This thought experiment will help you understand quantum mechanics - Matteo Fadel

Tłumaczenie: Elizabeth Zielinska Korekta: Ola Królikowska

After a long day working on the local particle accelerator,

Po długim dniu pracy na akceleratorze cząstek

you and your friends head to the arcade to unwind.

razem ze znajomymi idziecie do salonu gier, żeby trochę odpocząć.

The lights go out for a second, and when they come back,

Na chwilę gasną światła, a kiedy znowu jest jasno,

there before you gleams a foosball table nobody remembers seeing before.

widzicie lśniący stół z piłkarzykami, którego tam nigdy przedtem nie było.

Always game, you insert your coins.

Chcąc zagrać, wrzucasz monety

And with a fanfare, Quantum Foosball begins.

i wśród fanfar rozpoczynasz grę w kwantowe piłkarzyki.

Here are the rules: as with normal foosball,

Oto reguły: tak jak w zwykłej grze

the object is to score points

musisz zdobywać punkty,

by spinning levers with tiny players to sink the ball in your opponent’s goal.

ruszając drążkami z figurkami zawodników, żeby umieścić piłkę w bramce przeciwnika.

Only instead of a standard ball, you’ll be playing with a giant electron.

Ale zamiast standardowej piłki będziesz grać gigantycznym elektronem.

It behaves like a normal electron in all respects, it’s just much larger.

To taki zwyczajny elektron, tyle że dużo większy.

Though the rules are simple, gameplay is anything but.

Choć zasady gry są proste, gra wcale nie jest taka łatwa.

Zamiast znanych praw fizyki newtonowskiej

Instead of the familiar laws of Newtonian physics,

the movement of the ball is governed by quantum mechanics.

ruchem piłki będzie rządzić mechanika kwantowa.

To minimize the influence from photons and air molecules,

W celu zredukowania wpływu fotonów i cząsteczek powietrza

you’ll be playing in a vacuum. In the dark.

będziesz grać w próżni i po ciemku.

But that’s ok, because you can watch for the flashes of light

Ale to nie szkodzi, bo będziesz w stanie zobaczyć błyski światła

given off by collisions between figures and the ball.

powstałe w wyniku zderzeń figurek graczy z elektronową piłką.

The goals themselves will flash when the electron

Zdobyte gole będą widoczne,

kiedy elektron uderzy w detektor cząstek.

hits their particle detectors.

Now you just have to figure out how to get the electron to go where you want.

Teraz trzeba tylko pogłówkować, jak skierować elektron tam, gdzie chcesz,

As soon as it enters play, the electron will never rest.

bo kiedy tylko rozpocznie on grę, już nigdy nie będzie w spoczynku.

This is a direct consequence of the Heisenberg Uncertainty Principle,

Wynika to z zasady nieoznaczoności Heisenberga,

which says that the better you know where a quantum particle is,

która mówi, że im dokładniej znasz położenie cząstki kwantowej,

the less you know about its velocity, and vice versa.

tym mniej wiesz o jej prędkości i na odwrót.

Since you know it’s on the field, its velocity is largely uncertain.

Kiedy więc elektron jest na boisku, jego prędkość jest w zasadzie nieznana.

The electron will behave more like a wave than a particle,

Elektron będzie też zachowywał się bardziej jak fala niż cząstka,

with its position described by probability distributions that you’ll have to imagine.

a jego pozycję określi prawdopodobieństwo znalezienia, które trzeba sobie wyobrazić.

These distributions are spread throughout the entire field,

Rozkład prawdopodobieństwa dotyczy całego boiska,

making it possible to observe a goal at any time and in either side.

co pozwoli na obserwację zdobytego gola w dowolnej chwili i przez obie drużyny.

The way to win is to control and concentrate the distribution

Żeby zwyciężyć, musisz kontrolować gęstość prawdopodobieństwa

znalezienia elektronu w polu gry bardziej, niż robi to przeciwnik.

over the opposite goal,

giving yourself the highest likelihood of scoring points.

Tak zdobędziesz przewagę w zdobywaniu bramek.

Your skill as a player will be determined by your ability to predict

Umiejętności gracza będą zależeć od zdolności przewidzenia

where the electron is most likely to be,

położenia elektronu w danej chwili

then manipulate the probability distribution by spinning the rods

i od sposobu manipulowania tego prawdopodobieństwa za pomocą drążków

with just the right amount of strength.

z odpowiednią siłą.

Cząstki elementarne przyjmują tylko precyzyjne porcje energii zwane kwantami,

Quantum particles only receive energy in precise amounts, called quanta.

So spin too hard or too soft,

więc za mocny albo za słaby obrót drążkiem

and the electron will stay on its previous course.

nie zmieni kursu elektronu.

The game board has been carefully constructed to contain the electron,

Stół do gry jest tak zbudowany, żeby nie stracić elektronu.

but even so, sometimes it’ll quantum tunnel through the walls

Czasami jednak dzięki zjawisku tunelowemu przeniknie on przez barierki

without any apparent reason.

zupełnie bez powodu

At that point it could be anywhere in the universe,

i znajdzie się w przestrzeni kosmicznej.

Żeby więc uniknąć problemów z jego odnalezieniem,

so to save you the trouble of tracking it down,

the game will spit out a new ball.

w grze pojawi się nowa elektronowa piłka.

The fact that quantum particles behave like waves

Fakt, że cząstki elementarne zachowują się jak fale,

becomes particularly evident in the presence of obstacles.

staje się szczególnie zauważalny w obecności przeszkód.

As the particle travels through the rows of miniature figures,

Kiedy cząstka porusza się między rzędami miniaturowych graczy,

complicated interference patterns will develop in the probability distribution,

powstają złożone schematy interferencyjne prawdopodobieństwa jej znalezienia,

które jeszcze bardziej skomplikują dokładne przewidzenie lokalizacji.

making it even more difficult to accurately predict its position.

And here’s where your advanced physics degree can finally come in handy:

Teraz dyplom studiów z fizyki w końcu stanie się przydatny,

bo dzięki niemu wykorzystasz prawa mechaniki kwantowej na swoją korzyść.

you can use the laws of quantum mechanics to your advantage.

The only moments when the electron will behave as a particle,

Elektron zachowuje się jak cząstka,

rather than a wave, are when it hits something.

a nie fala tylko wtedy, kiedy może w coś uderzyć.

With frequent enough kicks,

Przy częstych kopnięciach

the particle would have no time to evolve like a wave and, therefore,

cząstka nie będzie miała czasu na przemianę w falę

i rozproszenie.

not spread out in space.

So if you can pass it very quickly between two of your miniatures,

Więc jeśli przekażesz ją bardzo szybko między dwoma miniaturowymi graczami,

you can keep it localized.

będziesz w stanie zachować jej tymczasowe położenie.

Masters of the game call this the Quantum Zeno Maneuver.

Mistrzowie gry nazywają to zjawisko manewrem kwantowym Zenona.

Now, if you really want to dominate your opponents,

Co więcej, jeśli naprawdę chcesz mieć przewagę nad przeciwnikami,

there’s one more thing you can try, but it’s pretty tricky.

spróbuj innej, ale dość trudnej rzeczy.

One of the distinctive features of the quantum world

Jedną z charakterystycznych cech świata kwantowego

is the possibility of state superpositions,

jest prawdopodobieństwo zjawiska superpozycji,

kiedy położenia albo prędkości cząstek

where particles’ positions or velocities

can be simultaneously in two or more different states.

są jednocześnie w dwóch lub więcej stanach kwantowych.

If you can put the electron into a superposition

Jeśli więc stworzysz stan superpozycji elektronu,

of being simultaneously kicked and not kicked,

w którym jest on jednocześnie kopnięty i niekopnięty,

przeciwnik praktycznie nie będzie w stanie ustalić,

it’ll be almost impossible for your opponents to figure out

where and how to strike.

gdzie i jak atakować.

It’s said that Erwin Schrödinger,

Podobno Erwin Schrödinger,

największy mistrz kwantowych piłkarzyków wszech czasów,

the greatest Quantum Foosball champion of all time,

is the only player to have mastered this technique.

jest jedynym graczem, który opanował tę technikę.

But maybe you can be the second:

Możesz być drugą taką osobą,

Just figure out a way to simultaneously turn and not turn your rods.

jeśli znajdziesz sposób jednoczesnego obracania i nieobracania drążkami do gry.