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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

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

הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרודינגר הוא אחד ממיסדי המכאניקה הקוואנטית,

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

אבל הוא הכי מפורסם בזכות משהו שהוא מעולם לא עשה:

a thought experiment involving a cat.

ניסוי מחשבתי שכולל חתול.

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

הוא דמיין שלוקחים חתול ושמים אותו בקופסה אטומה

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

עם מכשיר שיש לו סיכוי של 50% להרוג אות החתול בשעה הקרובה.

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

בסוף השעה, הוא שואל, "מה מצב החתול?"

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

ההגיון אומר שהחתול או חי או מת,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

אבל שרודינגר הראה שלפי הפיסיקה הקוואנטית,

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

ברגע לפני פתיחת הקופסה, החתול חי ומת באותה מידה,

at the same time.

באותו הזמן.

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

רק כשפותחים את הקופסה יש לנו מצב אחד בטוח.

Until then, the cat is a blur of probability,

עד אז, החתול הוא ערפל של אפשרויות,

half one thing and half the other.

חצי דבר אחד וחצי דבר אחר.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

זה נראה אבסורדי, שזו היתה הנקודה של שרודינגר.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

הוא מצא את הפיסיקה הקוואנטית כל כך מטרידה פילוסופית,

that he abandoned the theory he had helped make

שהוא נטש את התאוריה שהוא עזר לפתח

and turned to writing about biology.

ופנה לכתוב על ביולוגיה.

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

כמה שזה נשמע אבסורדי, עם זאת, החתול של שרודינגר הוא מאוד אמיתי.

In fact, it's essential.

למעשה, הוא חיוני.

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

אם זה לא היה אפשרי לעצמים קוואנטיים להיות בשני מצבים באותו זמן,

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

המחשב בו אתם משתמשים כדי לצפות בזה לא היה קיים.

The quantum phenomenon of superposition

התופעה הקוואנטית של סופרפוזיציה

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

היא תוצאה של הטבע הדואלי הגלי חלקיקי של הכל.

In order for an object to have a wavelength,

בכדי שלעצם יהיה אורך גל,

it must extend over some region of space,

הוא חייב להתרחב לאזור מסויים של חלל,

which means it occupies many positions at the same time.

מה שאומר שהוא תופס הרבה מיקומים באותו הזמן.

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

אורך הגל של עצם שמוגבל לאזור קטן של החלל

can't be perfectly defined, though.

לא יכול עם זאת, להיות מוגדר באופן מושלם.

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

אז הוא קיים בהרבה אורכי גל שונים באותו הזמן.

We don't see these wave properties for everyday objects

אנחנו לא רואים את תכונות הגל האלה בעצמים יום יומיים

because the wavelength decreases as the momentum increases.

מפני שאורך הגל קטן כשהמומנט גדל.

And a cat is relatively big and heavy.

וחתול הוא יחסית גדול וכבד.

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

אם ניקח אטום בודד ונגדיל אותו לגודל של מערכת השמש,

the wavelength of a cat running from a physicist

אורך הגל של חתול שבורח מפיסיקאי

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

יהיה קטן כמו אטום בתוך מערכת השמש.

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

זה קטן מדי לזיהוי, אז אנחנו לעולם לא נראה התנהגות גלית של חתול.

A tiny particle, like an electron, though,

חלקיק זעיר, כמו אלקטרון, עם זאת,

can show dramatic evidence of its dual nature.

יכול להראות עדויות דרמטיות של הטבע הדואלי שלו.

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

אם נירה אלקטרונים אחד כל פעם לסט של שני חריצים צרים שנחתכו במחסום,

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

כל אלקטרון בצד השני מזוהה במיקום בודד בזמן ספציפי,

like a particle.

כמו חלקיק.

But if you repeat this experiment many times,

אבל אם תחזרו על הניסוי הזה הרבה פעמים,

keeping track of all the individual detections,

ותעקבו אחרי כל הגילוים הבודדים,

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

אתם תראו אותם יוצרים תבנית שאופיינית להתנהגות גלית

a set of stripes - regions with many electrons

סט של קווים - אזורים עם הרבה אלקטרונים

separated by regions where there are none at all.

מופרדים על ידי אזורים בהם אין בכלל.

Block one of the slits and the stripes go away.

חסמו אחד מהחריצים והקוים נעלמים.

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

זה מראה שהדוגמה היא תוצאה של כל אלקטרון שעובר דרך שני החריצים

at the same time.

באותו הזמן.

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

אלקטרון בודד לא בוחר לעבור מימין או משמאל

but left and right simultaneously.

אלא מימין ומשמאל יחדיו.

This superposition of states also leads to modern technology.

הסופרפוזיציה הזו מובילה גם לטכנולוגיה מודרנית.

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

אלקטרון ליד הגלעין של אטום קיים במסלול מפוזר, דמוי גל.

Bring two atoms close together,

קרבו שני אטומים יחד,

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

והאלקטרון לא צריך לבחור אטום אחד

but are shared between them.

אלא מחולק בין שניהם.

This is how some chemical bonds form.

כך כמה קשרים כימיקליים נוצרים.

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

אלקטרון במולקולה לא נמצא רק על אטום א' או ב', אלא על א' וב'.

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

כשאתם מוסיפים עוד אטומים, האלקטרונים מתפרשים עוד יותר,

shared between vast numbers of atoms at the same time.

ומתחלקים בין כמו עצומה של אטומים באותו הזמן.

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

האלקטרונים במוצק לא קשורים לאטום בודד

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

אלא מחולקים בין כולם, משתרעים על פני מרחב גדול.

This gigantic superposition of states

הסופרפוזיציה העצומה הזו של מצבים

determines the ways electrons move through the material,

קובעת את הדרך בה אלקטרונים נעים דרך חומר,

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

בין אם זה מוליך או מבודד או מוליך למחצה.

Understanding how electrons are shared among atoms

הבנת איך אלקטרונים מחולקים בין אטומים

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

מאפשרת לנו לשלוט במדוייק בתכונות של חומרים מוליכים למחצה,

like silicon.

כמו סיליקון.

Combining different semiconductors in the right way

שילוב מוליכים למחצה שונים בדרך הנכונה

allows us to make transistors on a tiny scale,

מאפשר לנו ליצור טרנזיסטורים בקנה מידה זעיר,

millions on a single computer chip.

מיליונים על שבב מחשב בודד.

Those chips and their spread out electrons

השבבים האלה והאלקטרונים המפוזרים שלהם

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

מפעילים את המחשב בו אתם משתמשים כדי לצפות בסרטון הזה.

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

בדיחה ישנה מספר שהאינטרנט קיים כדי לאפשר לחלוק סרטוני חתולים.

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

ברמה המאוד עמוקה, עם זאת, האינטרנט חייב את קיום שלו

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

לפיסיקאי אוסטרי והחתול הדמיוני שלו.