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

Czego kot Schrödingera może nas nauczyć o mechanice kwantowej? - Josh Samani

Tłumaczenie: Jarek Macnar Korekta: Rysia Wand

Consider throwing a ball straight into the air.

Wyobraź sobie, że podrzucasz piłkę pionowo w górę.

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

Czy można przewidzieć tor lotu piłki?

Sure, that's easy.

Pewnie, przecież to proste.

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

Piłka poleci w górę, do najwyższego punktu,

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

po czym wróci w dół i wyląduje z powrotem w dłoni.

Of course, that's what happens,

Oczywiście, właśnie tak się dzieje.

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

Zaobserwowano to niezliczoną ilość razy.

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

Zjawiska fizyczne widzimy codziennie.

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

Lecz załóżmy, że analizujemy zagadnienie fizyki atomowej.

like what does the motion of an electron

Na przykład: jak wygląda ruch elektronu

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

wokół jądra atomu wodoru?

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

Czy na to pytanie da się odpowiedzieć stosując codzienne obserwacje?

Definietly not. Why?

Zdecydowanie nie. Dlaczego?

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

Ponieważ zasady, którym podlegają układy o tak małych rozmiarach,

is much different than the physics of the macroscopic objects

znacząco różnią się od zasad dla przedmiotów w skali makro,

you see around you all the time.

czyli takich, które widać dookoła.

The everyday world you know and love

Świat, który obserwujemy każdego dnia

behaves according to the laws of classical mechanics.

zachowuje się tak, jak przewiduje mechanika klasyczna.

But systems on the scale of atoms

Jednak układy w skali atomowej

behave according to the laws of quantum mechanics.

stosują się do mechaniki kwantowej.

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

Ten kwantowy świat okazuje się bardzo dziwny.

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

Osobliwość mechaniki kwantowej ilustruje znany eksperyment myślowy:

Schrödinger's cat.

kot Schrödingera.

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

Fizyk, który niezbyt lubi koty, wkłada jednego do pudełka

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

wraz z bombą, mogącą na 50% wybuchnąć po zamknięciu pudełka.

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

Dopóki pokrywa jest zamknięta, nie da się stwierdzić,

whether the bomb exploded or not,

czy bomba wybuchła.

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

Nie da się zatem ustalić, czy kot żyje.

In quantum physics, we could say that before our observation

W fizyce kwantowej można powiedzieć, że przed otworzeniem pudełka

the cat was in a superposition state.

kot był w stanie superpozycji.

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

Nie był ani żywy, ani martwy.

Był między obiema możliwościami,

with a 50% chance for each.

z 50% szans na każdą.

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

To samo dzieje się z układami ciał w skali kwantowej,

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

takimi jak elektron orbitujący w atomie wodoru.

The electron isn't really orbiting at all.

Elektron wcale nie okrąża jądra.

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

Jest jakby jednocześnie wszędzie w przestrzeni

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

z większym prawdopodobieństwem

na obecność w jednym punkcie niż w innych.

and it's only after we measure its position

Dopiero gdy uda się zaobserwować jego położenie,

that we can pinpoint where it is at that moment.

można wskazać jego pozycję w danym momencie.

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

Podobnie jak wtedy, gdy nie było wiadomo, czy kot żyje,

until we opened the box.

dopóki nie otworzyliśmy pudełka.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

To prowadzi do przedziwnego i pięknego fenomenu:

of quantum entanglement.

splątania kwantowego.

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

Załóżmy, że zamiast jednego kota, mamy dwa w dwóch różnych pudłach.

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

Gdyby w eksperymencie z kotem Schrödingera

użyto naszej pary kotów,

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

mógłby się on zakończyć na cztery sposoby.

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

Oba koty byłyby żywe, oba byłyby martwe,

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

bądź pierwszy byłby żywy, a drugi martwy lub odwrotnie.

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

Układ dwóch kotów jest w stanie superpozycji.

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

Tym razem jednak każdy wynik może zajść na 25%.

But here's the cool thing:

Jest natomiast coś odjazdowego:

quantum mechanics tells us it's possible to erase

mechanika kwantowa mówi nam, że możemy wykluczyć

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

zarówno możliwość obu żywych kotów jak i obu martwych w stanie superpozycji.

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

Inaczej mówiąc, w takim układzie dwóch kotów

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

wynik zawsze będzie taki: jeden kot żywy, drugi martwy.

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

Używając technicznego określenia, można powiedzieć, że koty są "splątane".

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

Jest też coś naprawdę fascynującego jeśli chodzi o splątanie kwantowe.

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

Mając nasz układ dwóch kotów w stanie splątania w pudełkach,

then move the boxes to opposite ends of the universe,

nawet po rozstawieniu pudełek na przeciwległych końcach wszechświata

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

wynik eksperymentu nie zmieni się.

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

Jeden z kotów zawsze pozostanie żywy, drugi zaś zawsze martwy,

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

choć nie da się przewidzieć, który.

before we measure the outcome.

Sprawdzić to można dopiero otwierając pudła.

How is this possible?

Jak to możliwe, że losy kotów

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

na przeciwnych krańcach kosmosu

can be entangled in this way?

są powiązane w taki sposób?

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

Bomby są zbyt daleko, by się skomunikować na czas,

so how do the two bombs always conspire such that

więc jak to się dzieje,

one blows up and the other doesn't?

że jedna zawsze wybucha, a druga nie?

You might be thinking,

Być może myślisz sobie:

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"To tylko teoretyczne trele morele.

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

To nie zdarzyłoby się w prawdziwym świecie".

But it turns out that quantum entanglement

Lecz okazuje się, że splątanie kwantowe

has been confirmed in real world lab experiments.

potwierdzono eksperymentami laboratoryjnymi w prawdziwym świecie.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Dwie cząsteczki subatomowe, splątane w stanie superpozycji,

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

gdzie ruch jednej powoduje przeciwny ruch drugiej,

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

zachowają się tak samo, nawet jeśli nie ma możliwości,

for information to pass from one particle to the other

by przekazały między sobą informację,

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

wskazując drugiemu, w którą stronę ma się kręcić, by zachować zasadę splątania.

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

Nie zaskakuje zatem, że splątanie jest w centrum zainteresowań

of quantum information science,

dziedziny nazywanej informatyką kwantową,

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

badającej, jak spożytkować prawa kwantowego świata

in our macroscopic world,

w naszym makroskopowym świecie.

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

Stosować je można w kryptografii kwantowej,

do wysyłania zabezpieczonych wiadomości.

or quantum computing, for cracking secret codes.

Lub też w obliczeniach kwantowych, służących łamaniu tajnych kodów.

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

Zwykła fizyka zaczyna przypominać ten dziwny kwantowy świat.

Quantum teleportation may even progress so far,

Teleportacja kwantowa może nawet doprowadzić do tego,

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

że pewnego dnia twój kot ucieknie do innej, bezpieczniejszej galaktyki,

where there are no physicists and no boxes.

bez fizyków i ich pudełek.