Godine 1935, austrijski fizičar Ervin Šredinger objavio je kritički osvrt u tri dela na ono što je nazvao „trenutnom situacijom“ u tada još novoj teoriji kvantne mehanike. Uglavnom, njegov pregled, napisan na nemačkom, bio je suvoparan i tehnički, daleko od nečega što bi zadržalo pažnju van uskog akademskog kruga kvantne fizike. Međutim, u jednom kratkom paragrafu, sa jasnim dozom ironije, Šredinger je dao maha jednoj ideji koja se, 90 godina kasnije, i dalje snažno odražava u popularnoj kulturi. Taj odlomak odnosio se na njegovu čuvenu mačku. Kako je jedan apstraktan argument o matematički složenoj i zbunjujućoj teoriji fizike postao ukorenjen u kolektivnoj svesti kao izvanredno promišljanje o ljudskoj psihi? Ovaj esej govori o tome.

Evo kako je Šredinger to opisao (u engleskom prevodu Džona D. Trimera):

„Mogu se čak zamisliti potpuno apsurdni slučajevi. Mačka je zatvorena u čeličnu komoru, zajedno sa sledećim đavolskim uređajem (koji mora biti zaštićen od direktne interakcije sa mačkom): u Geigerovom brojaču nalazi se sićušan komadić radioaktivne supstance, toliko mali da možda u toku jednog sata jedan od [radioaktivnih] atoma doživi raspad, ali isto tako, sa jednakom verovatnoćom, možda nijedan. Ako se raspad dogodi, cev brojača se aktivira i preko releja oslobađa čekić, koji razbija malu bočicu cijanovodonične kiseline. Ako se ovaj sistem ostavi da deluje sam jedan sat, reklo bi se da mačka još uvek živi ako nijedan atom nije doživeo raspad. Prvi raspad atoma bi je otrovao. [Kvantna talasna funkcija] celog sistema bi to izrazila tako što bi sadržala mačku, istovremeno živu i mrtvu (uz izvinjenje na izrazu), pomešanu ili razmazanu u jednakim delovima.“

Iako je ovo bio samo misaoni eksperiment, paradoks Šredingerove mačke postao je, uz Pavlovljevog psa, jedan od najslavnijih koncepata u naučnom bestijariju neobičnog.

Razumevanje Šredingerove poente

Da bismo shvatili šta je Šredinger želeo da pokaže, potrebno je malo razjasniti stvari. Priroda njegovog „đavolskog uređaja“ zapravo nije ključna za njegov argument. Njegova svrha je jednostavno da pojača događaj na atomskom nivou – raspad radioaktivnog atoma – i prenese ga na mnogo poznatiju skalu: živu mačku zatvorenu u čeličnoj kutiji. Teorija koja opisuje objekte i pojave na nivou atoma i subatomskih čestica, poput elektrona, naziva se kvantna mehanika. Ali u toj teoriji, atomi i subatomske čestice nisu predstavljeni kao sićušni, jasno definisani objekti koji se kreću kroz prostor. Umesto toga, oni se opisuju pomoću kvantnih talasnih funkcija, koje beleže krajnje neobične aspekte njihovog ponašanja. U određenim uslovima, te čestice se mogu ponašati i kao talasi.

Ove suprotstavljene osobine ne mogu biti izraženije, niti izgledati međusobno nespojive. Čestice imaju masu. Po svojoj prirodi, one su „ovde“ – lokalizovane su u prostoru i ostaju lokalizovane dok se kreću od jednog mesta do drugog. Ako ubacimo mnogo čestica u mali prostor, one će se sudarati poput klikera, odbijajući se jedna od druge u različitim pravcima. Talasi, s druge strane, nisu lokalizovani – oni su „rasprostranjeni“ kroz prostor. Ako ih nateramo da prođu kroz uzak procep, ponašaće se poput morskih talasa koji prolaze kroz otvor u lučkom zidu – razliće se u prostoru. Fizičari ovo nazivaju difrakcijom. Kada se više različitih talasa spoji, oni će se preklopiti i formirati ono što fizičari nazivaju superpozicijom. Vrhunac jednog talasa se sabira sa vrhuncima drugih, dok se doline kombinuju kako bi se formirala dublja depresija. Ako se vrhunac jednog talasa poklopi sa dolinom drugog, oni se međusobno poništavaju, a ako su jednaki po visini i dubini, potpuno nestaju. Ovaj fenomen naziva se interferencija.

Do 1935. godine, matematička formulacija kvantne mehanike bila je prilično razvijena i većina fizičara ju je smatrala potpunom. Međutim, teorija ne određuje gde se sve kvantne neobičnosti završavaju. Kada se primeni na radioaktivni atom, kvantna teorija kaže da će, nakon jednog sata, talasna funkcija tog atoma biti predstavljena kao jednaka mešavina – superpozicija – raspadnutih i neraspadnutih atoma.

Neizbežna čudnovatost kvantne mehanike

Mogli bismo stati ovde, ali znamo da i interakcija između atoma i „đavolskog uređaja“ takođe mora biti objašnjena kvantnom mehanikom, barem u njenim ranim fazama. Ako doslovno shvatimo teoriju, onda proširivanje njenih jednačina na ceo sistem znači da se talasna funkcija razvija u superpoziciju raspadnutog atoma i aktiviranog uređaja, te neraspadnutog atoma i neaktiviranog uređaja. U svom pregledu, Šredinger je skovao termin „upletenost“ (entanglement) kako bi opisao ovu situaciju. Radioaktivni atom postaje upleten u stanje uređaja.

Ako logično proširimo ovu upletenost i na mačku, tada, kako je Šredinger objasnio, dobijamo talasnu funkciju koja predstavlja superpoziciju raspadnutog atoma, aktiviranog uređaja i mrtve mačke, te neraspadnutog atoma, neaktiviranog uređaja i žive mačke. Živa i mrtva mačka, dakle, izgledaju „pomešane ili razmazane u jednakim delovima“.

Dakle, da li je mačka mrtva ili živa? Nemamo način da to saznamo dok ne podignemo poklopac kutije i pogledamo unutra. Ako se striktno pridržavamo kvantne teorije proširene na mačku, tek u trenutku podizanja poklopca talasna funkcija „kolabira“ i otkriva nam da je mačka ili živa ili mrtva. Ali tu se javlja jedan mali problem sa ogromnim posledicama – nigde u matematičkoj formulaciji kvantne mehanike ne postoji jednačina koja opisuje taj kolaps. Ostaje nam da samo pretpostavimo da se on događa.

Dobro, ali da li možemo bar predvideti sudbinu mačke pre nego što otvorimo kutiju? Kvantna teorija kaže: ne, ne možemo. Prema prihvaćenoj interpretaciji, superpozicija dve mogućnosti odražava relativne verovatnoće da dobijemo jednu ili drugu. Međutim, te verovatnoće se prevode u stvarne ishode tek kada se pretpostavi da je talasna funkcija kolabirala, odnosno kada se superpozicija jedne mogućnosti i druge transformiše u jednu stvarnost ili drugu. Izgleda da čin posmatranja bukvalno ubija mačku – ili je spašava.

Ovo je velika stvar. To nije isto što i baciti „pošten“ novčić i dobiti pismo ili glavu sa jednakom verovatnoćom. Ne opisujemo novčić kao da je u superpoziciji pismo-glava dok se okreće kroz vazduh, iako nas ništa ne sprečava da to učinimo. To ne radimo jer znamo da obe strane novčića nastavljaju da postoje nepromenjene dok ga bacamo i dok se okreće ka zemlji. Ali kvantna mehanika ne funkcioniše na taj način. Brojni kvantni eksperimenti pokazuju da pretpostavka da objekti poput atoma ili elektrona postoje u nekom stanju pre nego što ih posmatramo može dovesti do predviđanja koja su u suprotnosti i sa kvantnom teorijom i sa rezultatima eksperimenata. Jednostavno ne možemo bez superpozicije ili verovatnoća. Potrebna nam je čudnovatost.

Šredingerova mačka i pitanje potpunosti kvantne teorije

Iako je većina fizičara prihvatila stav da kvantna mehanika pruža potpunu teoriju pojedinačnih kvantnih objekata i događaja, bilo je i značajnih protivnika. Albert Ajnštajn nikada nije bio sasvim zadovoljan implikacijama kvantne teorije na zakon uzroka i posledice, kao ni oslanjanjem na verovatnoće, što je sažeo u čuvenoj izjavi da „Bog ne igra kockice“. Početkom 1935. godine, Ajnštajn i njegove kolege sa Prinstona, Boris Podolski i Nejtan Rozen, objavili su značajan rad u kojem su tvrdili da kvantna mehanika ne može biti smatrana potpunom teorijom – nešto fundamentalno nedostaje. Iako su se razilazili u detaljima, Ajnštajn i Šredinger su delili zajedničko uverenje, a njihova prepiska tokom leta 1935. inspirisala je Šredingera da razvije svoj paradoks mačke.

Šredinger je shvatao da se njegova mačka ni pod kojim okolnostima ne može smatrati istovremeno živom i mrtvom. Po njegovom mišljenju, paradoks je trebalo da ukaže na prividnu apsurdnost kvantne teorije, ne tvrdnjom da „kvantna teorija kaže“ da je superpozicija žive i mrtve mačke realna mogućnost, već pokazivanjem da ono što kvantna teorija ne kaže može dovesti do logičkog paradoksa. Ajnštajn mu je odgovorio: „… tvoja mačka pokazuje da smo u potpunom saglasju.“

I tu se, na neko vreme, stvar završila. Paradoks mačke ostao je ograničen na jedan paragraf u opširnom preglednom radu, a Šredingerove sumnje nisu imale značajan uticaj na većinu fizičara, pa čak ni na one koji su se bavili filozofskim značenjem kvantne mehanike. Paradoks je preživeo u Ajnštajnovoj i Šredingerovoj prepisci sve do ranih 1950-ih, a ponovo se pojavio 1957. godine, na konferenciji fizičara i filozofa u Bristolu, Engleska.

Đavolski mehanizam sada uključuje strujni udar

Tokom diskusije u okviru te konferencije, američki fizičar Dejvid Bom oživljava Šredingerovu mačku. U međuvremenu, paradoks je evoluirao i sada se zasniva na jednom fotonu (čestici svetlosti) koji prolazi (ili ne prolazi) kroz polu-osvetljeno (jednosmerno) ogledalo. Poput radioaktivnog atoma, foton ima 50/50 šansu da prođe kroz ogledalo ili da se odbije od njega. Njegov prolazak aktivira mehanizam koji ubija mačku pištoljem.

Paradoks se ponovo pojavljuje 1965. godine u eseju američkog filozofa Hilari Putnama pod nazivom „Filozof gleda na kvantnu mehaniku“. Foton i polu-osvetljeno ogledalo ostaju, ali sada je mehanizam smrti strujni udar. Putnam zaključuje: „Ne postoji zadovoljavajuća interpretacija kvantne mehanike danas.“

Kako se Šredingerova mačka uvukla u popularnu kulturu

Ono što je usledilo bilo je fascinantno. Dok je 1972. godine istraživala Ajnštajnovu teoriju relativnosti za svoju knjigu, američka autorka naučne fantastike Ursula Legvin naišla je na referencu o Šredingerovoj mački. Filozof Robert Kris je u članku iz 2024. primetio da je bila „očarana implikacijama neizvesnosti i cenila fantastičnu prirodu Šredingerove slike“. Ne možemo sa sigurnošću utvrditi tačne događaje i vremenske okvire, jer je Legvin čitala veoma široko, ali nije sistematski beležila beleške. Ipak, ovo je „najbolja pretpostavka“ Džuli Filips, koja trenutno piše zvaničnu biografiju Legvin, planiranu za objavu u aprilu 2026.

U svojoj kratkoj priči Šredingerova mačka (1974), Legvin predstavlja Bomovu verziju paradoksa sa fotonom, polu-osvetljenim ogledalom i pištoljem. U dijalogu između neimenovanog naratora i psa po imenu Rover, Legvin piše:

„… Ne možemo predvideti ponašanje fotona, pa tako, kada se jednom ponašao, ne možemo predvideti stanje sistema koji je odredio. Ne možemo ga predvideti! Bog igra kockice sa svetom! Tako je divno demonstrirano da, ako želite izvesnost, bilo kakvu izvesnost, morate je sami stvoriti!“ „Kako?“ „Podizanjem poklopca kutije, naravno,“ rekao je Rover …

Od tog trenutka, Šredingerova mačka postaje redovan motiv u fikciji. Ne samo u naučnoj fantastici, već i u širokom spektru priča, romana, filmova, pozorišnih predstava, televizijskih serija, pesama i muzike. Istovremeno, razvoj fizike tokom ranih 1980-ih podstakao je porast popularnih naučnih knjiga, poput U potrazi za Šredingerovom mačkom Džona Gribina (1984).

Kulturološka privlačnost Šredingerove mačke

Privlačnost Šredingerove mačke u kulturi leži u pitanjima „šta ako“ koja ona postavlja. Podstiče nas da razmišljamo o posledicama naših ljudskih izbora. Šta ako odlučimo da ne pogledamo? Ako ne pogledamo, da li mačka uopšte može da se smatra postojećom? Naša odluka da podignemo poklopac nalik je trenutku kada se suočavamo sa raskrsnicom i biramo put. Poput američkog pesnika Roberta Frosta, možemo izabrati put kojim se ređe ide. Ali šta bi bilo da smo izabrali drugi?

Film Klizna vrata (Sliding Doors, 1998) prikazuje dve paralelne priče: jednu u kojoj Helen Kvili (Gvinet Paltrou) propušta voz u londonskom metrou, i drugu u kojoj uspeva da ga uhvati. Kviliin život se odvija potpuno različito, u zavisnosti od toga da li uspeva da se provuče kroz klizna vrata i uđe u voz. To što tako trivijalan trenutak može značajno da promeni tok naše budućnosti je duboko uznemirujuće.

Šta se dešava kada podignemo poklopac?

Tu priča ne staje. Kao što je i sama Legvin primetila u svojoj kratkoj priči, čin podizanja poklopca nije suštinski poseban, a kvantna mehanika ne daje odgovor na pitanje gde u lancu događaja prestaje njena neobičnost. Napisala je: „Ali zašto otvaranje kutije i posmatranje svodi sistem nazad na jednu verovatnoću, ili živu mačku ili mrtvu mačku? Zašto se i mi ne uključujemo u sistem kada podižemo poklopac?“

Da li smo i mi nalik mački, ali zarobljeni u mnogo većoj kutiji koju nazivamo stvarnost? Ako jesmo, ko onda obavlja posmatranje? I šta će se desiti kada podigne poklopac?

Ako čin posmatranja ne izaziva kolaps talasne funkcije sistema, tada se, logično, posmatrač mora upleti u superpoziciju. Legvin je napisala: „[T]u bismo bili, gledajući živu mačku, i … gledajući mrtvu mačku.“ Ako ste vi taj koji posmatra, sada bi postojala nova superpozicija koja uključuje dve verzije vas samih.

Multiverzum i „Mnoge svetove“

U ovom trenutku, možemo biti u iskušenju da potražimo potpuno drugačiju interpretaciju kvantne mehanike. Ako matematika ne opisuje kolaps talasne funkcije, zašto pretpostaviti da se on uopšte dešava? Umesto toga, mogli bismo pretpostaviti da, kao što je Legvin sugerisala, vi postajete upleteni u sistem kada podignete poklopac.

Pošto niko nikada nije iskusio jeziv osećaj koegzistiranja sa višestrukim verzijama sebe, sve posmatrajući različite događaje, mogli bismo dalje pretpostaviti da čin podizanja poklopca „razdvaja“ Univerzum na dve paralelne verzije. U jednom univerzumu, jedna verzija vas vidi mrtvu mačku. U drugom univerzumu, druga verzija vas vidi živu mačku. Ne osećate nelagodnost jer su ti različiti univerzumi divergirali, a vi ste potpuno nesvesni drugih paralelnih verzija sebe.

Ovo je takozvana interpretacija „Mnogih svetova“, koju je 1957. godine predložio američki fizičar Hju Everet III. Ona nudi multiverzum paralelnih mogućnosti. Multiverzum omogućava mnogo širi i sofisticiraniji spektar „šta ako“ pitanja, daleko izvan binarnog izbora živa/mrtva mačka. Šta ako se efekti vaših izbora vremenom nagomilavaju i ne menjaju samo vaše buduće okolnosti, već i celu vašu ličnost?

Šredingerova mačka i pitanje identiteta u multiverzumu

U multiverzumu beskrajnih mogućnosti, da li postoji mnoštvo vaših verzija koje se ponašaju potpuno različito i žive sasvim drugačije živote? Možda u jednom od tih univerzuma vi ste humani i dobrodušni, ali beskućnik, svedeni na prosjačenje na uglovima ulica. A u drugom ste beskrupulozni tehnološki milijarder, koji ugrožava ustaljeni svetski poredak. Ovakva pitanja su na maestralan način istražena u romanu Tamna materija (Dark Matter, 2016) Blejka Krauča, koji je prošle godine adaptiran u televizijsku seriju na Apple TV+.

Šredingerova mačka i ljudska potreba za misterijom

Šredingerova mačka u popularnoj kulturi hrani našu urođenu ljudsku želju za misterijama i omogućava smele letove mašte koji nam pomažu da istražimo šta nas čini „nama“. I, što je zapanjujuće, ona tvrdi da to čini u ime nauke, jer „kvantna teorija kaže“ da je to moguće. Ko bi rekao da fizika može biti toliko zabavna?

Ali, to ne znači da je mačka doslovno istovremeno živa i mrtva

Ipak, većina fizičara pristupa ovom problemu trezvenije. Tokom 1920-ih i 1930-ih, osnivači kvantne mehanike su se neprestano suočavali s pitanjima interpretacije i dolazili do rešenja koja su mnogi smatrali zadovoljavajućim, iako su neki (poput Ajnštajna i Šredingera) smatrali da su duboko nezadovoljavajuća.

Šta zapravo predstavljaju superpozicija i, šire gledano, kvantna talasna funkcija? Jedna interpretacija, najviše povezana s danskim fizičarom Nilsom Borom i poznata kao „Kopenhaška interpretacija“, tvrdi da su to samo matematički alati za proračun, a ne nešto što bi trebalo shvatiti doslovno. Oni nisu realni, već isključivo simbolični. Superpozicija jednostavno predstavlja ono što znamo o sistemu mačka-u-kutiji, a matematičke jednačine kvantne mehanike koristimo za proračun verovatnoća mogućih ishoda.

Dakle, kada kažemo da se mačka nalazi u superpoziciji života i smrti, to ne znači da je ona doslovno istovremeno živa i mrtva. U stvarnosti, ne znamo tačno stanje mačke, niti kako opisati njenu fizičku situaciju, jer ne možemo sa sigurnošću reći kada će se radioaktivni atom raspasti ili da li će foton biti prenet ili odbijen. Međutim, ako sistem predstavimo kao superpoziciju, znamo da ćemo dobiti predviđanja koja se slažu s eksperimentima. Većina fizičara, barem oni koji se bave ovim pitanjem, prihvata ovakav stav. Možda zato nisu često pozivani na zabave.

Gde prestaje kvantna čudnovatost?

Iz ovoga proizlazi da nije presudno u kom trenutku u lancu događaja proglašavamo kraj kvantne neobičnosti. Nije važno gde postavljamo „Hajzenbergov presek“, nazvan po nemačkom fizičaru Verneru Hajzenbergu (poznatom po principu neodređenosti), tj. tačku u kojoj prestajemo da koristimo kvantnu mehaniku i prelazimo na klasične zakone fizike koji potiču još od Isaka Njutna. To je trenutak u kojem pretpostavljamo da se talasna funkcija kolabira, pa zamena i u kvantnoj superpoziciji postaje ili u stvarnim ishodima.

Gde povući granicu između klasične i kvantne fizike?

Hajzenberg je bio član Borove grupe, iako se u nekim svojim stavovima značajno razlikovao od Borove filozofije. Po Hajzenbergu, nije važno gde postavljamo granicu između kvantne i klasične fizike. Ali mačka nije radioaktivni atom, niti foton. Očigledno ne pripada kvantnom domenu, i matematičke jednačine kvantne mehanike, čak i ako se tumače simbolično, ne bi trebalo da se na nju primenjuju.

Bor je radije povlačio tu granicu u trenutku „nepovratnog čina pojačanja“, koji je povezan sa ranim fazama đavolskog uređaja. To što ne možemo precizno odrediti gde ili kada u ovom procesu prestaje kvantna čudnovatost ne poništava zaključak da se to dešava mnogo pre nego što dođemo do mačke.

Šredinger završava svoj pregled iz 1935. sledećom opaskom:

„Jednostavna procedura koja se primenjuje u ovom slučaju … možda je, ipak, samo zgodan računarski trik, ali onaj koji je, kako smo videli, stekao neviđen uticaj na naš osnovni stav prema prirodi.“

Raskrsnica u razumevanju kvantne mehanike

Nalazimo se pred izborom. Možemo prihvatiti da kvantna mehanika – sa svim svojim neobičnostima – predstavlja isključivo simbolički okvir za predviđanje verovatnih ishoda eksperimenata. Ona je, zapravo, matematički alat, trik koji ne treba shvatati doslovno, ali koji nam omogućava da se bar donekle snađemo u inače nesagledivom atomskom i subatomskom svetu.

Ili možemo prihvatiti (zajedno sa Ajnštajnom i Šredingerom) da je kvantna teorija u najmanju ruku nepotpuna i duboko nezadovoljavajuća. Teorija koja zaista može objasniti atomski i subatomski svet treba da postoji – ako samo imamo volju da je tražimo i sposobnost da je pronađemo.

Ovo je trenutak odluke. Kojim putem ćeš krenuti?

Jim Baggott

Izvor: AEON

Tekstovi o nauci na portalu P.U.L.S.E

  AEON, Ervin Šredinger, kvantna fizika, Nauka, Šredingerova mačka