Przejdź do treści

Uniwersytet Śląski w Katowicach

  • Polski
  • English
Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych

Dzień Kota | prof. dr hab. Jerzy Dajka

17.02.2022 - 07:00 aktualizacja 05.05.2022 - 08:56
Redakcja: magdakorbela
Tagi: #kartkazkalendarza, #savethedate, fizyka, fizyka kwantowa, kartka z kalendarza, kot, kot schrodingera, save the date

17 lutego

Dzień KOTA

Save the date with our scientists

Dnia 17 lutego obchodzony jest Dzień kota.

Cały czas nie ustajemy w wysiłkach, żeby zrozumieć i zdefiniować świat. Coraz lepiej nam to wychodzi, ale czy kiedykolwiek zrozumiemy… kota? O tajemniczym czworonożnym indywidualiście z naukowego punktu widzenia opowiada prof. dr hab. Jerzy Dajka z Instytutu Fizyki.

„Kartka z kalendarza” to cykl artykułów, które powstawały z okazji różnych nietypowych świąt. Autorami prezentowanych materiałów są studenci, doktoranci i pracownicy Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ.

Fot. archiwum UŚ

prof. dr hab. Jerzy Dajka


Instytut Fizyki

Fizyka toczy się … kotem, czyli felinologia kwantowa

 Atomy i molekuły, malutkie jak wodór i duże jak fulereny, mogą w przyrodzie występować w formie superpozycji odróżnialnych stanów (na przykład stanów o określonych energiach) i dopiero przeprowadzony pomiar pozwala obserwatorowi z prawdopodobieństwem, które umiemy obliczyć, stwierdzić, z którym z elementów superpozycji ma do czynienia. Już w latach trzydziestych poprzedniego wieku Erwin Schrödinger, jeden z twórców mechaniki kwantowej i autor równania swojego imienia, wiedział doskonale, że każdy kot może być żywy lub martwy, zaś to, w którym aktualnie jest stanie (kot-żywy czy kot-martwy) można (choćby po zapachu) odróżnić.  

Schrödinger zadał zatem pozornie niewinne pytanie: czy kot (odtąd znany światu jako Kot Schrödingera) – podobnie jak atomy lub molekuły, z których wszak jest zbudowany – mógłby być w superpozycji stanów kot-żywy i kot-martwy? Pytanie Schrödingera poruszyło lawinę i do dziś fizycy i filozofowie potrafią podać przynajmniej kilka nierównoważnych wyjaśnień, dlaczego w przyrodzie występują raczej koty-żywe lub koty-martwe, zaś wiek cały można przeżyć i nie spotykać kota-zombi lub kota-nosferatu (odróżnialnych choćby z racji odmiennych zwyczajów żywieniowych). Bardzo popularna jest opinia, że to dekoherencja, której przyczyną jest nieświadomy, choć czujny obserwator, jakim jest środowisko, odpowiada za preferowane przez naturę postaci kotów. 

Koty Schrödingera tymczasem na dobre zadomowiły się w fizyce. W optyce kwantowej kotami Schrödingera nazywa się superpozycje makroskopowo odróżnialnych stanów koherentnych światła. Tak przygotowane stany światła znakomicie nadają się na qubity i służą za „litery kwantowej informacji” w kwantowych obliczeniach i kwantowej komunikacji.  Dużo, dużo później Yakir Aharonov, Sandu Popescu, Daniel Rohrlich oraz Paul Skrzypczyk zauważyli (New Journal of Physics, 15 (2013) 113015), że w pewnych okolicznościach foton o określonej polaryzacji, mający do wyboru wyłącznie dwie drogi, będzie widziany na jednej z nich, zaś jego polaryzacja na drugiej. Jeśli foton to kot, a polaryzacja to uśmiech, każdy czytelnik Alicji w Krainie Czarów rozpoznaje, że oto na naukową scenę wkroczył kwantowy Kot z Cheshire. Na jednej z dwu dróg widziany jest kot bez uśmiechu (foton bez polaryzacji), zaś na drugiej uśmiech bez kota (polaryzacja bez fotonu). 

Efekt separacji przestrzennej polaryzacji i położenia fotonu nie czekał długo na potwierdzenie eksperymentalne. Kwantowy Kot z Cheshire i związane z nim pojęcia słabego pomiaru i słabych wartości obserwabli przyczyniły się do rozkwitu kwantowych rozumowań kontrfaktycznych („gdyby zaszło A, wówczas zaszłoby B”) trochę na przekór ortodoksyjnym fizykom wyznającym interpretację kopenhaską mechaniki kwantowej podaną przez Nielsa Bohra do wierzenia. Kwantowa komunikacja kontrfaktyczna [Nature Communications, (2021) 12:4770 https://doi.org/10.1038/s41467-021-24933-9], gdy wymianie informacji nie towarzyszy (sic!) wymiana fizycznego (materialnego) nośnika informacji pomiędzy komunikującymi się stronami, jest jednym z kierunków, w które dziś zmierza fizyczny rydwan postępu przez dwa koty ciągniony.

 

Read in english

return to top