Μια γάτα, μερικά ηλεκτρόνια και ο κόσμος

Ο Σρέντινγκερ το 1935 πρότεινε ένα απλό υποθετικό πείραμα με μια γάτα και ένα μπουκαλάκι με υδροκυάνιο. Βάζουμε τη γάτα σε ένα κουτί, μαζί με μια διάταξη που περιλαμβάνει μια πολύ μικρή ποσότητα ραδιενεργού υλικού, το μπουκάλι με το υδροκυάνιο, ένα μετρητή ραδιενέργειας και ένα σφυρί. Το ραδιενεργό υλικό είναι τόσο λίγο, ώστε μέσα σε μια ώρα, να υπάρχει ακριβώς 50% πιθανότητα να διασπαστεί ένα άτομο. Αν διασπαστεί, ο μετρητής θα το καταλάβει και θα δώσει εντολή στο σφυρί να σπάσει το μπουκάλι και η γάτα πεθαίνει. Αν δε διασπαστεί, δε γίνεται τίποτα και η γάτα ζει. Πέρα από τις λεπτομέρειες, ας κρατήσουμε μόνο ότι αν αφήσουμε το κουτί με τη γάτα σε μια γωνία για μια ώρα, έχει ακριβώς 50% πιθανότητα να είναι ζωντανή και ακριβώς 50% πιθανότητα να είναι νεκρή. Κάθε μια από αυτές τις πιθανές εκδοχές, μαθηματικά περιγράφεται από μια πολύπλοκη συνάρτηση που λέγεται κυματοσυνάρτηση.

Πως μπορούμε να μάθουμε τελικά τι έγινε; Είναι πολύ εύκολο. Απλά ανοίγουμε το κουτί και κοιτάζουμε. Μήπως όμως ανοίγοντας το κουτί έχουμε επηρεάσει με κάποιο τρόπο που δεν καταλάβαμε, το αποτέλεσμα του πειράματος; Μήπως έχουμε εκβιάσει τις δυο ισοπίθανες εκδοχές να καταρρεύσουν σε μια μοναδική πραγματικότητα; Μήπως αν δεν ανοίξουμε το κουτί, η γάτα δεν είναι ούτε ζωντανή, ούτε πεθαμένη, αλλά και τα δυο ταυτόχρονα; Μήπως αυτή η αμφιβολία για το ποιο είναι το αποτέλεσμα δημιουργεί δυο ξεχωριστά σύμπαντα που στο ένα είναι ζωντανή και στο άλλο πεθαμένη, τα οποία εφάπτονται μεταξύ τους σε εκείνο το σημείο, και όταν ανοίξουμε το κουτί, απλά καβαλάμε στην τύχη ένα από τα δυο σύμπαντα και συνεχίζουμε τις ζωές μας, ενώ στο άλλο οι εαυτοί μας αντικρίζουν την άλλη πιθανότητα και συνεχίζουν και αυτοί τη ζωή τους;

Το πείραμα που περιγράψαμε, όπως είπαμε αρχικά, είναι υποθετικό, άρα εύλογα κάποιος θα μπορούσε να αμφισβητήσει τον παραπάνω συλλογισμό, ή να τον εντάξει καθαρά στη σφαίρα της φιλοσοφίας. Όμως υπάρχει και κάτι άλλο, που το κάνει να ξεφεύγει από μια απλή φιλοσοφική προσέγγιση των πιθανοτήτων. Αυτό είναι το πείραμα της διπλής σχισμής.

Το πείραμα της διπλής σχισμής είναι άλλο ένα απλό πείραμα, πραγματικό αυτή τη φορά, και τόσο απλό, που για πρώτη φορά έγινε το 1800, για να συμπεράνουν οι επιστήμονες αν τελικά το φως είναι σωματίδιο ή κύμα. Το φως τους μπέρδευε, άλλες φορές συμπεριφερόταν ως κύμα και άλλες ως σωματίδιο. Είπαν λοιπόν να βάλουν ένα χαρτόνι με δυο παράλληλες σχισμές, πολύ κοντά η μια με την άλλη και να δουν τι γίνεται από πίσω, σε ένα σκοτεινό χώρο. Αν το φως ήταν σωματίδιο θα έπρεπε να δουν δυο φωτεινές γραμμούλες, που θα σχηματίζονταν από τα φωτόνια που περνούσαν τις σχισμές και θα έπεφταν στον απέναντι τοίχο. Αν ήταν κύμα θα έπρεπε να δουν, λόγω ενός φαινόμενου που ονομάζεται συμβολή, πολλές φωτεινές γραμμές. Τελικά είδαν πολλές φωτεινές γραμμές και συμπέραναν ότι το φως είναι κύμα.

Το πείραμα της διπλής σχισμής είναι εύκολο, και καθώς με τα χρόνια η τεχνολογία προχωρούσε, σκέφτηκαν στις αρχές του εικοστού αιώνα να το δοκιμάσουν με ηλεκτρόνια αντί για φως. Τα ηλεκτρόνια ήταν τότε το μικρότερο γνωστό κομμάτι ύλης. Άρα θα συμπεριφερόταν ως σωματίδιο. Δηλαδή σε ένα κομμάτι φιλμ πίσω από τις σχισμές θα έβλεπαν δυο φωτεινές γραμμές. Το αποτέλεσμα όμως του πειράματος έκρυβε μια μεγάλη έκπληξη.  Αντί για δυο γραμμές, έβλεπαν πολλές, σαν το ηλεκτρόνιο να μην ήταν υλη, αλλά κύμα. Σκέφτηκαν ότι επειδή ρίχνουν πολλά ηλεκτρόνια μαζί, ίσως αυτά να συγκρούονται μεταξύ τους και να αλλάζουν πορείες και τελικά βλέπουν αυτό το αποτέλεσμα. Η λύση ήταν εύκολη. Θα τα έριχναν ένα ένα και θα περίμεναν αρκετά μέχρι να σχηματιστούν οι δυο γραμμές στο φιλμ. Ξαναέκαναν το πείραμα, αλλά το αποτέλεσμα ήταν πάλι το ίδιο. Πολλές παράλληλες γραμμές, αντί για δυο. Το ηλεκτρόνιο, εντελώς παράλογα, επέμενε να εμφανίζει ιδιότητες κύματος και όχι ύλης. Με τι συγκρούστηκε το ηλεκτρόνιο; Είτε περνούσε από τη μια σχισμή και έπεφτε απέναντι , είτε από την άλλη και έπεφτε λίγο πιο δίπλα, είτε δεν περνούσε καθόλου. Δεν υπήρχε άλλη περίπτωση.

Προσπάθησαν να προσεγγίσουν μαθηματικά το πρόβλημα, με τις κυματοσυναρτήσεις, αλλά αυτές εκτός από τις παραπάνω λύσεις, έδιναν και μια τέταρτη, ότι το ένα και μοναδικό ηλεκτρόνιο περνάει ταυτόχρονα και από τις δυο σχισμές και ύστερα συγκρούεται (συμβάλλει, σωστότερα) με τον εαυτό του! Πως ήταν δυνατόν κάτι τέτοιο;  Έπρεπε να βρουν έναν τρόπο να δουν τι είναι αυτό που συμβαίνει πραγματικά. Αποφάσισαν λοιπόν να βάλουν έναν αισθητήρα για να βλέπουν από που περνάει το κάθε ηλεκτρόνιο. Να το παρατηρήσουν δηλαδή. Βάζουν τον αισθητήρα, επαναλαμβάνουν το πείραμα, και αυτή τη φορά βλέπουν μόνο δυο γραμμές, όπως περίμεναν αρχικά. Αφαιρούν τον αισθητήρα και ξανά εμφανίζονται πολλές γραμμές. Τον βάζουν πριν τις σχισμές, μετά τις σχισμές, μέσα στις σχισμές και ξανά δυο γραμμές. 

Όταν λοιπόν δεν παρατηρούσαν το ηλεκτρόνιο, αυτό δεν είχε κανένα λόγο να διαλέξει από που θα περάσει και περνούσε και από τις δυο σχισμές ταυτόχρονα, σαν τη γάτα του Σρέντινγκερ που ήταν ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα. Όταν το παρατηρούσαν, οι πιθανότητες (οι κυματοσυναρτήσεις) κατέρρεαν σε μια μοναδική πραγματικότητα, δηλαδή περνούσε από τη μια ή την άλλη και φυσικά δε συγκρουόταν με τίποτα, γιατί δεν υπήρχε τίποτα να συγκρουστεί. Το συμπέρασμα λοιπόν είναι ότι ο παρατηρητής επηρεάζει το παρατηρούμενο απλά και μόνο κοιτάζοντας το. Οι επιστήμονες ακόμα δεν ξέρουν το γιατί, αλλά είναι μια πραγματικότητα. 

Θυμάστε το φως που μπέρδευε τους επιστήμονες του 1800; Το φως άλλες φορές είναι κύμα και άλλες σωματίδιο, ανάλογα με ποιο φαινόμενο παρατηρούμε. Μόνο που όταν το παρατηρούμε ως σωματίδιο, σημαίνει ότι ξεκίνησε το ταξίδι του από την πηγή του ως σωματίδιο και όταν το παρατηρούμε ως κύμα ότι ξεκίνησε το ταξίδι του ως κύμα. Αυτό σημαίνει ότι ανάλογα με τι θα του βάλουμε μπροστά για να το παρατηρήσουμε, επηρεάσαμε και το πως ξεκίνησε το φως 8 λεπτά πριν, από τον ήλιο, ή εκατομμύρια χρόνια πριν, από κάποιο άλλο αστέρι. Δηλαδή η παρατήρηση μας, επηρεάζει και το παρελθόν! 

Κάτι μας διαφεύγει ακόμα, κάτι που ίσως είναι το πιο σημαντικό από όλα, και αυτό είναι η πραγματική φύση του κόσμου που είναι ταυτόχρονα και η πραγματική φύση του ίδιου μας του εαυτού, αφού και εμείς είμαστε κομμάτι του σύμπαντος και λειτουργούμε κάτω από τι ίδιες συνθήκες και νόμους. Η αντίληψη μας για τον κόσμο, η οποία προέρχεται εξ ολοκλήρου από τα αισθητήρια όργανα μας, δε μας επιτρέπει να έχουμε την πλήρη εικόνα. Ο κόσμος μέσα στον οποίο υπάρχουμε είναι πολύ πιο συναρπαστικός και μαγικός από όσο νομίζουμε. Από την άλλη, ο κόσμος μέσα στον οποίο νομίζουμε ότι ζούμε, είναι ένα κατασκεύασμα του εγκεφάλου μας, σύμφωνα με τα ατελή και αποσπασματικά δεδομένα που λαμβάνει.

 Ίσως αν αλλάξουμε τον τρόπο που βλέπουμε τον κόσμο, να αλλάξει και ο κόσμος.