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

Kot Schrödingera: ekspetryment myślowy w mechanice kwantowej – Chad Orzel

Tłumaczenie: Sylwia Gliniewicz Korekta: Rysia Wand

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

Austriacki fizyk Erwin Schrödinger jeden z twórców mechaniki kwantowej,

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

najbardziej znany jest z czegoś, czego nigdy nie zrobił:

a thought experiment involving a cat.

eksperymentu myślowego z udziałem kota.

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

Wyobraził sobie a w szczelnym pudełku wraz z mechanizmem,

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

który na 50% może go zabić w ciągu godziny.

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

Po godzinie zapytał: "W jakim stanie jest kot?".

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

Zdrowy rozsądek podpowiada, że kot jest żywy lub martwy,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

ale, co podkreśla Schrödinger, według praw fizyki kwantowej,

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

tuż przed otwarciem pudełka, kot jest zarazem żywy i martwy

równocześnie.

at the same time.

Dopiero po otwarciu widać, co stało się z kotem.

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

Until then, the cat is a blur of probability,

Przedtem kot jest w stanie rozmytego prawdopodobieństwa:

half one thing and half the other.

jest w połowie żywy, w połowie – martwy.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

Schrödinger zauważył absurdalność tej teorii.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Uznał fizykę kwantową za tak filozoficznie niepokojącą,

that he abandoned the theory he had helped make

że odrzucił teorię, którą współtworzył,

and turned to writing about biology.

i zaczął pisać o biologii.

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

Mimo swojej absurdalności, kot Schrödingera jest realny.

In fact, it's essential.

Jest wręcz fundamentalny.

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

Gdyby obiekty kwantowe nie mogły znajdować się w dwóch stanach na raz,

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

komputer, którego teraz używasz, nie miałby prawa istnieć.

The quantum phenomenon of superposition

Zjawisko kwantowej superpozycji

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

to efekt dualizmu materii, mającej naturę cząstki i fali.

In order for an object to have a wavelength,

Długość fali danego obiektu

it must extend over some region of space,

musi obejmować pewną przestrzeń,

which means it occupies many positions at the same time.

co oznacza występowanie w wielu położeniach jednocześnie.

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

Długość fali obiektu ograniczonego do niewielkiej przestrzeni

can't be perfectly defined, though.

nie może być jednak dokładnie określona.

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

Zatem obiekt ma jednocześnie wiele długości fal.

We don't see these wave properties for everyday objects

Właściwości fali nie widać w codziennych przedmiotach,

because the wavelength decreases as the momentum increases.

bo długość fali maleje wraz ze wzrostem pędu.

And a cat is relatively big and heavy.

A przecież kot jest stosunkowo duży i ciężki.

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

Gdyby powiększyć jeden atom do rozmiaru Układu Słonecznego,

the wavelength of a cat running from a physicist

to długość fali kota uciekającego przed fizykiem byłaby równie mała,

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

jak atom w tym Układzie Słonecznym.

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

To za mało, żeby dostrzec naturę fali w przypadku kota.

A tiny particle, like an electron, though,

Niewielka cząstka, jak elektron,

can show dramatic evidence of its dual nature.

daje dowód na swoją dualistyczną naturę.

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

Przepuszczając po kolei elektrony przez przeszkodę z dwoma szczelinami,

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

wykryjemy je po przeciwnej stronie w jednym miejscu i określonym czasie,

like a particle.

zupełnie tak jak cząsteczkę.

But if you repeat this experiment many times,

Jeśli powtórzymy doświadczenie wielokrotnie,

keeping track of all the individual detections,

rejestrując każdy pojedynczy przypadek,

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

zauważymy wzór charakterystyczny dla fali:

a set of stripes - regions with many electrons

układ prążków, skupisk elektronów,

separated by regions where there are none at all.

oddzielonych pustymi obszarami.

Block one of the slits and the stripes go away.

Po przesłonięciu jednej szczeliny prążki znikną.

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

To wykazuje, że wzór powstaje w wyniku przejścia każdego elektronu

at the same time.

przez obie szczeliny jednocześnie.

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

Elektron nie wybiera, w którą stronę się przemieści,

but left and right simultaneously.

ale jednocześnie przemieszcza się w prawo i lewo.

This superposition of states also leads to modern technology.

Superpozycję położeń wykorzystujemy w nowych technologiach.

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

Elektron blisko jądra atomu porusza się po rozległym, podobnym do fali orbitalu.

Bring two atoms close together,

Gdy atomy się zbliżają,

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

elektrony nie muszą wybierać jednego z nich,

but are shared between them.

lecz zostają uwspólnione.

This is how some chemical bonds form.

Tak powstają niektóre wiązania chemiczne.

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

Elektron w cząsteczce nie występuje jedynie w atomie A lub B, ale w A+B.

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

Dodając kolejne atomy, elektrony poszerzają swój zasięg

shared between vast numbers of atoms at the same time.

i są uwspólnione przez wiele atomów w tym samym czasie.

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

Elektrony w ciałach stałych nie są przypisane do jednego atomu,

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

ale są dzielone między atomami, rozprzestrzeniając się na większą skalę.

This gigantic superposition of states

Gigantyczna superpozycja położeń

determines the ways electrons move through the material,

decyduje o ruchu elektronów w materiałach:

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

przewodnikach, izolatorach, półprzewodnikach elektrycznych.

Understanding how electrons are shared among atoms

Zrozumienie, jak elektrony są uwspólnione między atomami,

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

umożliwia wykorzystanie właściwości materiałów półprzewodnikowych,

like silicon.

takich jak krzem.

Combining different semiconductors in the right way

Łączenie różnych półprzewodników w odpowiedni sposób

allows us to make transistors on a tiny scale,

pozwala na tworzenie tranzystorów na mikroskopijną skalę,

millions on a single computer chip.

milionów na jednym układzie scalonym.

Those chips and their spread out electrons

Te układy scalone razem z elektronami

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

zasilają komputer, którego używasz, oglądając ten film.

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

Stary żart mówi, że internet powstał, by móc przesyłać filmy z kotami.

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

Internet istnieje, na głębokim poziomie,

dzięki austriackiemu fizykowi i jego wyimaginowanemu kotu.

to an Austrian physicist and his imaginary cat.