Schrödinger, Einstein, dan kucing dalam kotak

Schödinger, lengkapnya Erwin Schrödinger adalah nama seorang fisikawan asal Austria yang merupakan salah satu pionir dalam pengembangan fisika kuantum. Ia terkenal dengan mekanika gelombang yang ia definisikan ke dalam persamaan Schrödinger yang terkenal. Lalu, apa hubungannya dengan kucing? Kenapa dengan kucingnya? Sebenarnya ini bukan tentang kucing Schrödinger yang sebenarnya, walaupun kabarnya Schrödinger memang memelihara kucing bernama Milton. Tapi ini bukan tentang kucingnya, tapi tentang eksperimen dalam pikirannya yang melibatkan kucing yang juga ada dalam pikirannya. Eksperimen pikiran, ya fisikawan-fisikawan pada awal-awal perkembangan fisika kuantum gemar sekali melakukan eksperimen pikiran. Istilah dalam bahasa Jemannya adalah “gendanken experiment“.

Eksperimen pikiran yang digagas oleh Schrödiger adalah hasil dari korespondensinya dengan Albert Einstein. Einstein adalah satu diantara fisikawan yang tidak mempercayai interpretasi mekanika kuantum yang digagas oleh Niels Bohr dan kawan-kawan di Kopenhagen, Denmark. Interpretasi ini dikenal dengan ‘Interpretasi Kopenhagen’ dan diterima luas di kalangan kebanyakan fisikawan. Dalam interpretasi Kopenhagen realitas dipandang muncul hanya sebagai akibat dari dilakukannya observasi. Selama observasi belum dilakukan suatu materi akan dalam kondisi superposisi, suatu kondisi kombinasi probabilitas bahawa satu materi dapat berada dalam lebih dari satu keadaan. Misalnya, elektron yang dalam keadaan superposisi dapat berada di dua tempat yang berbeda dalam satu waktu yang sama. Jika observasi dilakukan terhadap elektron tersebut, keadaan superposisi ini akan runtuh dan elektron hanya akan ada di salah satu dari dua posisi tadi.

Interpretasi ini tidak disukai oleh Einstein sehingga ia dan murid-muridnya, Boris Podolsky dan Nathan Rosen, di Institute of Advanced Studies di Princeton University menggagas suatu eksperimen pikiran untuk menunjukkan kelemahan interpretasi ini. Eksperimen pikiran ini dikenal dengan ‘paradoks EPR‘, EPR adalah singkatan dari Einstein Podolsky Rosen. Kita tidak akan membahas paradoks EPR pada tulisan ini, jika penasaran banyak sumber di internet yang dapat dibaca. Schrödinger yang pada saat itu berada di Oxford, Inggris membaca tentang paradoks EPR ini dan merasa Einstein sependapat dengannya dalam hal menolak Interpretasi Kopenhagen. Schrödinger kemudian berbalas surat dengan Einstein. Dalam korespondensi surat ini Einstein menggagas beberapa ide eksperimen pikiran. Terinspirasi oleh paradoks EPR dan korespondensinya dengan Einstein, Schrödinger menulis artikel panjang yang diterbitkan di jurnal Die Naturwissenschaften yang berisikan salah satunya sebuah eksperimen pikiran yang melibatkan kucing di dalam kotak.

Eksperimen pikiran ini melibatkan kotak baja tertutup, kucing, zat radioaktif (dalam jumlah kecil) dengan kemungkinan atau probabilitas 50 % : 50 % untuk meluruh atau tidak meluruh dalam satu jam, alat pengukur radiasi, palu, dan asam sianida (HCN) dalam tabung kaca tertutup. Dalam sistem ini, kucing ditempatkan di dalam kotak baja tertutup yang dilengkapi dengan perangkat mematikan yang terlindung dari kemungkinan campur tangan usil dari si kucing. Perangkat mematikan ini dilengkapi dengan alat ukur radiasi, Geiger counter, yang mana zat radioaktif ditempatkan padanya. Ketika zat radioaktif ini meluruh Geiger counter akan mengaktifkan relay (semacam sakelar) yang akan melepaskan palu yang akan memecahkan tabung berisi asam sianida yang akan membunuh si kucing di dalam kotak.

Jika kita membiarkan sistem ini selama satu jam, kita dapat mengatakan kucing dalam kotak hidup jika zat radioaktif tidak meluruh dan Jika zat radioaktif meluruh maka kucing dalam kotak akan mati. Dengan kata lain kucing di dalam kotak berada dalam dua keadaan sekaligus yaitu mati dan hidup. Jika sistem ini dikaitkan dengan Interpretasi Kopenhagen bisa dikatakan bahwa kucing dalam keadaan hidup dan mati sampai dilakukannya observasi untuk membuka kotak yang menyebabkan runtuhnya salah satu keadaan, yaitu kucing yang hidup atau kucing yang mati. Tentu ini bertentangan dengan intuuisi kita bahwa ada kucing yang hidup dan mati dalam waktu bersamaan karena tidak pernah kita temui dalam kehidupan kita sehari-hari. Inilah yang coba ditunjukkan oleh Schrödinger bahwa konsep Interpretasi Kopenhagen begitu konyol karena tidak berdasarkan pada realitas.

Einsten menyambut gembira paradoks kucing dalam kotak ini. Dalam korespondensinya ke Schrödinger ia mengungkapkan bahwa kucing yang berada dalam keadaan hidup dan mati dalam waktu yang bersamaan tidak dapat digunakan untuk mendeskripsikan realitas, dengan kata lain Interpretasi Kopenhagen tak dapat digunakan untuk mendeskripsikan realitas. Einstein dan Schrödinger adalah sedikit dari beberapa fisikawan yang tidak setuju dengan interpretasi umum mekanika kuantum dan berpikir bahwa fisika kuantum tidak lengkap dan membutuhkan penjelasan tambahan. Mereka percaya bahwa realitas ada dengan atau tanpa observasi dan bahwa ada realitas tersembunyi yang belum terungkap untuk menjelaskan keanehan-keanehan kuantum. Paradoks kucing Schrödinger hanyalah satu dari sekian banyak eksperimen pikiran dan paradoks tentang “keanehan” kuantum. Sangat menarik sekali mengetahui dan memahami fenomena-fenomena di skala atomik dengan perilakunya yang kadang di luar pemahaman umum yang berlaku di dunia makro/besar.

Referensi:

[1] J. Gribbin, Erwin Schrodinger and the quantum revolution, (Transworld Publishers, 2013)