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

گربه‌ی شرودینگر می‌تواند چه چیزی درباره‌ی مکانیک کوانتوم به ما بیاموزد

Translator: ladan shahshahani Reviewer: Kim Key

Consider throwing a ball straight into the air.

فرض کنید توپی را مستقیم به هوا پرتاب کنیم

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

آیا حرکت توپ پس از جدا شدن از دستانتان را میتوانید پیش بینی کنید؟

Sure, that's easy.

معلومه. خیلی راحته

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

توپ به سمت بالا خواهد رفت تا اینکه به بالاترین نقطه ی ممکن برسد

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

سپس به سمت پایین آمده و دوباره در دستان شما قرار می گیرد

Of course, that's what happens,

البته این اتفاقی است که می افتد

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

و شما این را می دانید چون اتفاقات مشابه آن را قبلا بارها دیده اید

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

شما در تمام طول زندگی خود، ناظر فیزیک پدیده های روزمره بوده اید

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

حال فرض کنید که سوالی در رابطه با فیزیک اتم مطرح شود

like what does the motion of an electron

به عنوان مثال حرکت الکترون...

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

دور هسته ی اتم هیدروژن چگونه است؟

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

آیا می توانیم پاسخ این سوال را بر اساس تجربه روزمره با فیزیک بدهیم؟

Definietly not. Why?

مسلما نه. چرا؟

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

زیرا فیزیک حاکم بر رفتار سیستم ها در مقیاسی به این کوچکی

is much different than the physics of the macroscopic objects

با فیزیک اجسام بزرگ مقیاس

you see around you all the time.

که مدام در اطراف خود مشاهده می کنید متفاوت است

The everyday world you know and love

دنیای روزمره که آن را می شناسید و دوست دارید

behaves according to the laws of classical mechanics.

بر اساس قوانین مکانیک کلاسیک رفتار می کند.

But systems on the scale of atoms

اما سیستم های در مقیاس اتمها

behave according to the laws of quantum mechanics.

بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم رفتار می کنند

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

دنیای کوانتوم، دنیای عجیب غریبی است

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

آزمایشی بسیار معروف، تصویر ناشناس/غریبه کوانتوم را نشان می دهد:

Schrödinger's cat.

گربه ی شرودینگر

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

فیزیکدانی که بصورت خاص علاقه ای به گربه ندارد، گربه ای را در یک جعبه قرار می دهد

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

بمبی را نیز درون جعبه قرار می دهد که پس از بسته شدن در جعبه، ۵۰٪ احتمال دارد منفجر شود

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

تا در را باز نکنیم، به هیچ وجه نمی توانیم بفهمیم

whether the bomb exploded or not,

که بمب منفجر شده است یا نه

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

و در نتیجه نمی دانیم که گربه زنده است یا مرده

In quantum physics, we could say that before our observation

در فیزیک کوانتوم، می توان گفت که قبل از مشاهده

the cat was in a superposition state.

گربه در حالت برهم نهی/ انطباق قرار دارد.

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

نه زنده است و نه مرده. در واقع در ترکیبی از این دو حالت قرار دارد،

with a 50% chance for each.

احتمال هر حالت، ۵۰٪ است

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

سیستم های کوانتوم مقیاس نیز، حالتی مشابه دارند

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

مثل الکترونی که به دور اتم هیدروژن در گردش است

The electron isn't really orbiting at all.

در واقع الکترون اصلا نمی چرخد

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

و در یک لحظه، می تواند در هر نقطه ای از فضا باشد

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

تنها احتمال وجود آن در بعضی جاها بیش از سایرین است

and it's only after we measure its position

و فقط پس از آنکه موقعیت آن را اندازه گرفتیم

that we can pinpoint where it is at that moment.

می توانیم بگوییم که در یک لحظه ی مشخص دقیقا کجا قرار دارد

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

بسیار شبیه به مورد گربه: تا در جعبه را باز نکنیم

until we opened the box.

نمی دانیم گربه زنده است یا مرده

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

به این ترتیب به پدیده ی عجیب و زیبایی به نام ...

of quantum entanglement.

گیرافتادگی کوانتوم می رسیم

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

فرض کنید به جای یک گربه،دو گربه درون دو جعبه ی مختلف داشته باشیم

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

اگر آزمایش شرودینگر را با این دو گربه تکرار کنیم

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

نتیجه ی آزمایش، یکی از چهار حالت ممکن می تواند داشته باشد

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

یا هر دو گربه زنده اند و یا هر دو مرده

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

یا یکی زنده و دیگری مرده و بر عکس

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

سیستم دو گربه نیز در حالت برهم نهی / انطباق قرار دارد

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

و این بار، به جای ۵۰٪، احتمال هر حالت ۲۵٪ است.

But here's the cool thing:

اما موضوع جالب این جاست:

quantum mechanics tells us it's possible to erase

مکانیک کوانتوم بیان می کند که می توانیم دو حالت

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

هر دوگربه زنده و هر دو گربه مرده را از حالت بر هم نهی حذف کنیم

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

به عبارت دیگر، می توانیم سیستمی مشتمل بر دو گربه داشته باشیم

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

به گونه ای که همواره یک گربه زنده باشد و دیگری مرده

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

عبارت فنی برای این حالت این است که: حالت دو گربه "گیر/گرفتار" است

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

اما یک موضوع خارق العاده در مورد گیرافتادگی کوانتوم هست

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

اگر سیستم دو گربه درون جعبه را در این حالت گیر افتاده مهیا کنید،

then move the boxes to opposite ends of the universe,

سپس جعبه ها را در دو مکان مختللف از جهان قرار دهید،

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

نتیجه ی آزمایش، فرقی نخواهد کرد

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

همواره یک گربه زنده و دیگری مرده خواهد بود

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

گرچه تا زمانیکه نتیجه را تعیین نکنیم، این که کدام زنده می ماند و کدام یک میمیرد،

before we measure the outcome.

مشخص نیست

How is this possible?

چگونه ممکن است؟

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

چگونه ممکن است وضعیت دو گربه در دو نقطه ی مختلف از جهان

can be entangled in this way?

به این ترتیب به هم وابسته (گیر) باشد؟

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

فاصله ی آن ها به قدری است که نمی توانند با هم ارتباط برقرار کنند

so how do the two bombs always conspire such that

پس بمب ها چگونه با هم توطئه می کنند

one blows up and the other doesn't?

که یکی منفجر شود و دیگری نه؟

You might be thinking,

ممکن است فکر کنید

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"این موضوع فقط نظریه ای بی معناست

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

چنین اتفاقی در دنیای واقعی نخواهد افتاد"

But it turns out that quantum entanglement

اما به نظر می رسد که درستی گیر افتادگی کوانتوم

has been confirmed in real world lab experiments.

در آزمایشگاه تجربه دنیای واقعی نیز اثبات شده است

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

ذرات زیر اتمی در یک حالت بر هم نهی گیر/انطباق افتاده اند

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

که در آن وقتی یکی در یک جهت می چرخد، دیگری در جهت مخالف می چرخد

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

حتی وقتی راه دیگری هم نباشد، همین کار را می کنند

for information to pass from one particle to the other

برای آنکه اطلاعات از یک ذره به ذره ی دیگر منتقل شود

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

و جهت چرخش به گونه ای تعیین شود که قوانین گیر افتادگی رعایت شود

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

پس عجیب نیست که گیر افتادگی در مرکز

of quantum information science,

علم اطلاعات کوانتوم باشد

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

علمی رو به رشد که قوانین عجیب دنیای کوانتوم را بررسی می کند

in our macroscopic world,

در دنیای بزرگ مقیاس ما،

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

با رمزنگاری کوانتوم، جاسوس ها می توانند پیام های ایمن برای یکدیگر ارسال کنند

or quantum computing, for cracking secret codes.

یا از محاسبات کوانتوم برای رمز گشایی کدهای مخفی استفاده کنند

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

فیزیک روزمره دیگر بیشتر به دنیای عجیب غریب کوانتوم شبیه خواهد بود

Quantum teleportation may even progress so far,

انتقال از راه دور کوانتوم ممکن است حتی فراتر رود و به جایی رسد

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

که گربه ی شما به کهکشانی امن تر فرار کند

where there are no physicists and no boxes.

جایی که فیزیکدان و جعبه ای نباشد.