Takið lifandi kött og setjið hann í lokaðan kassa með lítilli flösku sem inniheldur eitur. Bætið síðan við búnaði sem brýtur flöskuna þannig að það losnar um eitrið en einungis þegar geislavirkt efni hrörnar niður af hendingu.
Núna er kötturinn fræðilega séð bæði lifandi og dauður á einum og sama tíma þar til kassinn er opnaður og ástand hans kannað.
Þannig hljómar víðfræg hugartilraun austurríska eðlisfræðingsins Erwins Schrödinger.
Geislavirk efni fylgja einkennilegum lögmálum skammtafræðinnar sem gerir kleift að vera í tvenns konar ástandi á sama tíma. En eins og menn vita á slíkt ekki við um ketti. Þessi fræðilegi köttur Schrödingers sýnir þannig að skammtaheimurinn hljóti að hætta að vera í ástandi sínu þegar hlutir ná tiltekinni stærð, því enginn köttur getur jú verið bæði lífs og liðinn í senn.
En hvar eru mörkin milli þessa furðulega skammtaheims og hversdagslegs heims okkar sem stýrist af klassískum eðlisfræðilögmálum? Þessari spurningu hefur enginn getað svarað til þessa en nú hafa svissneskir vísindamenn komist nær því en nokkru sinni áður. Þeir hafa skapað kött Schrödingers.
Köttur milli lífs og dauða
Þegar þú tekur upp stein og kastar honum frá þér má reikna út nákvæmlega hvar hann fellur til jarðar. Ef þú brýtur steininn verða til minni og minni steinar og sandkorn sem fylgja enn lögmálum Newtons um hreyfingu og þyngdarkraft – allt þar til komið er niður á svið atómanna og öreindanna sem tilheyra þeim.
Það er hér sem venjuleg eðlisfræðilögmál virka ekki lengur og allt önnur lögmál taka við: lögmál skammtafræðinnar.
Það er furðuleg þversögn að allt í okkar reglubundna hversdagslega heimi sé samansett úr öreindum sem spila eftir allt annars konar reglum. Hvar öreind er að finna á tilteknum tíma og hvaða ástandi hún er í eru dæmi um óþekktar stærðir. Eðlisfræðingar segja að öreindirnar séu í samlagningu (e. superposition). Það felur í sér að þær geta verið til á mörgum stöðum í senn og fundist í margs konar ástandi á sama tíma.
Til dæmis getur rafeind í samlagningu verið með spuna sem er bæði upp og niður á sama tíma.
Tvö regluverk stýra heiminum
Þegar maður spilar billjard veit maður nákvæmlega hvernig orka einnar kúlu færist til annarrar og miðar skothorn sín út frá því. En skipti maður kúlunum út fyrir öreindir verða reglurnar ófyrirsegjanlegar.

Sígild eðlisfræði: Stór heimur er fyrirsegjanlegur
Staðsetning: Billjardkúla er ævinlega stödd á tilteknum stað á borðinu á tilteknum tíma. Ef þú vilt hitta eina kúlu geturðu miðað á hana og einungis hæfileikar þínir ráða því hvort þú hittir hana eður ei.
Vissa: Á billjardborði geturðu ákvarðað staðsetningu kúlanna og hröðun (massi sinnum hraði) í senn. Síðan er einfaldlega hægt að mæla hversu vel þér tekst til.
Staðfesti: Þegar billjardkúla rúllar yfir borðið virkar hún einungis á þær kúlur sem hún hittir. Tvær kúlur á leiðinni hvor í sína átt verka ekki hvor á aðra. Eðlisfræðingar nefna þetta staðfesti.

Öreindir eru ófyrirsegjanlegar
Samlagning: Rafeindir í kringum atómkjarna eru ekki staddar á einhverjum einum stað heldur á mörgum stöðum í senn. Viljir þú skjóta á rafeind ertu tilneyddur til að skjóta bara inn í sverminn og sjá til hvort þú hittir í mark.
Óvissa: Þú getur aldrei vitað bæði staðsetningu öreinda og stefnu þeirra á sama tíma. Vitir þú sem dæmi hvert rafeind stefnir geturðu ekki vitað hvar hún er stödd.
Samþætting: Öreindir geta deilt eiginleikum þrátt fyrir að þær tengist ekki. Þær eru þannig samþættar. Mælir þú sem dæmi spuna einnar öreindar getur þú vitað spuna hinnar óháð fjarlægðinni á milli þeirra.
Hvað kött Schrödingers varðar ræðst líf hans og dauði á því hvort geislavirka efnið í kassanum hrörni niður og losi þannig um eitrið.
Samkvæmt skammtafræðinni er málum þannig háttað að ekki er hægt að segja nákvæmlega hvenær óstöðug sameind muni hrörna niður í stöðugt ástand, heldur einungis talað um líkurnar fyrir því að slíkt gerist. Og því er atómið í samlagningu af því að hafa bæði hrörnað og ekki hrörnað niður. Þannig myndi kötturinn einnig vera í samlagningu milli lífs og dauða.
Samlagning er ekki bara spurning um að við vitum ekki hvort kötturinn sé lifandi eða dauður fyrr en við gætum að því, málið með tilrauninni er að við getum ekki vitað það því allt kerfið inni í kassanum að kettinum meðtöldum hefur ekki ákveðið sig enn hvort það eigi að vera í einu eða öðru ástandi.

Öreindir í skammtaástandi geta verið á mörgum stöðum í senn, þar til við mælum þær. Það samsvarar því að köttur í kassa er bæði dauður og lifandi þar til við opnum kassann og aðgætum ástand hans.
Það er ekki fyrr en við opnum kassann, þ.e.a.s. beitum mælingu á kerfið sem við neyðum það til að velja ástand. Hrörnaður eða ekki hrörnaður, dauður eða lifandi.
Eðlisfræðingar nálgast mörkin
Þessi aðgerð, þ.e. mælingin, skiptir sköpum í skammtafræðinni. Þegar við framkvæmum mælinguna gerist nefnilega nokkuð dularfullt sem verður til þess að skammtaástandið hættir að vera til.
Samkvæmt sumum túlkunum á skammtafræðinni tengist þetta því að einhver vera með vitund, t.d. eðlisfræðingur, framkvæmir mælinguna. Raunveruleikinn er þannig eiginlega ekki til án þess að einhver vitund skoði hann.
Þetta felur reyndar einnig í sér að eðlisfræðingarnir trúa ekki í raun og veru því að köttur Schrödingers muni vera í samlagningu milli lífs og dauða í raunveruleikanum.
Þar sem kötturinn er jú sjálfur vera með vitund mun hann uppgötva hvort eitrið sé farið að virka og það er í sjálfu sér eins konar mæling sem fær skammtaástandið til þess að hverfa.
16,2 míkrógrömm er nýtt met yfir hversu stóran hlut eðlisfræðingar hafa getað sett í tvenns konar ástand í senn.
Hugartilraun þessi sýnir þó ennþá ágætlega fram á þær þversagnir sem verða til þegar við færum okkur frá agnarsmáum kerfum, geislavirka efninu yfir í stærri kerfi, köttinn.
Enginn hefur þó ennþá getað sýnt fram á hvar mörkin milli þessara tveggja heima eru eða hve stórir hlutir geta verið háðir lögmálum skammtafræðinnar.
En heilbrigð skynsemi segir að slík mörk hljóti að finnast. Nú hafa vísindamenn við tækniháskólann ETH Zürich komist nær svarinu en nokkru sinni áður.
Þeir hafa gert kött Schrödingers að raunveruleika, þó án þess að kvelja nokkurt dýr.
Kristall í líki kattar
Í svissnesku tilrauninni var kristall á stærð við sandkorn settur í samlagningu milli tveggja horfa. Við getum til hægðarauka kallað það kattarástand.
Kristallinn í tilrauninni stendur fyrir kött Schrödingers og hann tengist skammtabita, svokölluðum qubita sem samsvarar geislavirka efninu.

Svona lítil var tilraunin með kristalinn sem tókst að láta sveiflast upp og niður í senn. Engu að síður er þetta stærsti hluti sem vísindamenn hafa komið í skammtaástand.
Qubiti er sérstök gerð tölvubita sem verða nýttir í skammtatölvum framtíðar. Qubiti getur rétt eins og venjulegur biti verið í ástandinu 0 eða 1 en einnig í þriðja ástandi sem við getum kallað „0 + 1“ sem er samlagning tveggja fyrri ástanda.
Í tilrauninni yfirfærðu sérfræðingarnir ástand qubitans til kristalsins þannig að hluti af atómneti hans var látinn sveiflast upp og niður á sama tíma, rétt eins og köttur Schrödingers var bæði lifandi og dauður í kassanum.
Vísindamennirnir gátu mælt að sá hluti kristalsins sem var í samlagningu samanstóð af næstum milljarði milljarða atóma – eða öllu nákvæmar 1 með 17 núllum á eftir – með massa sem nam 16,2 míkrógrömmum.
Þýskaland braut Frakkland á bak aftur
Nákvæmt valdajafnvægi hélt stórveldum Evrópu í skefjum á 19. öld en þegar Vilhjálmur 1. Prússakonungur og forsætisráðherra hans Ottó von Bismarck sameinuðu þýsku ríkin endaði Þýskaland í stríði gegn Frakklandi árið 1870.

1. Qubiti er bæði núll og einn
Í hugartilrauninni ráðast örlög kattarins af geislavirku efni sem kann að hafa hrörnað eður ei. Í tilrauninni notuðu vísindamenn qubit sem ólíkt venjulegu biti getur verið í svonefndri samlagningu milli núll og einn.

2. Hljóðnemi yfirfærir samlagningu
Vísindamennirnir fönguðu sveiflur qubitans með svokölluðum þrýstirafhrifum sem virka eins og hljóðnemi. Í hugartilrauninni er hljóðneminn hamar sem brýtur eiturglasið ef geislavirka efnið hrörnar niður.

3. Kötturinn er lifandi og dauður
Qubitinn er með „bæði 0 og 1“ ástand sem er yfirfært í kristal (til vinstri) sem samsvarar kettinum. Hægt er að láta hluta atómnets kristalsins (grænt) sveiflast upp og niður á sama tíma – sem samsvarar því að kötturinn sé bæði lifandi og dauður.
Þrátt fyrir að kristalkötturinn hafi verið örsmár í samanburði við venjulegan kött var stærð hans gríðarmikil í skammtaheimi og þegar þetta er skrifað er það heimsmet fyrir hversu stóran hlut hefur tekist að koma í skammtaástand.
Kötturinn lifir í öðrum alheimi
Vísindamennirnir frá Zürich vonast til að geta notað kristalkött sinn til að varpa ljósi á eina helstu ráðgátu skammtafræðinnar, hvað gerist eðlisfræðilega á því augnabliki sem farið er frá því að tala um líkindi á því að atómnet finni sig í tilteknu ástandi og að kötturinn sé lifandi og dauður, til þess að maður geti mælt tiltekið ástand?
Á sér stað eðlisfræðilegt ferli sem gegnir einhverjum óþekktum náttúrulögmálum? Hafa þær forsendur að mæling krefjist þess að vitund sé til staðar einhver áhrif? Eða klofnar alheimur í tvo nýja alheima þar sem kötturinn er dauður í öðrum þeirra en lifandi í hinum?
Það skortir svo sannarlega ekki hugmyndaríkar kenningar en eðlisfræðingarnir svissnesku hafa reyndar mælt þetta.
Þeir framkvæmdu tilraunir með kristalla í ýmsum stærðum og niðurstöður þeirra benda til að því stærri sem kristalkötturinn er, þess hraðar mun hann hrörna niður í venjulegt ástand.
Næsta verkefni þeirra er því að prófa að kanna nánar mörkin á því hversu stóra kristalla er hægt að setja í skammtaástand, þar til þeir ná efri mörkum skammtaheimsins.
Einstein gerði tíma og rúm að afstæðum stærðum og nú hafa eðlisfræðingar tekið enn eitt skrefið: Hvort eitthvað eigi sér stað eður ei ræðst kannski af athugandanum. Einungis meðvituð skammtatölva getur svarað því hvort hlutlægur raunveruleiki fyrirfinnst.
Ekki eru þó allir eðlisfræðingar á einu máli um að unnt sé að afhjúpa tiltekin mörk milli skammtaheims og þess hversdagslega. Á síðustu árum hafa fjölmargar furðulegar niðurstöður komið fram sem benda til að skammtafyrirbærið sé ekki nauðsynlega takmarkað við heim öreindanna.
Eðlisfræðingar hafa þannig t.d. sýnt að fyrirbærin þar sem öreindir deila eiginleikum þrátt fyrir að vera ótengdir, svokölluð samþætting, geti einnig átt sér stað í stórheimi. Í tilraun einni frá 2021 létu vísindamenn tvær áltrommur titra með þeim hætti þar sem álykta mátti um titring annarrar trommunnar, ef titringur hinnar var kunnur.
Þessa tengingu milli trommanna er einungis hægt að skýra með því að þær hafi verið skammtafræðilega samþættar. Og þrátt fyrir að trommurnar hafi einungis verið um fimmtungur af þvermáli mannshárs, þá eru þetta miklar stærðir í heimi öreindanna.
Fyrirbæri eins og ofurleiðni þar sem seglar leiða straum án þess að tapa orku og ofurfljótandi vökvar eru önnur dæmi um skammtafyrirbæri sem geta einnig sést í stórheimi.
Niðurstaðan er sú að það virðist vera fræðilega mögulegt að það sé ekkert sem komi í veg fyrir það að kötturinn geti bæði verið dauður og lifandi á sama tíma.