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

Μετάφραση: Maria K. Επιμέλεια: Chryssa Takahashi

Consider throwing a ball straight into the air.

Ας υποθέσουμε ότι ρίχνουμε μια μπάλα ευθεία στον αέρα.

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

Μπορείτε να προβλέψετε την κίνησή της αφότου φύγει από το χέρι σας;

Sure, that's easy.

Σίγουρα, είναι εύκολο.

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

Η μπάλα θα ανεβαίνει μέχρι να φτάσει στο υψηλότερο σημείο,

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

μετά θα κατέβει και θα προσγειωθεί ξανά στο χέρι σας.

Of course, that's what happens,

Σίγουρα, αυτό είναι που γίνεται

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

και το ξέρετε αυτό επειδή έχετε δει ανάλογα συμβάντα πολλές φορές.

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

Παρατηρείτε τη φυσική των καθημερινών φαινομένων όλη σας τη ζωή.

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

Αλλά υποθέστε ότι εξερευνούμε ένα ζήτημα για τη φυσική των ατόμων

like what does the motion of an electron

όπως το πώς είναι η κίνηση ενός ηλεκτρονίου

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου.

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

Θα μπορούσαμε να απαντήσουμε αυτή την ερώτηση με βάση την καθημερινή φυσική;

Definietly not. Why?

Σίγουρα όχι. Γιατί;

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

Επειδή η φυσική που διέπει τη συμπεριφορά των συστημάτων σε τόσο μικρές κλίμακες

is much different than the physics of the macroscopic objects

είναι πολύ διαφορετική από τη φυσική των μακροσκοπικών αντικειμένων

you see around you all the time.

που βλέπετε γύρω σας συνέχεια.

The everyday world you know and love

Ο καθημερινός κόσμος που ξέρετε και αγαπάτε

behaves according to the laws of classical mechanics.

συμπεριφέρεται σύμφωνα με τους νόμους της Κλασικής Μηχανικής.

But systems on the scale of atoms

Όμως τα συστήματα στην κλίμακα των ατόμων

behave according to the laws of quantum mechanics.

συμπεριφέρονται σύμφωνα με τους νόμους της Κβαντικής Μηχανικής.

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

Αυτός ο κβαντικός κόσμος τελικά είναι ένα πολύ παράξενο μέρος.

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

Μια παρουσίαση της κβαντικής παραδοξότητας δίνεται από ένα διάσημο πείραμα σκέψης:

Schrödinger's cat.

Η Γάτα του Σρέντινγκερ.

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

Ένας φυσικός που δεν αγαπάει ιδιαίτερα τις γάτες, βάζει μία σε ένα κουτί,

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

μαζί με μια βόμβα που έχει 50% πιθανότητα να εκραγεί με το κλείσιμο του καπακιού.

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

Μέχρι να ανοίξουμε ξανά το καπάκι, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε

whether the bomb exploded or not,

αν η βόμβα εξερράγη ή όχι,

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

και έτσι δεν μπορούμε να ξέρουμε αν η γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή.

In quantum physics, we could say that before our observation

Στην Κβαντική Φυσική θα λέγαμε ότι πριν από την παρατήρησή μας

the cat was in a superposition state.

η γάτα ήταν σε κατάσταση υπέρθεσης.

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

Δεν ήταν ούτε ζωντανή ούτε νεκρή αλλά ένα μείγμα των δύο πιθανοτήτων,

with a 50% chance for each.

με 50% πιθανότητα για το καθένα.

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

Το ίδιο πράγμα συμβαίνει στα φυσικά συστήματα σε κβαντικές κλίμακες,

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

όπως ένα ηλεκτρόνιο περιστρέφεται γύρω από άτομο υδρογόνου.

The electron isn't really orbiting at all.

Το ηλεκτρόνιο δε διαγράφει τροχιά καθόλου.

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

Είναι σχεδόν παντού στον χώρο την ίδια στιγμή.

Σε κάποια μέρη η πιθανότητα να βρεθεί είναι μεγαλύτερη σε σχέση με άλλα

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

and it's only after we measure its position

και μόνο αφότου μετρήσουμε τη θέση του

μπορούμε να εντοπίσουμε πού είναι εκείνη τη στιγμή.

that we can pinpoint where it is at that moment.

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

Όπως ακριβώς δε γνωρίζουμε αν η γάτα ήταν ζωντανή ή νεκρή

until we opened the box.

μέχρι να ανοίξουμε το κουτί.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

Αυτό μας φέρνει στο παράξενο και όμορφο φαινόμενο

of quantum entanglement.

της κβαντικής διεμπλοκής.

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

Αν αντί για μία γάτα σε ένα κουτί, έχουμε δύο γάτες σε δύο διαφορετικά κουτιά

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

και επαναλάβουμε το πείραμα της Γάτας του Σρέντινγκερ με το ζευγάρι γατών,

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

τότε το αποτέλεσμα του πειράματος έχει τέσσερις πιθανές απαντήσεις.

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

Είτε και οι δύο γάτες θα είναι ζωντανές, ή και οι δύο νεκρές,

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

ή μία θα είναι ζωντανή και η άλλη νεκρή και αντιστρόφως.

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

Το σύστημα και των δύο γατών είναι ξανά σε κατάσταση υπέρθεσης,

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

με κάθε αποτέλεσμα να έχει 25% πιθανότητα αντί για 50%.

But here's the cool thing:

Το ενδιαφέρον ποιο είναι:

quantum mechanics tells us it's possible to erase

η Κβαντική Μηχανική λέει ότι είναι δυνατό να σβήσεις

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

τα αποτελέσματα με τις δύο γάτες νεκρές ή ζωντανές από την κατάσταση υπέρθεσης.

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

Με άλλα λόγια, μπορεί να υπάρξει ένα σύστημα δύο γατών,

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

τέτοιο ώστε το αποτέλεσμα να είναι πάντα μία γάτα ζωντανή και η άλλη νεκρή.

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

Ο τεχνικός όρος γι' αυτό

είναι ότι οι καταστάσεις των δύο γατών περιπλέκονται.

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

Αλλά υπάρχει κάτι πολύ εντυπωσιακό για την κβαντική διεμπλοκή.

Αν ετοιμάσεις το σύστημα των δύο γατών σε κουτιά σε αυτήν την κατάσταση διεμπλοκής

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

then move the boxes to opposite ends of the universe,

και μετακινήσεις τα κουτιά στα δύο άκρα του Σύμπαντος,

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

το αποτέλεσμα του πειράματος θα εξακολουθήσει να είναι το ίδιο.

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

Η μία γάτα θα βγαίνει πάντα ζωντανή και η άλλη γάτα θα καταλήγει νεκρή,

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

ακόμη και αν το ποια συγκεκριμένη γάτα ζει ή πεθαίνει είναι εντελώς απροσδιόριστο

before we measure the outcome.

πριν μετρήσουμε το αποτέλεσμα.

How is this possible?

Πώς είναι αυτό δυνατό;

Πώς γίνεται οι καταστάσεις των γατών στις αντίθετες πλευρές του σύμπαντος

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

can be entangled in this way?

να είναι διεμπλεκόμενες με αυτόν τον τρόπο;

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

Είναι πολύ μακριά για να επικοινωνήσουν στον χρόνο

so how do the two bombs always conspire such that

οπότε πώς οι δύο βόμβες πάντα συνωμοτούν έτσι ώστε

one blows up and the other doesn't?

η μία να εκρήγνυται και η άλλη να μην εκρήγνυται;

You might be thinking,

Μπορεί να σκέφτεστε:

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

«Αυτό είναι μόνο θεωρητικές αρλούμπες.

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

Δεν μπορεί να συμβαίνει στον πραγματικό κόσμο».

But it turns out that quantum entanglement

Αλλά φαίνεται ότι η κβαντική διεμπλοκή

has been confirmed in real world lab experiments.

έχει επιβεβαιωθεί στα εργαστηριακά πειράματα του πραγματικού κόσμου.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Δύο υποατομικά σωματίδια διεμπλεκόμενα σε μια κατάσταση υπέρθεσης,

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

όπου αν ένα στρέφεται σε μία διεύθυνση τότε το άλλο πρέπει να στρέφεται αντίθετα,

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

θα κάνουν ακριβώς αυτό, ακόμα και όταν δεν υπάρχει τρόπος

for information to pass from one particle to the other

η πληροφορία να περάσει από το ένα σωματίδιο στο άλλο

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

δείχνοντας σε ποιο δρόμο να στραφεί για να υπακούσει στους νόμους της διεμπλοκής.

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

Δεν είναι λοιπόν περίεργο

που η διεμπλοκή είναι ο πυρήνας της κβαντικής πληροφοριακής επιστήμης,

of quantum information science,

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

ένα αναπτυσσόμενο πεδίο που μελετά πώς να χρησιμοποιείς τους νόμους των κβάντων

in our macroscopic world,

στον μακροσκοπικό μας κόσμο,

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

όπως στην κβαντική κρυπτογραφία, ώστε οι κατάσκοποι να στέλνουν ασφαλή μηνύματα,

or quantum computing, for cracking secret codes.

ή στην κβαντική υπολογιστική, για το σπάσιμο μυστικών κωδικών.

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

Η καθημερινή φυσική μπορεί να αρχίζει να μοιάζει σαν τον παράξενο κβαντικό κόσμο.

Quantum teleportation may even progress so far,

Η κβαντική τηλεμεταφορά μπορεί ακόμη και να έχει προοδεύσει τόσο πολύ

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

ώστε μια μέρα η γάτα σας να αποδράσει για έναν πιο ασφαλή γαλαξία,

where there are no physicists and no boxes.

όπου δε θα υπάρχουν φυσικοί και κουτιά.