Schrödingers katte og Wigners venner

Paul Davies*

Erwin Schrödinger, som opfandt kvantemekanikkens bølgeteori, henledte opmærksomheden på en kuriositet, der er blevet kendt som katteparadokset. Antag, at vort mikrosystem består af en radioaktiv kerne, som vil eller ikke vil henfalde efter, f.eks., et minut, ifølge lovene om kvantesandsynlighed. Henfaldet registreres af en Geiger tæller, som er forbundet med en hammer på en sådan måde, at hvis kernen henfalder og frembringer en reaktion i tælleren, frigør den en udløser, som får hammeren til at falde og knuse en cyanidkapsel. Hele apparaturet anbringes i en forseglet kasse sammen med en kat. Efter et minut er der en halvtreds procents chance for, at kernen er henfaldet. Apparaturet slukkes automatisk på dette tidspunkt. Er katten levende eller død?
    Svaret forekommer at være, at der er en fifty-fifty chance for at finde katten levende, når vi kigger i kassen. Hvis vi imidlertid følger von Neuman og er enige i, at de overlappende bølger, som repræsenterer den henfaldne og intakte kerne, er korrelerede med overlappende bølger, der beskriver katten, så svarer én kattebølge til 'levende-kat' og den anden til 'død-kat'. Men disse bølger er begge til stede og interfererer (minutiøst) med hinanden. Kattens tilstand efter et minut kan ikke være enten 'levende' eller 'død' på grund af denne overlapning. Hvad fornuftigt kan vi på den anden side få ud af en 'levende-død' kat?
    Umiddelbart forekommer det, at kattens [...] skæbne først bestemmes, når eksperimentatoren åbner kassen og kigger ind for at checke kattens helbred. Da han imidlertid kan vælge at udsætte dette afsluttende trin, så længe det passer ham, må katten fortsætte med at udholde sin skindøde tilstand, indtil den enten udfries fra sin skærsild eller kaldes til live igen af eksperimentatorens forbindtlige, men lunefulde nysgerrighed.
    Den utilfredsstillende side af denne beskrivelse er, at katten selv antagelig ved, om den er levende eller død, længe før nogen kigger i kassen. Man kunne indvende, at en kat ikke er en rigtig observatør for så vidt, at den ikke besidder den fulde viden om sin egen eksistens, som mennesker gør, så den ville være for svagt begavet til at vide, om den var levende, død eller levende-død. For at omgå denne indvending kunne vi erstatte katten med en menneskelig frivillig, som sommetider kaldes 'Wigners ven' i fysikkens broderskab efter fysikeren Eugene Wigner, der har diskuteret denne side af paradokset. [...] Med så duelig en medskyldig installeret i kassen kan vi, hvis vi finder ham i live ved slutningen af eksperimentet, spørge ham, hvad han følte i perioden før kassen blev åbnet. Der er ingen tvivl om, at han ville svare 'ingenting', til trods for den kendsgerning, at hans krop skulle have været i en levende-død tilstand i løbet af eksperimentet, efter hvilket den på dramatisk vis igen kollapsede til en levende tilstand. Det er sandt, at folk sommetider klager over at føle sig halvt døde, men det er svært at forestille sig, at kvanteinterferensfænomener har meget at gøre med denne særlige tilstand.
    Hvis vi insisterer på med alle midler at overholde kvanteprincipper, tvinges vi ind i solipsisme - konklusionen at individet (i dette tilfælde læseren) er den eneste, som virkelig eksisterer og at alle andre er ubevidste robotter, som blot udgør en del af sceneriet. Hvis Wigners ven er en robot, kan man ikke stole på, at han sandfærdigt rapporterer sine observationer, for han oplever i virkeligheden ingen. Nu er dette et stort skridt, for det anbringer observatøren i virkelighedens centrum på en måde, som er endnu mere afgørende, end vi allerede har accepteret. For at slippe fri af solipsisme har Wigner selv foreslået, at kvanteteorien ikke kan være korrekt under alle omstændigheder; at når observatørens bevidste opmærksomhed er involveret, bryder teorien sammen og beskrivelsen af verden som et sæt overlappende bølger gøres ugyldig. Solipsisme har tiltrukket sig en del tilhængere i århundredernes løb, men de fleste finder den utiltalende, inklusive Wigner. I Wigners tolkning af kvanteteorien indtager sindene hos modtagelige skabninger en central rolle i naturens love og i universets organisation, for det er præcist, når informationen om en observation træder ind i en observatørs bevidsthed, at overlejringen af bølger virkelig kollapser til virkelighed. Således frembringes hele det kosmiske panorama, i en vis forstand, af dets egne beboere! Ifølge Wigners teori eksisterede universet ikke 'virkeligt', før der var intelligent liv. Dette placerer et alvorligt, virkeligt kosmisk, ansvar på levende ting for at opretholde eksistensen af alt andet, for hvis alt liv ophørte, ville alle andre genstande - fra enhver fjern stjerne til den mindste subatomare partikel - ikke længere nyde en uafhængig virkelighed, men ville falde ind i overlejringens dødsrige. Bonusen, der opnås ved denne imponerende rolle, er, at Wigners ven-i-kassen nu kan frembringe kollapsen til virkelighed af kassens indhold - inkluderende ham selv - sådan, at når Wigner med tiden åbner kassen og spørger, hvordan han havde det nogle få øjeblikke tidligere, kan han bekendtgøre, at han havde det 'fint', sikker på den viden, at han allerede var et hundrede procent virkelig, uden at påkalde hjælpen fra Wigners langsomme observation af hans tilstand for at kollapse hans legeme og sind til virkelighed.
    Wigners ide er, ikke uventet, blevet bredt kritiseret. Af forskere betragtes bevidsthed normalt som højst dårligt defineret (er en kakerlak bevidst? en rotte? en hund?...) og mindst ikke eksisterende, fysisk. Dog må det indrømmes, at alle vore observationer, og gennem dem al videnskab, i sidste ende er baseret på vor bevidsthed om den omgivende verden. [...]
    En mere alvorlig indvending til Wigners ideer afsløres, hvis to observatører bliver involverede i at observere det samme system, for så har hver af dem magten til at kollapse det til virkelighed. For at illustrere hvilken slags problemer der kan opstå, antager vi, at vi igen overvejer en radioaktiv kerne, hvis henfald vil udløse en Geiger tæller, men denne gang er der ingen bevidst observatør umiddelbart involveret. Det arrangeres sådan, at efter et minut, når chancen for henfald er halvtreds procent, afsluttes eksperimentet og Geiger tællerens viser låses i den stilling, den havde, dvs. afbøjet hvis kernen henfaldt, uafbøjet hvis den ikke henfaldt, således at den kan aflæses på ethvert tidspunkt derefter. I stedet for at en eksperimentator ser direkte på viseren, fotograferes Geiger tælleren. Når fotografiet med tiden fremkaldes, ser eksperimentatoren på det, uden nogensinde at aflæse tælleren direkte. Ifølge Wigner er det først på dette sidste trin af proceduren, at virkeligheden dukker frem, fordi virkeligheden skylder sin skabelse til eksperimentatorens eller en andens bevidste observationshandling. Vi må således konkludere, at før fotografiet blev undersøgt, var kernen, Geiger tælleren og fotografiet alle i skizofrene tilstande, bestående af overlappende, alternative resultater af eksperimentet, selv om forsinkelsen af fotografiets fremkaldelse kunne være mange år. Dette lille hjørne af universet kunne befinde sig i det uvirkelige, indtil eksperimentatoren (eller en nysgerrig tilskuer) nedlader sig til at kaste et blik på fotografiet.
    Det virkelige problem opstår, hvis to på hinanden følgende fotografier, lad os kalde dem A og B, tages af Geiger tælleren ved slutningen af eksperimentet. Da viseren er låst fast, ved vi, at billedet på A skal være det samme som billedet på B. Vanskeligheden opstår, hvis der også er to eksperimentatorer, kald dem Alan og Brian, og Brian ser på fotografi B før Alan ser på A. Nu blev B taget efter A, men undersøgt først. Wigners teori kræver, at Brian er det bevidste individ, der er ansvarlig for at skabe virkelighed her, fordi han ser på sin fotografiske optegnelse først. Antag, at Brian ser en afbøjet viser og udtaler, at kernen var henfaldet. Når Alan ser på fotografi A vil det selvfølgelig på samme måde vise en afbøjet viser. Vanskeligheden er, at da fotografi A blev taget, eksisterede B ikke engang, så på en mystisk måde forårsager Brians kig på B, at A bliver identisk med B, selv om A blev taget før B! Det forekommer, at vi er tvungne til at tro på baglæns årsagssammenhæng; at Brian ser på et fotografi, måske mange år senere, influerer på kameraets virkemåde for det forudgående fotografi.

Fra Other Worlds: A Portrait of Nature in Rebellion: Space, Superspace, and the Quantum Universe, Orion Publishing Group, 1980.

Index