What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

ماذا يمكن لقطة شرودنغر أن تعلمنا عن الميكانيكا الكمية؟ - جوش ساماني

المترجم: Reem Alattas المدقّق: khalid marbou

Consider throwing a ball straight into the air.

فكر في رمي الكرة مباشرة في الهواء.

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

هل يمكنك التنبؤ بحركة الكرة بعد أن تترك يدك؟

Sure, that's easy.

بالطبع، فهذا سهل.

The ball will move upward until it gets to some highest point,

الكرة سوف تتحرك صعودا حتى تصل إلى أعلى نقطة،

then it will come back down and land in your hand again.

ثم تعود إلى أسفل وتسقط في يدك مرة أخرى.

Of course, that's what happens,

طبعًا، هذا ما حدث،

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

وأنت تعرف هذا لأنك شهدت مثل هذه الأحداث مرات عديدة.

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

فقد كنت تلاحظ فيزياء الظواهر اليومية طوال حياتك.

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

ولكن لنفترض استكشاف سؤال حول فيزياء الذرة،

like what does the motion of an electron

مثلاً، كيف تبدو حركة الإلكترون

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

حول نواة ذرة الهيدروجين؟

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

هل نستطيع إجابة هذا السؤال بناء على تحربتنا مع فيزياء الأحداث اليومية؟

Definietly not. Why?

بالطبع لا. لماذا؟

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

لأن الفيزياء التي تحكم سلوك النظم في مثل هذه المقاييس الصغيرة

is much different than the physics of the macroscopic objects

مختلة تماما عن فيزياء الكائنات العينية

you see around you all the time.

التي تراها حولك في كل وقت.

The everyday world you know and love

العالم اليومي الذي تعرفه وتحبه

behaves according to the laws of classical mechanics.

يتصرف وفقا للقوانين الميكانيكية التقليدية.

But systems on the scale of atoms

ولكن النظم بحجم الذرة

behave according to the laws of quantum mechanics.

تتصرف وفقا للقوانين الميكانيكية الكمية.

This quantum world turns out to be a very strange place.

تبين أن هذا العالم الكمي هو عالم غريب جدًا.

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

توضيح الغرابة الكمية يتم باستخدام تجربة فكرية شهيرة:

Schrödinger's cat.

قطة شرودينغر

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

فيزيائي لا يحب القطط، بل كان يضع القطة في صندوق،

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

جنبا إلى جنب مع قنبلة لديها فرصة 50% لتنفجر بعد إغلاق الغطاء

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

حتى نفتح الغطاء، لا توجد أي طريقة لمعرفة

whether the bomb exploded or not,

هل انفجرت القنبلة أم لا،

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

وبالتالي ، فلا توجد أي وسيلة لمعرفة ما إذا كانت القطة حيةً أو ميتةً.

In quantum physics, we could say that before our observation

في الفيزياء الكمية، يمكننا القول أنه قبل ملاحظتنا

the cat was in a superposition state.

كانت القطة في حالة تراكب.

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

فلم تكن حية ولا ميتة ولكن كانت خليطًا من كلا الاحتمالين،

with a 50% chance for each.

مع وجود فرصة بنسبة 50٪ لكل احتمال.

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

نفس الشيء يحدث للنظم الفيزيائية بالمقاييس الكمية،

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

مثل مدارات الإلكترون في ذرة الهيدروجين.

The electron isn't really orbiting at all.

الإلكترون في الحقيقة لا يدور على الإطلاق.

It's sort of everywhere in space, all at once,

بل يكون في كل مكان في الفضاء، في نفس الوقت،

with more of a probability of being at some places than others,

مع احتمال أكبر أن يوجد في بعض الأماكن أكثر من غيرها،

and it's only after we measure its position

وهذا فقط بعد أن نقيس موقفها

that we can pinpoint where it is at that moment.

الذي يمكننا تحديد موقعه في في تلك اللحظة.

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

وهناك الكثير مثل كيف لم نكن نعرف إذا كانت القطة حية أو ميتة

until we opened the box.

حتى فتحنا الصندوق.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

هذا يقودنا إلى الظاهرة الغريبة والجميلة

of quantum entanglement.

المسماة التشابك الكمي.

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

لنفترض أنه بدلا من أن توجد قطة واحدة في الصندوق، أصبح لدينا قطتان في صندوقين مختلفين.

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

إذا كررنا تجربة قطة شرودنغر مع هذا الزوج من القطط،

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

فإن نتيجة التجربة يمكن أن تكون واحدة من أربع احتمالات.

Either both cats will be alive, or both will be dead,

إما كلتا القطتين سوف تكونان على قيد الحياة، أو كلتيهما سوف تكونان ميتتين،

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

أو واحدة سوف تكون على قيد الحياة والأخرى ميتة، أو العكس.

The system of both cats is again in a superposition state,

نظام كلتا القطتين هو مرة أخرى في حالة تراكب،

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

مع فرصة وجود كل نتيجة بنسبة 25٪ بدلا من 50٪.

But here's the cool thing:

ولكن المميز في الأمر:

quantum mechanics tells us it's possible to erase

ميكانيكا الكم تخبرنا أنه من الممكن محو

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

احتمال أن تكون كلتا القطتين على قيد الحياة واحتمال أن تكونا قد فارقتا الحياة.

In other words, there can be a two cat system,

بعبارة أخرى، يمكن أن يكون هناك نظام ثنائي القطط،

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

ينص على أن النتيجة ستكون دائما قطة واحدة على قيد الحياة والأخرى ميتة.

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

المصطلح التقني لذلك هو أن حالتي القطتين متشابكة.

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

ولكن هناك شيء عجيب حقا حول التشابك الكمي.

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

إذا قمت بإعداد نظام ثنائي القطط في صناديق في هذه الحالة المتشابكة،

then move the boxes to opposite ends of the universe,

ثم انقل الصناديق إلى الجهة الأخرى من الكون،

the outcome of the experiment will still always be the same.

نتائج التجربة ستظل دائما هي نفسها.

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

إحدى القطتين ستكون دائما على قيد الحياة، والقطة الأخرى سوف تكون دائما في نهاية المطاف من الموتى،

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

بالرغم من أننا لا نستطيع تحديد أي قطة ستعيش أو تموت

before we measure the outcome.

قبل معرفة النتيجة.

How is this possible?

كيف يكون هذا ممكنًا؟

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

كيف يتم ذلك وحالتا القطتين على طرفي نقيض من الكون

can be entangled in this way?

يمكن أن تكون متشابكة بهذه الطريقة؟

They're too far away to communicate with each other in time,

إنهما بعيدتان جدا ليمكنهما التواصل مع بعضهما البعض في الوقت المناسب،

so how do the two bombs always conspire such that

فكيف تتآمر القنبلتان دائمًا بحيث

one blows up and the other doesn't?

تنفجر واحدة والأخرى لا تنفجر؟

You might be thinking,

أنت قد تفكر،

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"هذه ليست سوى بعض الترهات النظرية.

This sort of thing can't happen in the real world."

هذا النوع من الأشياء لا يمكن أن يحدث في العالم الحقيقي."

But it turns out that quantum entanglement

ولكن تبين أن التشابك الكمي

has been confirmed in real world lab experiments.

قد تم إثباته في تجارب معملية في العالم الحقيقي.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

اثنان من الجسيمات دون الذرية متشابكان في حالة تراكب،

where if one spins one way then the other must spin the other way,

بحيث إذا دار أحدهما في اتجاه معين، يجب أن يدور الآخر في الاتجاه الآخر،

will do just that, even when there's no way

سوف يفعل ذلك تماما، حتى عندما لا تكون هناك أي وسيلة

for information to pass from one particle to the other

لانتقال المعلومات من جسيم إلى آخر

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

مشيرا إلى اتجاه الدوران وذلك انصياعًا لقواعد الاشتباك .

It's not surprising then that entanglement is at the core

فإنه ليس من المستغرب بعد ذلك أن يكون التشابك في صميم

of quantum information science,

علم المعلومات الكمية،

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

حقل نامٍ يدرس كيفية استخدام قوانين العالم الكمي الغريب

in our macroscopic world,

في عالمنا العيني،

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

كما في التشفير الكمي، حتى الجواسيس يمكنهم إرسال رسائل آمنة لبعضهم،

or quantum computing, for cracking secret codes.

أو الحوسبة الكمية، لفك رموز الشفرة.

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

قد تبدأ فيزياء الأحداث اليومية في الظهور بمظهر مشابه قليلًا للعالم الكمي الغريب.

Quantum teleportation may even progress so far,

التخاطر الكمي قد يتقدم كثيرًا،

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

لدرجة أن قطتك يومًا ما قد تهرب إلى مجرة أكثر أمنًا،

where there are no physicists and no boxes.

حيث لا يوجد فيزيائيون ولا صناديق.