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

O gato de Schrödinger: Uma experiência imaginária de mecânica quântica - Chad Orzel

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Leonardo Silva

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

O físico austríaco Erwin Schrödinger é um dos fundadores da mecânica quântica.

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

Porém, ele é mais conhecido por algo que na verdade nunca fez:

a thought experiment involving a cat.

uma experiência imaginária envolvendo um gato.

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

Ele imaginou colocar um gato numa caixa fechada

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

comn um dispositivo com 50% de chance de matar o gato dentro de uma hora.

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

Depois de uma hora, ele perguntou: “Qual será o estado do gato?”

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

O senso comum sugere que o gato estará vivo ou morto.

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

Mas Schrödinger argumentou que, de acordo com a física quântica,

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

imediatamente antes de se abrir a caixa, há chances iguais de estar vivo e morto,

at the same time.

ao mesmo tempo.

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

Somente depois que a caixa for aberta, poderemos ver um estado definido e único.

Until then, the cat is a blur of probability,

Antes disso, o gato tem uma probabilidade indefinida:

half one thing and half the other.

metade uma coisa, metade outra.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

Isto parece absurdo, o que era a opinião de Schrödinger.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Ele achava a física quântica tão filosoficamente perturbadora,

that he abandoned the theory he had helped make

a ponto de abandonar a teoria que ajudou a construir

and turned to writing about biology.

e passou a escrever sobre biologia.

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

Por mais absurdo que possa parecer, o gato de Schrödinger é muito real.

In fact, it's essential.

Na verdade, é essencial.

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

Se objetos quânticos não pudessem estar em dois estados ao mesmo tempo,

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

o computador que você está usando para assistir a este vídeo não existiria.

The quantum phenomenon of superposition

O fenômeno quântico da superposição

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

é uma consequência da natureza dual de partícula e onda, de todas as coisas.

In order for an object to have a wavelength,

Para um objeto ter um comprimento de onda,

it must extend over some region of space,

ele deve se estender por certa região do espaço,

which means it occupies many positions at the same time.

ou seja, deve ocupar muitas posições ao mesmo tempo.

O comprimento de onda de um objeto em um pequeno espaço

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

can't be perfectly defined, though.

não pode ser perfeitamente determinado.

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

Logo, ele tem muitos comprimentos de onda ao mesmo tempo.

We don't see these wave properties for everyday objects

Não vemos as propriedades ondulatórias de objetos cotidianos

because the wavelength decreases as the momentum increases.

porque o comprimento de onda diminui com o aumento do momento linear.

And a cat is relatively big and heavy.

E um gato é relativamente grande e pesado.

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

Se fizéssemos um átomo ficar do tamanho do nosso sistema solar,

o comprimento de onda de um gato fugindo de um físico,

the wavelength of a cat running from a physicist

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

seria do tamanho de um átomo dentro daquele sistema solar.

É muito pequeno para ser detectado,

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

e por isso nunca veremos o comportamento ondulatório de um gato.

A tiny particle, like an electron, though,

O elétron, sendo uma partícula minúscula,

can show dramatic evidence of its dual nature.

pode mostrar uma dramática evidência de sua natureza dual.

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

Se atirarmos elétrons, um por vez, contra duas fendas estreitas de uma barreira,

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

cada elétron é detectado em um local e instante específicos, em cada fenda,

like a particle.

tal como uma partícula.

But if you repeat this experiment many times,

Mas se o experimento for repetido muitas vezes,

keeping track of all the individual detections,

mantendo-se o registro de todas as detecções individuais,

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

surgirá um padrão característico de comportamento ondulatório,

a set of stripes - regions with many electrons

Um conjunto de listras, regiões com muito elétrons,

separated by regions where there are none at all.

separadas por regiões sem listras.

Block one of the slits and the stripes go away.

Bloqueie uma dessas fendas e a listras desaparecerão.

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

Logo, tal padrão resulta da passagem de cada elétron por ambas as fendas

at the same time.

ao mesmo tempo.

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

Um elétron não passa pela fenda da esquerda ou da direita

but left and right simultaneously.

mas por ambas simultaneamente.

Estes estados de superposição também levam à tecnologia moderna.

This superposition of states also leads to modern technology.

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

A órbita de um elétron em torno do núcleo atômico, se assemelha a uma onda.

Bring two atoms close together,

Juntem-se dois átomos

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

e os elétrons não ficam com um deles,

but are shared between them.

mas são compartilhados entre eles.

É assim que algumas ligações químicas são formadas.

This is how some chemical bonds form.

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

O elétron numa molécula não é apenas do átomo A ou B, mas do A e do B.

Quando são acrescentados mais átomos, os elétrons se espalham ainda mais,

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

shared between vast numbers of atoms at the same time.

compartilhados ao mesmo tempo por um grande número de átomos.

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

Em um sólido, os elétrons não estão presos a um determinado átomo

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

e sim compartilhados entre todos eles, dispersos em uma grande região do espaço.

This gigantic superposition of states

Essa grande superposição de estados

determines the ways electrons move through the material,

determina como os elétrons se movimentam no interior do material,

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

seja ele um condutor, um isolante, ou um semicondutor.

Understanding how electrons are shared among atoms

Compreender como os átomos compartilham elétrons entre si

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

nos dá meios de controlar com precisão as propriedades de semicondutores

like silicon.

como o silício.

Combining different semiconductors in the right way

Combinando vários semicondutores da maneira correta

allows us to make transistors on a tiny scale,

permite-nos fabricar transistores bem pequenos,

millions on a single computer chip.

com milhões deles em único chip.

Those chips and their spread out electrons

Esses chips e seus elétrons deslocalizados

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

alimentam o computador que você está usando para assistir a este vídeo.

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

Segundo uma piada, a internet existe para que possamos partilhar vídeos sobre gatos.

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

Porém, em um nível bem profundo, a internet deve sua existência

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

a um físico austríaco e ao seu gato imaginário.