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

گربه شرودینگر: یک آزمایش فکری درباره مکانیک کوانتوم - چاد اورزل

Translator: sadegh zabihi Reviewer: Leila Ataei

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

فیزیکدان اتریشی اروین شرودینگر یکی از پایه‌گذاران مکانیک کوانتوم است،

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

اما بیشتر به خاطر کاری که درواقع هرگز نکرد مشهور است:

a thought experiment involving a cat.

یک تجربه فکری شامل یک گربه.

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

او تصور کرد یک گربه را بگیریم و در یک جعبه بسته قرار دهیم

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

با دستگاهی که ۵۰٪ ممکن است گربه را در یک ساعت آینده بکشد.

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

در پایان آن ساعت می‌پرسد، "موقعیت گربه چیست؟"

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

احساس عمومی می‌گوید که یا مرده است یا زنده،

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

اما شرودینگر با توجه به فیزیک کوانتوم آن را بررسی کرد،

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

در لحظه‌ای قبل از باز شدن در جعبه، گربه به یک اندازه و همزمان

هم زنده است و هم مرده.

at the same time.

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

تنها زمانی که در جعبه را باز می‌کنیم متوجه موقعیت قطعی می‌شویم.

Until then, the cat is a blur of probability,

تا آن زمان، گربه هاله‌ای از احتمال است،

half one thing and half the other.

نیم یک چیز و نیمی چیز دیگر.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

مبهم به نظر می‌رسد، هدف شرودینگر هم همین است.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

او فیزیک کوانتوم را آنقدر از نظر فلسفی مشکل ساز دید،

that he abandoned the theory he had helped make

که نظریه‌ای که خودش به ساختن آن کمک کرده بود را نادیده گرفت

and turned to writing about biology.

و به نوشتن درباره زیست‌شناسی روی آورد.

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

هر چند خیلی مبهم به نظر می‌رسد، با این وجود گربه شرودینگر خیلی واقعی است.

In fact, it's essential.

در واقع، ضروری است.

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

اگر برای چیزهای کوانتومی داشتن دو موقعیت در آن واحد امکان پذیر نبود،

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

کامپیوتری که برای دیدن این ویدیو استفاده می‌کنید نمی‌توانست به وجود بیاید.

The quantum phenomenon of superposition

پدیده کوانتومی برهم‌نهی

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

نتیجه‌ای از ذره دوگانه و ماهیت موجی همه چیز است.

In order for an object to have a wavelength,

برای آنکه یک چیز طول موج داشته باشد،

it must extend over some region of space,

باید در بخشی از فضا گسترده شود،

which means it occupies many positions at the same time.

و این یعنی در آن واحد موقعیت‌های بسیاری را اشغال می‌کند.

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

اما طول موج چیزی که به بخش کوچکی از فضا محدود است را

can't be perfectly defined, though.

نمی‌توان کاملاً شرح داد.

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

چون در یک زمان در چندین طول موج وجود دارد.

We don't see these wave properties for everyday objects

ما این خصوصیات موجی را برای اجسام روزمره نمی‌بینیم

because the wavelength decreases as the momentum increases.

چون طول موج با افزایش تکانه کاهش می‌یابد.

And a cat is relatively big and heavy.

و یک گربه نسبتاً بزرگ و سنگین است.

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

اگر یک اتم را برداریم و به اندازه منظومه شمسی بزرگ کنیم،

the wavelength of a cat running from a physicist

طول موج گربه‌ای که از دست یک فیزیکدان فرار می‌کند

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

به کوچکی یک اتم در آن منظومه شمسی خواهد بود.

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

خیلی کوچک‌تر از آن است که تشخیص داده شود،

پس ما هیچ وقت رفتار موجی از یک گربه نخواهیم دید.

A tiny particle, like an electron, though,

اما ذره‌ای کوچک مثل الکترون

can show dramatic evidence of its dual nature.

می‌تواند شواهد چشمگیری از طبیعت دوگانه خود نشان دهد.

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

اگر الکترون‌ها را یکی یکی به سمت دو درز باریک

که در مانع ایجاد شده پرتاب کنیم،

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

در آن سوی مانع هر الکترون مانند یک ذره

در یک مکان واحد و در لحظه واحد یافت می‌شود.

like a particle.

But if you repeat this experiment many times,

اما اگر این آزمایش را بارها تکرار کنید،

keeping track of all the individual detections,

و تمام شناسایی‌های مجزا را دنبال کنید،

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

خواهید دید الگویی ایجاد می‌کنند که ویژگی رفتار موجی است:

a set of stripes - regions with many electrons

دسته‌ای از نوار‌ها - مناطقی با چندیدن الکترون

separated by regions where there are none at all.

که از مناطقی که هیچ الکترونی ندارند جدا شده‌اند.

Block one of the slits and the stripes go away.

اگر یکی از شکاف‌ها را بپوشانید نوارها از بین خواهند رفت.

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

این نشان می‌دهد که الگو نتیجه عبور هر الکترون از هر دو شکاف

at the same time.

در یک زمان است.

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

یک الکترون بین چپ و راست انتخاب نمی‌کند

but left and right simultaneously.

بلکه از چپ و راست با هم عبور می‌کند.

This superposition of states also leads to modern technology.

این برهم‌نهی موقعیت‌ها همچنین منجر به فناوری مدرن شده است.

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

یک الکترون نزدیک هسته اتم در پهنه‌ای با مدار موج مانند وجود دارد.

Bring two atoms close together,

دو اتم را به هم نزدیک کنید،

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

و الکترون‌ها بین آن دو اتم یکی را انتخاب نخواهند کرد

but are shared between them.

بلکه بین آنها تقسیم خواهند شد.

This is how some chemical bonds form.

بعضی پیوندهای شیمیایی به این صورت شکل می‌گیرند.

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

یک الکترون در یک مولکول تنها روی اتم A یا اتم B نیست، بلکه روی A+B است.

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

با اضافه شدن اتم‌های بیشتر، الکترون‌ها بیشتر پخش می‌شوند،

shared between vast numbers of atoms at the same time.

و در آن واحد میان تعداد زیادی اتم به اشتراک گذاشته می‌شوند.

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

الکترون‌های جسم جامد به یک اتم خاص نمی‌چسبند

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

بلکه بین همه آنها به اشتراک گذاشته می‌شوند و در فضای وسیعی گسترش می‌یابند.

This gigantic superposition of states

این برهم‌نهی عظیم موقعیت‌ها

determines the ways electrons move through the material,

نحوه حرکت الکترون‌ها در ماده را مشخص می‌کند،

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

چه رسانا، عایق یا نیمه رسانا باشد.

Understanding how electrons are shared among atoms

درک نحوه اشتراک الکترون‌ها میان اتم‌ها

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

به ما اجازه می‌دهد ویژگی‌های مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون را

like silicon.

به صورت دقیق کنترل کنیم.

Combining different semiconductors in the right way

با درست ترکیب کردن نیمه رساناهای مختلف

allows us to make transistors on a tiny scale,

می‌توانیم ترانزیستورهایی در ابعاد خیلی کوچک بسازیم،

millions on a single computer chip.

و میلیون‌ها از آنها را روی یک چیپ کامپیوتری قرار دهیم.

Those chips and their spread out electrons

آن چیپ‌ها و الکترون‌های پخش‌شده آنها

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

کامپیوتری که برای دیدن این ویدیو استفاده می‌کنید را روشن می‌کنند.

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

یک لطیفه قدیمی می‌گوید اینترنت وجود دارد تا فیلم‌های گربه را به اشتراک بگذاریم.

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

پس در سطحی بسیار عمیق، اینترنت وجود خود را

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

مدیون فیزیکدان اتریشی و گربه خیالی‌اش است.