Kényes kérdések

Számos - kísérletileg is alátámasztott - vélemény szerint ugyanis mi magunk, a kísérlet megfigyelői okozzuk a hullámfüggvény - vagyis a részecske szabadságának - összeomlását. Ha bármilyen módon tudomást szerzünk arról, hogy merre járt a részecske, akkor éppen miattunk veszíti el azt a szabadságát, hogy egyszerre lehessen mindkét helyen vagy éppen egyiken sem; enélkül ugyanis nem interferálhat "önmagával".

Másképp fogalmazva - ha kíváncsiságunkkal "kikényszerítjük" az útvonal-információt, akkor abban a pillanatban a részecske elveszíti hullámtermészetét, és egy unalmas, jól meghatározott pályán repül tovább. Ha viszont nincs lehetőségünk erre, akkor a részecske ismét "szabaddá" válik, és vidáman, figyelmen kívül hagyva az általunk ismert világ fizikai korlátait, egyszerre lehet mindkét helyen amikor áthalad a kétrés-kísérlet akadálypályáján.

Ez azt jelentené, hogy egy tudatos megfigyelő szükséges a hullámfüggvény öszeomlásához? Például egy ember? Vagy elég az is, ha a műszereink megmérik az útvonal-információt, anélkül, hogy bárki kiértékelné az eredményeket? Összeomlana-e a hullámfüggvény, vagy érintetlenül interferálna tovább önmagával?

A fizika tudománya nem ismeri az "öntudat" fogalmát, sőt, nem is tud mit kezdeni vele, ezért a tudósok nagy része olyan megoldást keres, amelyben nincs jelentősége annak, hogy a kísérlet megfigyelőjének van-e az általunk ismert értelemben "öntudata". Ám lehetséges, hogy a fizika téved ebben. Vagy a fizikának igaza van, ebben az esetben viszont az "öntudat" fogalma nem, vagy nem feltétlenül szűkíthető le az emberi faj képviselőinek szűk csoportjára. Sőt, még az élőlények szintjére sem. Lehetséges - mint ahogy azt már korábban is írtuk - hogy a megfigyelő bármilyen struktúra lehet. Egy molekula, egy vírus, egy kődarab, egy bolygó vagy éppen a Nap; egy erdő és egy sivatag, de éppúgy a tengervíz egy molekulája és a sivatag egy homokszeme együttesen is.

Mielőtt beleszédülnénk ezen lehetőségek végtelenjébe, meg kell ismernünk néhány nagyon fontos fizikai vagy éppen gondolat-kísérletet, amely szorosan kapcsolódik témánkhoz - és amelyek nem kevésbé különleges értelmezésekre adhatnak okot.

Schrödinger macskája

Az egyik leghíresebb ilyen, igencsak paradox kísérlet már majdnem 100 éves, és azóta sem tud a tudományos világ egységes álláspontot kialakítani annak megítélésében. Több száz könyv, több ezer cikk és tanulmány született már az élőhalott macska értelmezésének témájában: mindhiába. Nincs egységes álláspont.

A kísérletben - amelyet szerencsére a valóságban sohasem végeztek el, és remélhetőleg soha nem is fognak (nem csak humanitárius okokból, hanem azért is, mert a kísérlet konkrét eredménye voltaképpen lényegtelen) - egy aranyos cica életét tesszük függővé egy kvantumfizikai szinten teljesen véletlenszerűnek tekintett, 50-50 %-ban bekövetkező folyamat kimenetelétől.

Konkrétan, egy külvilágtól hermetikusan elzárt dobozba zárjuk kedvenc macskánkat, egy óra időrartamra, egy instabil izotóppal, valamint egy annak esetleges bomlását érzékelő műszerrel (pl. Geiger-számlálóval). Ha az izotóp elbomlik - aminek pontonsan 50 % a valószínűsége egy órán belül - a műszer azt érzékeli és gonosz módon összetör egy apró kémcsövet, amiben cianid kapszula van és gyorsan, fájdalommentesen, de végérvényesen jobb létre szenderíti a cicát. Ha viszont az izotóp nem bomlik el - amire éppúgy 50 % az esély - akkor nem történik semmi, és egy óra múva kinyitva a dobozt, keblünkre ölelhetjük kedvencünket.

A doboz viszont egy óráig zárva van, és semmit, de semmit nem tudhatunk arról, hogy mi történt odabent (elbomlott-e az izotóp, vagy sem). Csak akkor, amikor kinyitjuk a dobozt derül ki, hogy a macska megúszta-e az igencsak kétesélyes orosz rulettet. A lényeg az, hogy amíg ki nem nyitjuk a dobozt, addig éppolyan valószínű, hogy a cica él és virul, mint az, hogy jobblétre szenderült.

Fontos megértenünk, hogy az izotópok időbeli bomlása éppolyan jelenség, mint a kétrés-kísérletben a részecskék útvonalválasztása. Amíg meg nem nézzük, melyik valósult meg a kettő közül - vagyis, hogy az izotóp elbomlott-e, vagy sem, illetve hogy a foton a baloldali, vagy a jobb oldali résen haladt át - addig a két állapot "egyszerre" létezik. Vagyis, a macska élő és halott egyszerre, a fotonok pedig mindkét résen áthaladnak.

Ha viszont kinyitjuk a dobozt - vagy megmérjük a fotonok röppályáját - akkor a hullámfüggvény "összeomlik", és immár nem élőhalott macskát, hanem egy élő VAGY halott macskát fogunk látni, de a kettőt semmiképpen sem egyszerre.

Innentől persze a kérdés legalább annyira filozófia, mint fizika; a macskát sohasem láthatjuk élőhalott állapotban, hiszen megfigyelésünkkel "összeomlasztjuk" a hullámfüggvényt éppúgy, ahogy a fotonok repülési útvonalát. Ez vajon paradoxon? Itt élesen elválnak egymástól az értelmezések.

A Koppenhágai értelmezés

Schrödinger élőhalott macskája a 20. század egyik legnagyobb tudománytörténeti vitáját váltotta ki, amely máig sem ért véget - sőt, a kvantumfizikai kísérletek tükrében egyre érdekesebbé válik. Már Einstein és Schrödinger is hosszan leveleztek róla, később egész konferenciák témája volt, évtizedekig. A Koppenhágai értelmezés szerint a macska valóban "zombi" addig, amíg ki nem nyitjuk a dobozt, de amint ez megtörténik - és azt megfigyeljük - a hullámfüggvény törvényszerű összeomlásával a macska végérvényesen felveszi az egyik, vagy másik állapotot, és világegyetemünk eszerint alakul tovább. 

A Koppenhágai értelmezés szerint tehát csak egyetlen, jól meghatározható kimenetele lehet a kísérletnek, és minden szemlélő azt fogja látni: amint kinyílik a doboz.

Ez egy egyszerű és logikus, paradoxonoktól mentes álláspont, és ezért máig sokan kedvelik. De van egy csavaros, mégis tökéletes ellenérv, amely megkérdőjelezi azt.

Mi történik, ha valaki egy óra elteltével kinyitja a dobozt, szomorúan tapasztalja, hogy a macska elpusztut, majd visszacsukja a dobozt; viszont mielőtt bárkivel beszélhetne erről, a fejére esik egy tégla, és maga is jobblétre szenderül. Barátja (Wiener's friend) a balesetről mit sem tud, de bemegy a laborba, kíváncsian újra kinyitja a dobozt, és csodák-csodája: a cica él és virul. 

Be kell, hogy lássuk, hogy a kvantumfizika varázslatos világában (amely a mi világunk is egyben) ez igenis lehetséges. Hiszen, ha maga a megfigyelés omlasztja össze a valószínűségi hullámot, akkor egy másik, független megfigyelés épp olyan valószínűséggel juthat teljesen ellentétes eredményre.

Akkor ez most azt jelenti, hogy mi magunk döntjük el, hogy a macska élő, vagy halott legyen-e? Egy tudatos megfigyelő kívánságai határozzák meg a világegyetemet? Vagy csak elszenvedni kénytelenek a tudatos megfigyelők az egyik, vagy másik szubjektív állapotot? És mi van, ha a két független megfigyelés eredménye nem egyezik?

Ez a paradaxon vezetett a Több-világegyetem (Multiverzum-értelmezés) kialakításához.

Budapest, Amszterdam
2009 május - 2010 december
Nagy Gergely
Időkép.hu