktuuri küsimustega. Kuid ometi tuntakse teda suuresti tolle õnnetu kassi pärast.
Alguses oli Newton. Maailm oli turvaline nagu piljardilaud. Toksid piljardipalli, ja võid ennustada, millise palliga see põrkub ning milline pall millisesse auku kukub. Ennustada saab muidugi siis, kui tead täpselt, kui suure hoo ja millisesse palli punkti sa kiiga annad. Kui tead algtingimusi, saad lõpptulemuse välja arvutada, kui keerulisi valemeid see arvutus ka ei sisaldaks.
Energiaportsud otsustavad asja
Ilus ja lihtne piljardilaua-maa-ilm varises kokku 19. oktoobril 1900, mil füüsik Max Planck pidas Saksa Füüsikaühingule põhjapaneva ettekande. Õieti oli ettekanne põhja lammutav. Planck oli hakanud huvi tundma, miks kiirgav keha muutub punasest oraniks ja lõpuks koguni siniseks, kui seda kuumutada. Ta leidis õige vastuse sisaldavat eeldust, et ka kiirgus eraldub portsude kaupa nagu ainegi. Planck kutsus neid portse kvantideks, mis ladina keeles tähendab kogust.
Õige pea sai selgeks, et energia kvantiseerimine, portsudeks jagunemine, on looduse üleüldine reegel.
Planck ei olnud oma avastuse üle eriti õnnelik. Ta lootis, et tema kvandid on vaid esialgne abivahend, mis on võimalik hiljem teooriatest kõrvaldada. Kuid kvant ei kadunud. Hoopis Albert Einstein võttis kätte ja avastas, et aine mitte ainult ei kiirga, vaid ka neelab energiat portsude kaupa.
Fotoelektrilise efekti seletus avas tee kummalise kvantmaailma sügavustesse. Maailma, kus ei saa millelegi kindel olla ning kus osake on kord osake, siis aga hoopis laine. Maailma, kus osakese kohta ei saa kindlalt väita mitut asja korraga. Maailma, mida ei juhata Newtoni kindel ja suunav käsi, vaid tõenäosus, mis kaob vahel millimallikana sõrmede vahelt.
Füüsikutele tõi kvantmaailma avastamine nii omavahelisi tülisid kui ka seniolematuid võimalusi. Einstein sai märtsis 1905 valmis artikli fotoefektist, milles tõestas esmakordselt, et valgus pole ainult laine, vaid ka osake. Sada aastat tagasi algas kõik – võimalus ehitada televiisorit ja hoida käes mobiiltelefoni. Võimalus seilata internetis ja kuulata laserplaate.
Kass ilu altarile
Schrödingeri välja mõeldud kass istub läbipaistmatus kastis. Me ei tea, mida ta teeb. Me ei tea isegi, kas ta on elus või surnud. Kastis on üks põrgulik seade. Mürgiampull, mille vallandab radioaktiivse aine lagunemisest tekkiv osake. Kui osake kiirgub ja ampullini lendab, pääseb mürk välja ja kass sureb. Meie tavamaailmas oleks kõik selge. Kass kas saab mürki ja sureb või ei saa seda ja jääb ellu. Kuid kvantmaailmas on asjad teisiti. Näiteks ühe tunni jooksul osake kas kiirgub või ei kiirgu. Nii üks kui teine on võimalik, kuid vaid mingi tõenäosusega. Kui tõenäosus, et osake kiirgub, on võrdne tõenäosusega, et see ei kiirgu, on ka kass elus või surnud võrdse tõenäosusega.
Ometi teame, et kass ei saa olla korraga elus ja surnud. Kui avame kasti, veendume ju ise, et kassiga on lood nii või naa. Tuleb välja, et kassi päästab või hukutab meie pilk. Vaatlus muudab maailma.
Kvantmehaanika avab meile lõputul hulgal võimalusi. Kuid ei ütle, milline neist saab tegelikult teoks. Kas see Schrödingeri vaesele kassile meeldib, pole just eriti kindel. Vaidlused Viini kavalpea Schrödingeri 1935. aastal välja mõeldud kassi üle pole siiani lõppenud.
Sellepärast elabki too kuulus kass füüsikas siiani. Schrödinger ise püüdis oma kassiga näidata, et kvantmehaanika ei kirjelda maailma täiuslikult. “Mul pole suuremat eesmärki kui töötada välja teaduse ilu,” kirjutas ta Max Bornile. Temaga nõustus Albert Einstein, kes koos Podolski ja Roseniga oli samal aastal välja mõelnud paradoksi, mis seadis kahtluse alla kvantmehaanika Kopenhaageni koolkonna arvamuse, et süsteemid saavad eksisteerida segaolekutes. Sama suure kahtluse alla seati ka Heisenbergi määramatuse printsiip, mille kohaselt pole võimalik üheaegselt täpselt mõõta kahte üksteisest oluliselt erinevat suurust, näiteks kiirust ja asupaika.
Niels Bohr, too Taani suur kvantprints, kinnitas, et meie teadmine kassi kohta ongi kõik, mis maailmas on. Pole olemas kassi iseeneses. Ometi on inimene õppinud looma segaolekuid – kuid need on siiski loodud mikroosakestest, mitte kassidest.
Schrödingeri kassi paradoks pole midagi elukauget. Paradoksaalse kassi käpp on mängus ka viimasel ajal kiirelt arenevas kvantkrüptograafias, kus teadete salastamiseks ja lahtimuukimiseks kasutatakse just nimelt olekute põimumist.
Rahvusvaheline füüsika aasta
Rahvusvaheline füüsika aasta juhib tähelepanu tõsiasjale, kui palju viimase saja aasta füüsika on meie igapäevaelu mõjutanud.
Fotoelektriline efekt, mille Albert Einstein saja aasta eest ära seletas, on meie elu lahutamatu osa. Päikesepatareid võimaldavad lähetada kosmoselaevu ja tehiskaaslasi ning annavad lootust leevendada inimkonna kütusenälga.
Kvantmaailm ja meie
Nii nagu pole võimalik mõõta ühekorraga täpselt, kus osake asub ja kui kiiresti see liigub, pole ka inimesel võimalik korraga täita kaht väga erinevat rolli. Me ei saa olla korraga vaatlejad ja osalised. Muidugi oleme võimelised enesevaatluseks, kuid see on võimalik tagantjärele, mitte samal ajal mõnel koosolekul vaieldes ja ennast selles vaidluses kõrvalt jälgides.
Skisofreenne osake
Kümne aasta eest jälgiti esmakordselt osakest, mis asub samaaegselt kahes eri kohas ja kahes eri olekus. Nad püüdsid berülliumi aatomi positiivse iooni magnetilisse lõksu ja külmutasid selle laserkiirega kõige madalamasse olekusse. Sellist iooni laserkiirega veidi ergastades jälgitigi, et ioon asub kahes, eri spinni suunaga olekus, ning samal ajal endast 80 nanomeetrit eemal.
