Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

قطة شرودنجر: تجربة فكرية في ميكانيكا الكم - تشاد أورزيل

المترجم: Eman Abdel-Gawad المدقّق: Muhammad Ramadan

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

عالم الفيزياء النمساوي إروين شرودنجر هو أحد مؤسسي ميكانيكا الكم،

but he's most famous for something he never actually did:

ولكنه مشهور أكثر بشئ لم يفعله أبدًا في الواقع:

a thought experiment involving a cat.

هذا الشي هو تجربة فكرية تتعلق بقطة.

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

لقد تخيل أنه أخذ قطة ووضعها في صندوق محكم الغلق

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

مع جهاز يحتمل أن يقتل القطة بنسبة 50% في الساعة التالية.

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

وفي نهاية هذه الساعة، طرح سؤالًا: "ما حالة هذه القطة؟"

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

يشير المنطق السليم إلى أن القطة إما حية وإما ميتة،

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

ولكن شرودنجر أشار إلى أنه، وفقًا لميكانيكا الكم،

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

عند اللحظة التي تسبق فتح الصندوق، تكون القطة حية وميتة بالتساوي

at the same time.

في نفس الوقت.

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

فقط عندما يتم فتح الصندوق يمكننا رؤية حالة واحدة محددة.

Until then, the cat is a blur of probability,

وحتى يحدث ذلك، فإن القطة تمثل كتلة مبهمة من الاحتمالية،

half one thing and half the other.

نصفها شئ والنصف الثاني شئ آخر.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

هذا يبدو سخيفًا، وتلك كانت وجهة نظر شرودنجر.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

فقد وجد فيزياء الكم شديدة الفلسفة بشكل مزعج،

that he abandoned the theory he had helped make

لذلك ترك النظرية التي ساعد في تكوينها

and turned to writing about biology.

واتجه إلى الكتابة عن علم الأحياء.

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

وعلى الرغم من أن فكرة قطة شرودنجر قد تبدو سخيفة، إلا أنها حقيقية جدًا.

In fact, it's essential.

في الواقع، هي جوهرية.

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

إذا لم يكن من الممكن أن توجد الأجسام الكمية في حالتين في نفس الوقت،

the computer you're using to watch this couldn't exist.

لن يكون جهاز الكمبيوتر الذي تستخدمه لمشاهدة هذا الفيديو موجودًا.

The quantum phenomenon of superposition

الظاهرة الكمية للتراكب

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

تترتب على الطبيعة المزدوجة لموجات وجسيمات كل شئ.

In order for an object to have a wavelength,

وليكون لأي جسم طول موجي،

it must extend over some region of space,

يجب أن يمتد هذا الجسم خلال مساحة من الفضاء،

which means it occupies many positions at the same time.

مما يعني أنه يحتل مواضع عديدة في نفس الوقت.

The wavelength of an object limited to a small region of space

على الرغم من ذلك، لا يمكن تحديد الطول الموجي

can't be perfectly defined, though.

لجسم يمتد في مساحة صغيرة من الفضاء بشكل دقيق.

So it exists in many different wavelengths at the same time.

لذلك يوجد الجسم في أطوال موجية عديدة في نفس الوقت.

We don't see these wave properties for everyday objects

ونحن لا نرى هذه الخصائص الموجية للأشياء التي نتعامل معها يوميًا

because the wavelength decreases as the momentum increases.

لأن الطول الموجي يتناقص مع زيادة كمية الحركة.

And a cat is relatively big and heavy.

والقطة ثقيلة وكبيرة الحجم نسبيًا.

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

إذا أخذنا ذرة واحدة وقمنا بتكبيرها في حجم المجموعة الشمسية،

the wavelength of a cat running from a physicist

سيكون الطول الموجي لقطة تحاول الهرب من عالم فيزياء

would be as small as an atom within that Solar System.

في صِغر ذرة واحدة ضمن المجموعة الشمسية.

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

وهذا صغير جدًا لدرجة لا يمكن قياسها، لذلك لا نرى سلوك الموجة للقطة.

A tiny particle, like an electron, though,

ومع ذلك، فإن جسيم صغير مثل الإلكترون

can show dramatic evidence of its dual nature.

يمكن أن يوفر دليلًا واضحًا على طبيعته المزدوجة.

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

إذا أطلقنا الإلكترونات واحدًا بعد الآخر نحو شقين ضيقين في برميل

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

يتم رصد كل إلكترون عند الجانب البعيد في مكان واحد عند لحظة محددة،

like a particle.

مثل الجسيم.

But if you repeat this experiment many times,

لكن إذا قمت بتكرار هذه التجربة لعدة مرات،

keeping track of all the individual detections,

مع تتبع كل عمليات الرصد الفردية،

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

سترى أنها تكوّن نمط يمثل صفة مميزة لسلوك الموجة:

a set of stripes - regions with many electrons

مجموعة من الأشرطة - مساحات بها إلكترونات عديدة

separated by regions where there are none at all.

تفصلها مساحات خالية من أي إلكترونات.

Block one of the slits and the stripes go away.

قم بسد أحد الشقين وستختفي هذه الأشرطة.

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

وهذا يوضح أن النمط ينتج عن مرور كل إلكترون من خلال الشقين الاثنين

at the same time.

في نفس الوقت.

A single electron isn't choosing to go left or right

فالإلكترون الواحد لا يختار أن يتحرك إلى اليمين أو اليسار،

but left and right simultaneously.

بل يتحرك إلى اليمين واليسار معًا.

This superposition of states also leads to modern technology.

ويؤدي هذا التراكب أيضًا إلى التكنولوجيا الحديثة.

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

الإلكترون الموجود قرب نواة الذرة يوجد في مدار متسع شبيه بالموجة.

Bring two atoms close together,

إذا قمت بتقريب ذرتين معًا،

and the electrons don't need to choose just one atom

لن تحتاج الإلكترونات لاختيار ذرة واحدة فقط،

but are shared between them.

لكن يتم مشاركتها بين الذرتين.

This is how some chemical bonds form.

هذه هي طريقة تكوين بعض الروابط الكيميائية.

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

فالإلكترون في الجزئ ليس فقط في الذرة (أ) أو الذرة (ب)، بل في (أ) و(ب).

As you add more atoms, the electrons spread out more,

وبإضافة مزيد من الذرات، ستنتشر الإلكترونات بشكل أكبر،

shared between vast numbers of atoms at the same time.

ويتم مشاركتها بين عدد كبير من الذرات في نفس الوقت.

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

فالإلكترونات في المادة الصلبة ليست مرتبطة بذرة معينة

but shared among all of them, extending over a large range of space.

ولكنها مشتركة بين جميع الذرات، وممتدة خلال نطاق كبير من الفضاء.

This gigantic superposition of states

ويحدد التراكب الهائل للحالات

determines the ways electrons move through the material,

طريقة تحرك الإلكترونات خلال المادة،

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

سواء أكانت مادة موصلة أم عازلة أم شبه موصلة.

Understanding how electrons are shared among atoms

يسمح لنا فهم كيفية مشاركة الإلكترونات بين الذرات

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

بالتحكم بشكل دقيق في خصائص المواد شبه الموصلة،

like silicon.

مثل السيليكون.

Combining different semiconductors in the right way

الجمع بين مواد شبه موصلة مختلفة بالطريقة الصحيحة

allows us to make transistors on a tiny scale,

يسمح لنا بصنع الترانزستورات على نطاق صغير،

millions on a single computer chip.

الملايين منها على رقاقة كمبيوتر واحدة.

Those chips and their spread out electrons

تقوم هذه الرقاقات والإلكترونات المنتشرة بها

power the computer you're using to watch this video.

بإمداد الكمبيوتر الذي تستخدمه الآن لمشاهدة هذا الفيديو بالطاقة.

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

هناك مزحة قديمة تقول أن الإنترنت موجود ليسمح بمشاركة مقاطع فيديو للقطط.

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

ومع ذلك، على مستوى شديد العمق، يرجع الفضل في وجود الإنترنت

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

إلى عالم فيزياء نمساوي وقطته الخيالية.